在全社会为“双碳”目标的努力奋斗的当前,减少建筑物碳排放最有效的方法就是改善建筑维护结构的热工性能,其中门窗占建筑围护结构热损失的30%-50%。所以改善门窗产品的热工性能(降低K值)可以大幅节约建筑物的能源费用。因此,优化门窗组件的热工性能对实现整窗产品的性能至关重要,其中中空玻璃系统组件包括:玻璃、充气类型、边缘密封系统。窗格通过各种类型的边缘密封系统沿其周边在结构上保持在⼀起。为了提⾼中空玻璃系统的整体热工性能,窗格空间通常填充惰性⽓体,通常为氩⽓或氪⽓。
边缘密封系统的主要功能是使玻璃面板保持相等的间距(支撑作用),同时提供屏障以防止水蒸⽓渗⼊及填充气体溢出窗格空间。边缘密封系统由多个组件构成,包括间隔条、⼲燥剂和密封胶(通常组合在⼀起)。
中空玻璃间隔条的主要作用是保持玻璃面板之间的固定距离(支撑作用),其次是作为干燥剂的载体干燥窗格内气体。
中空玻璃边缘密封系统中使用密封胶将玻璃面板跟间隔条粘合在一起,同时能够阻隔水汽的进入和窗格填充气体的溢出,并且能够保持中空玻璃结构的稳定。常见的中空玻璃边缘密封系统如图2,其中主流的是双道密封中空玻璃系统。
中空玻璃系统的主密封剂涂在间隔条和玻璃面板之间。它的主要功能是减少玻璃边缘区域的水气渗透。通常主密封胶选用聚异丁烯(PIB)。然⽽,热塑性PIB的强度会随着温度的升⾼⽽迅速下降,因此仅靠PIB密封⽆法保证中空玻璃系统的结构完整性;因此,需要在玻璃周边使⽤辅助密封剂。⼆道密封剂起到粘合剂的作⽤,将玻璃面板和间隔条结合在⼀起,防止在不同环境压力下过度移动,同时防止水分直接接触PIB,因为PIB遇水会失去粘性。聚氨酯(PU)、硅树脂(Si)和多硫化物(PS)被广泛⽤作辅助密封剂,但也可以使⽤热熔丁基或环氧基密封剂。通常情况下,主密封胶(PIB)一般厚度为0.2-0.6mm,宽度约为4-5mm,二道密封胶的宽度约5-7mm。
⼲燥剂⽤于中空玻璃系统中是为了防止内部玻璃表⾯起雾,因为可能存在于窗格空间中的水蒸⽓或有机蒸⽓的冷凝。在中空玻璃的制造过程中,湿⽓可能会被困在窗格空间中,玻璃表面也可能存有清洗后残留的水分。在窗格空间中挥发的有机物会与水蒸⽓在玻璃表⾯发⽣反应。这些反应会在玻璃内部表⾯留下性不透明沉积物,这种现象称为“化学起雾”。中空玻璃系统中的⼲燥剂通过吸附水分和有机蒸气直到⼲燥剂饱和来延⻓中空玻璃的使⽤寿命。⼲燥剂既可以集成在边缘密封设计中,也可以⽤作空⼼间隔条的填充物。空心间隔条通过孔洞设计让⼲燥剂填充物和窗格间的水蒸汽接触。⼲燥剂的容量是有限的,任何在⼲燥剂饱和后渗⼊窗格空间的水蒸⽓都会导致中空玻璃单元的内表⾯起雾。
中空玻璃工业生产中常⽤的⼲燥剂是分⼦筛或硅胶与分⼦筛的混合物。存在具有 3、4、5 和10埃 (Å) 的均匀孔径的多孔分⼦筛晶体,每个晶体对特定⼤⼩的分⼦具有很强的吸附能力。3-Å 分⼦筛的结构允许吸附水蒸⽓,但排除了⼤多数其他分⼦。4-Å 分⼦筛的水蒸⽓容量略⾼,但也能吸附较⼤的分⼦,包括氧和氮,所以它在中空玻璃密封系统中不太常⽤。分⼦筛在低相对湿度下具有⾼吸附能力,因此特别适⽤于⼲燥环境。硅胶是⼀种⾼度多孔的粒状⼲燥剂,孔径范围为 20 ⾄ 200 Å 。由于孔径范围广泛,硅胶能够吸附除水以外的化合物,例如氨、醇、芳烃、⼆烯烃、烯烃。3-Å 分⼦筛和硅胶的混合物可以通过吸附水蒸⽓和排出的有机物来防止冷凝和化学雾化,同时还可以限制氩⽓或氮⽓的吸附。
边缘密封系统提供了⾜够的强度以将两块玻璃面板保持在固定距离处。由于初级密封PIB对中空玻璃的结构完整性没有贡献,因此二道密封剂必须⻓期粘附在玻璃、玻璃涂层和间隔条上材料。为确保中空玻璃系统具有较⻓的使⽤寿命,辅助密封剂还必须具有柔韧性以适应外力作用下的玻璃位移。这些外力包括在中空玻璃制造、运输和安装过程中引⼊的窗格空间和外部⼤⽓之间的压力差;以及在中空玻璃的使⽤寿命期间,来⾃太阳辐射、温差、风荷载和⼤⽓压力等环境条件的作用。
传统的中空玻璃间隔条由铝或镀锌钢制成。这些⾦属间隔条具有⾼导热性,因此在玻璃边缘区域(Frame和Edge部分)的内部玻璃面板表⾯上形成热桥。这使得此位置的低温更容易形成冷凝,导致霉菌的生长以及对窗框的腐蚀。
除了对冷凝的影响外,边缘密封系统的隔热性能对门窗产品的整体 U 值也有显着影响:暖边间隔条和热改进的边缘密封系统可以显着减少热量通过中空玻璃边缘损失。边缘密封系统的隔热性能通常用线传热系数PSI值来评价,PSI值越低表示隔热性能越好。
十种不同的边缘密封系统:室内侧玻璃边缘表面温度(Y轴)与 到玻璃边缘距离(X轴)的关系曲线,其中更优的IG 8为超级间隔条premuim边缘密封系统。
十种不同的边缘密封系统:在塑料,铝合金,木和玻纤四个不同框架系统中的热阻值R对比。同样的IG 8 边缘密封系统热阻值更高。
边缘密封系统的导热系数/热导率
导热系数测试和数值模拟表明边部密封系统对中空玻璃系统的U值有显着影响。虽然热流的传导以及边缘密封系统与各种窗框的相互作⽤十分复杂,但是通过这些导热系数研究表明,门窗应使⽤高性能的暖边间隔条。
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