傳統(tǒng)窗框的隔熱值仍然明顯高于最佳玻璃窗的傳熱系數(shù)。即使是由塑鋼型材和三層玻璃提供的隔熱性能非常好的被動式房屋窗戶，其Uw值也很少低于0.8 W/m K。缺點是這些系統(tǒng)不夠美觀，型材和配件更大，安裝深度更大?？偟膩碚f，高度隔熱且纖細輕便的窗框早就過時了。
“高度隔熱的窗戶和立面系統(tǒng)”研究項目的目標是開發(fā)滿足這些要求的框架設計。參與的研究人員的任務是開發(fā)這些框架，用作新住宅建筑和舊建筑翻新中的標準窗戶，同時還包括現(xiàn)代玻璃，如真空隔熱玻璃?？偣灿袃蓚€研究機構和七個中型公司參與了這個由德國聯(lián)邦經(jīng)濟和技術部資助的研究項目。今天介紹這款新型門窗產(chǎn)品。
新框架完全由聚氨酯制成，但分為兩個結構部分。絕緣芯填充有聚氨酯絕緣泡沫(密度:110克/升)。發(fā)泡過程會產(chǎn)生帶有氣穴的薄壁，導致低熱導率。暖側和冷側盡可能熱隔離。
泡沫芯上覆蓋著一層薄的形狀穩(wěn)定且不受天氣影響的固體聚氨酯。這種硬質聚氨酯是固體，即使在80℃左右的溫度下也是耐熱的。功能外層具有可變的壁厚，保證了框架的機械和靜態(tài)性能。此外，它還提供了設計自由:表面的膠合和涂漆幾乎沒有限制。因此，新的輪廓是由單一材料制成的“單件”。這有助于在處理框架時對其進行分類和回收。夾層結構的重量由95%的硬泡沫芯和5%的外殼組成。
所述框架無需使用鋼或鋁加強件即可實現(xiàn)所需的穩(wěn)定性。這也導致較低的重量和較低的隔熱值。關于這些窗戶的安裝，與傳統(tǒng)的框架系統(tǒng)相比沒有什么不同。例如，螺釘連接之間的距離類似于傳統(tǒng)窗戶的距離。
高保溫型材產(chǎn)品介紹：
目前可用的高隔熱框架的傳熱系數(shù)在1.1和0.7 W/m K之間。也有達到稍低值的情況。使用改進的隔熱墊片的斷橋鋁合金型材，0.7到0.8 W/m K之間的超寬值是可能的。然而，這也導致安裝深度增加。大約120到130毫米的數(shù)值適用于被動式房屋窗框。
可以識別以下類型的框架:
擠出機框架型材由聚氯乙烯制成，帶有內(nèi)部鋼筋和多個氣室。額外的聚氨酯泡沫可以進一步提高框架的隔熱性能。
木質框架，帶核心隔熱層或夾層結構，中間或外部隔熱層。隔熱材料可以是聚氨酯整體泡沫、聚氨酯再生材料(Purenit)、聚苯乙烯或軟纖維隔熱材料。不同制造商之間絕緣層的排列不同。還有帶有聚氨酯隔熱芯的木鋁窗。
鋁框架，其中框架外殼填充有聚氨酯絕緣芯。
其他發(fā)展:泡沫填充塑料型材，其中鋼筋被玻璃纖維增強的型材取代；木質框架與外部安裝的型材相結合，用木質纖維加固。
SKZ塑料技術中心對單個部件進行了測試，并進行了機械模擬，目的是調(diào)查整個窗戶系統(tǒng)的適用性及其長期穩(wěn)定性?？茖W家們測量了在強烈的溫度波動(暖/冷沖擊)和膨脹的風載荷(吸入/壓縮)以及溫度或雨水的情況下的機械性能。抗沖擊性、輪廓穩(wěn)定性、拐角穩(wěn)定性和其他性能進行了測試。結果表明，新開發(fā)的型材具有非常好的穩(wěn)定性，使用的粘合技術產(chǎn)生了良好的強度。
巴伐利亞應用能源研究中心(ZAE·拜仁)受托對新框架進行熱優(yōu)化和表征。科學家利用模擬計算了熱傳導行為和熱橋的影響。這些計算用于制造優(yōu)化的樣品輪廓和窗口?？茖W家們使用熱盒測量和數(shù)值方法以多種方式研究原型的熱行為。
新框架的核心是將泡沫填充到模具中，然后用塑料層覆蓋泡沫芯，而不是像迄今為止常見的那樣壓制或擠壓型材。這種聚氨酯加工的系統(tǒng)先決條件是高壓發(fā)泡裝置、模具支撐設備和泡沫加工工具。窗戶制造商購買6米長的聚氨酯，然后根據(jù)他們的需要進行切割。原型的試生產(chǎn)目前正在進行中，并且已經(jīng)制造和測試了40個樣品窗。新配置文件的制造可以集成到現(xiàn)有的生產(chǎn)流程中，從而提供額外的配置文件選項。已經(jīng)開發(fā)了中間(200，000個運行m . p . a .)和大型(120萬個運行m . p . a .)年產(chǎn)量的生產(chǎn)概念。
與傳統(tǒng)門窗框架不同，這種完全由聚氨酯制成的型材不能焊接；相反，角落粘在一起，框架和玻璃也是如此?？蚣艿那懈畋砻嫱坑幸环N新開發(fā)的粘合劑，這種粘合劑在幾秒鐘內(nèi)就會變硬，然后可以使用焊接機重新激活，用于下一個生產(chǎn)步驟。因為粘合劑干得太快，零件的工作可以以正常的生產(chǎn)速度繼續(xù)進行。窗戶生產(chǎn)可以在粘合劑達到其極限強度水平時進行，這發(fā)生在4到5小時之后。因此，生產(chǎn)周期時間可能不會長于聚氯乙烯窗戶的典型時間。
這里介紹的研究項目的目標之一是開發(fā)一種能最大限度利用真空玻璃優(yōu)勢的框架。該玻璃的關鍵部件(參見BINE Projektinfo 01/08)位于窗格之間的空腔內(nèi):
真空意味著沒有介質將熱量從內(nèi)部窗格傳遞到外部窗格。為了實現(xiàn)這一點，該區(qū)域的壓力降低到小于10-3 hPa。只有這樣，才有可能將通過殘余氣體的熱傳遞降低到小于0.1瓦/米·克的值，從而使玻璃的熱傳遞系數(shù)達到0.5瓦/米·克。大氣壓力受到支柱的抵抗。邊緣密封用低輻射薄膜(低輻射涂層)將兩塊3-4毫米厚的玻璃粘合在一起。
窗格之間的間距約為0.7毫米，這種玻璃比現(xiàn)在通常使用的雙層玻璃要薄得多。然而，真空隔熱玻璃的弱點是金屬邊緣密封，它形成了一個熱橋。這個問題在市場上的窗戶型材上還沒有解決。新開發(fā)的框架代表了這個問題的解決方案，因為玻璃在框架中的大插入深度防止了在窗格邊緣出現(xiàn)低于露點的溫度。
在第一個項目階段，很明顯優(yōu)化標準壓制鋁型材和標準擠壓聚氯乙烯型材的機會有限。從技術和生產(chǎn)的角度來看，目前很難實現(xiàn)小于90毫米的型材寬度和小于0.8瓦/米的單位值。為此，研究小組決定開發(fā)一種全新的窗框系統(tǒng)。該型材的Uf值為0.68瓦/米·克，優(yōu)于被動式住宅窗戶所需的隔熱值。
具有相似安裝深度的其他制造商的可比新開發(fā)型材的Uf值最多為0.85瓦/米·克。當與真空隔熱玻璃(VIG)結合時，框架的Uw值達到0.67瓦/米·克(見圖6)。新系統(tǒng)適用于厚度在9毫米到50毫米之間的玻璃板。
當考慮到太陽能熱增益時，如果其位置有利，則輪廓具有正熱平衡。在以下載荷組方面，該框架的性能與其他類似型號相似:透氣性(EN 1026)、風荷載(EN 12211)和水密性(EN 1027)。
由于隔熱值低，這種新型材處于被動式房屋窗框的水平，但重量更輕，也更薄。
有了這個框架，研究團隊必須在材料和制造方法方面進行創(chuàng)新。整個型材由聚氨酯制成，這對生產(chǎn)和進一步加工都有影響。發(fā)泡、鑄造和涂覆需要特殊的機器。BBG有限公司開發(fā)了未來系列產(chǎn)品的生產(chǎn)流程，并生產(chǎn)了原型工具。試生產(chǎn)和與系統(tǒng)制造商的初步討論目前正在進行中。
聚氨酯框架不能焊接。這里的解決方案是由一項創(chuàng)新技術提供的，該技術使用新開發(fā)的粘合劑將框架和玻璃窗連接在一起。對樣本窗戶的各種測試表明，粘合方法意味著窗戶可以簡單地制造，并且還具有高強度。將框架整合到現(xiàn)有窗戶生產(chǎn)中進行工業(yè)應用是可行的。
新開發(fā)的帶有三層玻璃和真空隔熱玻璃的標準窗戶已經(jīng)在杜塞爾多夫舉行的2008年玻璃技術大會和在維爾茨堡舉行的2009年聚氯乙烯窗戶國際大會上以“TopTherm90”的品牌向廣大觀眾展示。
該產(chǎn)品既適用于新建筑，也適用于現(xiàn)有建筑的翻新。所介紹的項目側重于開發(fā)標準窗戶的框架輪廓。完全由塑料制成的型材不適合覆蓋多個樓層的立面系統(tǒng)。可以在豎框和橫梁結構中使用這些輪廓，但它們不能支持機械載荷。因此，作為后續(xù)項目的一部分，將開發(fā)一種基于鋁制支架的熱優(yōu)化豎框和橫梁結構。
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