一种防寒塑钢平开窗中梃连接件的制作方法

本实用新型涉及一种建筑中常用的塑钢平开窗中梃连接件，尤其涉及一种适用于寒冷地区的新型塑钢平开窗中梃连接件。

背景技术：

塑钢平开窗是各类建筑物的常用构件，窗框已成为室内外传递热量的主要渠道。中梃与边框、中梃与中梃之间的连接都是通过中梃连接件固定连接。由于塑钢平开窗用的钢制中梃连接件的导热系数很大，会在寒冷地区钢制中梃连接件处产生热桥效应，热桥内部及内壁面温度较低，并且热流量比较大，会造成窗户处的热量严重散失，严重的情况下会产生冷凝结露现象，滋生细菌，还会对室内人员的健康构成危害。

技术实现要素：

针对现有塑钢平开窗中梃连接件热量严重散失的问题，本实用新型的目的在于，提供一种适用于寒冷地区的中梃连接件，带有这种中梃连接件的塑钢平开窗，在不大幅提高塑钢窗的制造成本的前提下，减小热桥效应增强保温性能，而且能够实现实用通用。

为实现上述技术任务，本实用新型采用下述技术方案予以实现：

一种防寒塑钢平开窗中梃连接件，包括左竖直钢板，右竖直钢板和水平连接钢板，其中，所述左竖直钢板和右竖直钢板垂直设置，且两者之间通过所述水平连接钢板相连接；所述左竖直钢板、右竖直钢板和水平连接钢板内部分别设有左竖直空腔、右竖直空腔和水平空腔；所述水平空腔中填充保温材料。

进一步的，所述水平连接钢板上设有螺孔。

进一步的，所述左竖直空腔、右竖直空腔内的空气层的厚度均由如下公式计算得到：

式中，δ_v为左竖直空腔和右竖直空腔的空气层厚度，mm；λ为空气导热系数，0.0284W/(m·K)；左竖直钢板和右竖直钢板的传热系数H_v；L为竖直钢板的长度，mm；Gr为无量纲格拉晓夫数；Pr为无量纲普朗特数，空气的普朗特数Pr一般取0.7；式(2)中Gr*Pr取值范围为6000～200000。

进一步的，所述左竖直钢板和右竖直钢板的传热系数H_v：

式中，Qs为标准热流量；T₀为室内供暖计算温度，℃，T_v为竖直钢板外表面边缘曲线对应的温度拟合曲线方程，℃；H_v为竖直钢板传热系数，W/(m²*℃)。

进一步的，所述标准热流量Qs取20W/m²。

本实用新型具有如下优点：

采用本实用新型的保温塑钢平开窗中梃连接件，能够大幅钢制中梃连接件处的热桥效应，在寒冷地区防止热量在此处浪费，得到较好的保温性能。同时能防坠落，在高层发生火灾时，中梃与边框、中梃与中梃之间通过本实用新型的中梃连接件相连接，不会因为塑料型材融化脱落，对逃生、及救援人员因坠落打击造成伤害。

附图说明

图1为现有的塑钢平开窗中梃连接件的三视图，其中，(a)为主视图，(b)为左视图，(c)为俯视图；

图2为本塑钢平开窗中梃连接件的左视图；

图3现有的塑钢平开窗中梃连接件温度场(K)；

图4本实用新型塑钢平开窗中梃连接件的温度场(K)；

图中各个标号的含义为：1、左竖直钢板，2、左竖直空腔，3、左竖直钢板内部曲线形表面的轮廓线，4、右竖直钢板内部曲线形表面的轮廓线，5、右竖直空腔，6、右竖直钢板，7、水平连接钢板，8、螺孔，9、水平空腔。

具体实施方式

本实用新型的设计思路如下：

本实用新型的中梃连接件包括两边互相平行的竖直钢板以及连接它们的水平连接钢板，通过有限元模拟，计算出待处理的一个常规的中梃连接件的热传导温度场，定量找出热量散失最多的部位。通过计算得知，热量散失最多的部位为与两边互相平行的钢板相结合的水平连接钢板以及与该水平连接钢板相连接的竖直钢板。

首先，在两边互相平行的竖直钢板，其相互对称，温度变化规律形同。为了减少热量损失，根据钢衬外表面的温度分布规律，将竖直钢板内部处理成含有空气层的中空结构，根据竖直夹层的自然对流传热规律确定竖直钢板内部空腔的空气层厚度δ_v，最大限度减小该处冷桥效应增强保温性能。其次，在水平连接钢板，由于其与外部的水平连接钢板中间有内部空腔，内部注满保温胶水，可以得到较好的保温性能。

如图1所示，本实用新型的塑钢平开窗中梃连接件的主体采用常见的平开窗中梃连接件，该中梃连接件包括左竖直钢板1，右竖直钢板6和水平连接钢板7，其中，左竖直钢板1和右竖直钢板6垂直设置，且两者之间通过水平连接钢板7相连接；水平连接钢板7上设有钢板螺孔8，用于通过螺丝穿过其内将中梃连接件与边框、中梃连接件与其他中梃连接件连接成统一整体。

针对现有塑钢平开窗中梃连接件容易形成热桥的现象，对常见的中梃连接件左竖直钢板1，右竖直钢板6和水平连接钢板7进行防寒处理。防寒处理如下：

对于左竖直钢板1和右竖直钢板6，它们相互对称，温度变化规律形同。根据中梃连接件内表面的温度场等温线分布规律，将左竖直钢板1和右竖直钢板6内部处理成含有一定厚度空气层的左竖直空腔2和右竖直空腔5。对于水平连接钢板7，在其内设有水平空腔9，由于其含有螺孔8，无法形成封闭的空气层，所以在水平空腔9注满保温胶水，能够得到较好的保温性能。

可选的，对于左竖直钢板1和右竖直钢板6，其内部空气层的厚度均由如下公式计算得到：

本实用新型还给出了对现有的钢制中梃连接件的防寒处理过程：

步骤1：求解钢制中梃连接件的导热微分方程组，确定钢制中梃连接件内温度场T(x,y,z)，x、y、z为坐标轴坐标。上述导热微分方程组解是采用基于Density based求解的稳态导热模型并结合PISO算法进行。

步骤2：根据步骤1得到的钢制中梃连接件内的温度场分布T(x,y,z)，可分别确定左竖直钢板1和右竖直钢板6的表面温度场分布，在外表面的边缘曲线取够多(不少于300个)离散点，并获取这些离散点的坐标值；采用Genetic Algorithm算法对离散点的坐标值进行拟合，得到原始拟合曲线方程；然后采用通用全局优化法对原始拟合曲线方程分别进行处理，得到左竖直钢板1和右竖直钢板6的表面边缘曲线对应的温度拟合曲线方程T_v。发明人进行了大量试验验证，发现Genetic Algorithm算法+通用全局优化算法，求解可避免矩阵求逆的繁琐，收敛速度快并且能够得出各包络曲线对应的高精度、低残差的拟合曲线方程。

步骤3：根据步骤2得到的钢制中梃连接件内的左竖直钢板和右竖直钢板的外表面边缘曲线对应的温度拟合曲线方程T_v，利用下式(1)，可以得到左竖直钢板和右竖直钢板的传热系数H_v：

式中，Qs为标准热流量，Qs取20W/m²可使中梃连接件取得良好的保温效果,T₀为室内供暖计算温度，℃，T_v为竖直钢板外表面边缘曲线对应的温度拟合曲线方程，℃；H_v为竖直钢板传热系数，W/(m²*℃)。

步骤4：根据步骤3得到的钢制中梃连接件竖直钢板的传热系数，钢板内部封闭的竖直夹层自然对流换热的原理，利用下式(2)，可以确定左竖直空腔2和右竖直空腔5内部空气层厚度δ_v：

式中，δ_v为左竖直空腔2和右竖直空腔5的空气层厚度，mm；λ为空气导热系数，0.0284W/(m·K)；L为竖直钢板的长度，mm；Gr为无量纲格拉晓夫数；Pr为无量纲普朗特数，空气的普朗特数Pr一般取0.7；式(2)中Gr*Pr取值范围为6000～200000。

实施例1

遵从上述技术方案，本实施例中的塑钢中梃连接件的左竖直钢板和右竖直钢板均为37mm×26mm×2mm(长×宽×厚)，左竖直钢板和右竖直钢板通过水平连接钢板连接，螺孔直径为3mm。塑钢中梃连接件内侧表面壁温设置为18℃(291K)，外侧与外界空气接触，外界空气温度为-5℃。

采用如下步骤对塑钢中梃连接件进行处理：

步骤1：采用基于Density based求解的稳态导热模型并结合PISO算法，求解钢制中梃连接件的导热微分方程组(式5)，确定钢制中梃连接件内温度场T(x,y,z)，如图3所示。

式中,是拉普拉斯算子；q_v是内热源强度，W/m³；λ₁为中梃连接件导热系数，W/(m*℃)；t是塑钢中梃连接件内温度，℃。

步骤2：根据步骤1得到的钢制中梃连接件内的温度场T(x,y,z)，可以确定竖直钢板的表面温度场分布，在外表面的边缘曲线取够多(不少于300个)离散点，并获取这些离散点的坐标值；采用Genetic Algorithm算法对离散点的坐标值进行拟合，得到原始拟合曲线方程；然后采用通用全局优化法对原始拟合曲线方程分别进行处理，得到竖直钢板的表面边缘曲线对应的温度拟合曲线方程：

T_v＝941.819x³–1793.83x²+2664.542x+281.4627；

步骤3：根据步骤2得到的钢制中梃连接件内的竖直钢板的外表面边缘曲线对应的温度拟合曲线方程T_v，利用式(1)，可以得到竖直钢板的传热系数H_v，其中，T₀＝-5℃，Qs＝20W/m²：

步骤4：根据步骤3得到的钢制中梃连接件竖直钢板的传热系数，钢板内部封闭的竖直夹层自然对流换热的原理，利用式(2)，可以确定左竖直空腔2和右竖直空腔5内部空气层厚度δ_v，其中，空气导热系数λ＝0.0284W/(m·K)，竖直钢板的长度L＝0.037m，式(2)中Gr*Pr取值为100000：

经实验，经过保温处理和结构优化的塑钢平开窗中梃连接件能够最大化增加结构整体的传热热阻，得到较好的保温性能，(如图4所示)，处理后的中梃连接件外表面温度为-1.3℃，在室外空调计算温度为-5℃的情况下，可减少能量散失达能够有效阻隔寒冷地区工况下塑钢平开窗中梃连接件在此热桥部位的热量散失。