一种保温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，尤其涉及一种保温塑钢平开窗中梃连接件。

背景技术：

中梃是门窗是重要组成部分，现在大部分采用明装角码，部分金属外露影响美观，而内藏式角码可以解决这个问题。塑钢平开窗是指合页(铰链)安装于门窗侧面向内或向外开启的塑钢门窗，它在性能上要优于一般的推拉窗，玻璃块大，视野开阔，采光率高，擦玻璃方便，使用灵活。正因为这方面的原因，塑钢平开窗大量的应用于城市的商住楼、写字楼、高档住宅、别墅等中高档建筑。塑钢窗的结构是由UPVC塑料型材内加钢衬组合而成，塑料型材经过下料锯切割成需要的尺寸后，穿入钢衬用螺丝固定，再经焊机高温加热焊接成为我们所需要的窗户。但是由于钢衬的导热系数很大，在高温地区会在此部位会产生冷桥效应，冷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：

针对现有塑钢窗热量严重散失的问题，本实用新型的目的在于，提供一种平开安全系统窗保温塑钢中梃连接件，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，减小冷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：

一种保温塑钢平开窗中梃连接件，由左竖直钢板、水平连接钢板和右竖直钢板组成，其中，左竖直钢板和右竖直钢板通过水平连接钢板连接形成U型，所述竖直钢板分为左竖直保温区和左竖直非保温区，右竖直钢板分为右竖直保温区和右竖直非保温区，所述水平连接钢板的内表面作为水平保温区；所述左竖直保温区、右竖直保温区和水平保温区分别涂有保温涂料层。

进一步的，所述左竖直保温区涂覆保温涂料层的厚度下式计算得到：

式中，δ_l为左竖直钢板的保温涂层区涂抹保温涂料层的厚度；Q_standard为标准热流量标准；λ_S为隔热涂料的复合导热系数，W/(m*℃)；T_N为室内采暖计算温度，℃；S₄为左竖直钢板保温区的面积，m²。

进一步的，所述右竖直保温区涂覆保温涂料层的厚度下式计算得到：

式中，δ_r为右竖直钢板的保温涂层区涂抹保温涂料层的厚度；Q_standard为标准热流量标准；λ_S为隔热涂料的复合导热系数，W/(m*℃)；T_N为室内采暖计算温度，℃；S₅为右竖直钢板保温区的面积，m²。

进一步的，所述水平保温区涂覆保温涂料层的厚度下式计算得到：

式中，δ_h为水平连接钢板内表面保温涂层区涂抹保温涂料层的厚度；Q_standard为标准热流量标准；λ_S为隔热涂料的复合导热系数，W/(m*℃)；T_N为室内采暖计算温度，℃； S₈为水平连接钢板内表面面积，m²。

进一步的，所述标准热流量标准Q_standard取20W/m²。

进一步的，所述左竖直保温区的弧面轮廓线用下式表示：

y＝y₀+A(1/(1+exp(-(x-x_c+w₁/2)/w₂)))(1-1/(1+exp(-(x-x_c-w₁/2)/w₃)))

式中，y₀为偏移量，A为振幅，x_c为中心轴，w₁为半极大的全宽度，w₂为低能侧方差，w₃为高能侧方差，其中，y₀＝7.4,A＝3.1,x_c＝0.11,w₁＝2.69,w₂＝-0.25,w₃＝-0.18。

进一步的，所述右竖直保温区的弧面轮廓线用下式表示：

y＝y₀+A(1/(1+exp(-(x-x_c+w₁/2)/w₂)))(1-1/(1+exp(-(x-x_c-w₁/2)/w₃)))

式中，y₀为偏移量，A为振幅，x_c为中心轴，w₁为半极大的全宽度，w₂为低能侧方差，w₃为高能侧方差；其中，y₀＝7.4,A＝3.1,x_c＝0.11,w₁＝2.69,w₂＝-0.25,w₃＝-0.18。

采用本实用新型的保温塑钢平开安全系统窗，能够大幅减弱钢衬中梃连接件处的冷桥效应，在高温地区防止冷量在此处的浪费，得到较好的保温性能。

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为本实用新型的塑钢平开窗中梃连接件的三视图，其中，(a)为主视图，(b) 为右视图，(c)为俯视图,(d)为左视图；

图3原塑钢平开窗中梃连接件温度场(K)；

图4本实用新型平开窗中梃连接件温度场(K)；

图中各标号含义：1、左竖直钢板，2、水平连接钢板，3、右竖直钢板，4、左竖直保温区，4’、左竖直非保温区，5、右竖直保温区，5’、右竖直非保温区，6、左竖直保温区弧面轮廓线，7、右竖直保温区弧面轮廓线，8、水平保温区，9、螺孔。

具体实施方式

本实用新型的设计思路如下：

本实用新型的窗中梃连接件包括两边互相平行的左右两个竖直钢板和水平连接钢板，通过有限元模拟，计算出原中梃连接件热传导的温度场，定量地找出热量散失最多的部位。通过计算得出，热量散失最多的部位为水平连接钢板以及与该水平连接钢板连接的部分竖左直钢板和右分竖直钢板。

为了减少热量损失，在水平连接钢板以及与该水平连接钢板连接的部分竖左竖直钢板和右竖直钢板，通过有限元模拟，精确地确定保温材料贴涂区的位置，设为保温材料贴涂区，根据一维导热的傅里导热定律确定左直钢板保温材料贴涂厚度δ_l、右竖直钢板保温材料贴涂厚度δ_r和水平连接钢板保温材料贴涂厚度δ_h，最大限度减小该处冷桥效应增强保温性能。

如图1所示，本实用新型的保温塑钢平开窗中梃连接件的主体采用常见的平开窗钢制中梃连接件，钢制中梃连接件由左竖直钢板1、水平连接钢板2和右竖直钢板3组成，其中，左竖直钢板1和右竖直钢板3通过水平连接钢板2连接形成U型，水平连接钢板2的底部设有螺孔9。

针对常见的平开窗钢制中梃连接件容易形成冷桥的现象，对常见的钢制中梃连接件左竖直钢板1、水平连接钢板2’和右竖直钢板3进行保温处理。保温处理具体如下：

对于左竖直钢板1，根据钢衬内表面的温度场等温线分布规律，将竖直钢板分为左竖直保温区4和左竖直非保温区4’。

对于右竖直钢板3，根据钢衬内表面的温度场等温线分布规律，将右竖直钢板分为右竖直保温区5和右竖直非保温区5’。

对于水平连接钢板2，将其内表面设置为水平连接钢板保温区8，通过扇角码自身结构的调整最大化增加结构整体的导热热阻，得到较好的保温性能。

对左竖直保温区4、右竖直保温区5和水平保温区8，分别贴涂保温涂料进行保温处理。

对左竖直保温区4涂覆保温涂料的厚度：

对右竖直保温区5涂覆保温涂料的厚度：

对水平保温区8涂覆保温涂料的厚度：

本实用新型还给出了对钢制中梃连接件的保温处理方法，包括以下步骤：

步骤1，对于常见的钢制中梃连接件，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。

可选的，上述导热微分方程组的求解是采用基于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T(x,y,z)，可分别确定左竖直钢板、右竖直钢板的温度范围(即分别确定了它们的最高温度和最低温度)。利用式 (1)和(2)，分别得到左竖直钢板和右竖直钢板保温区和非保温区的分界值：

式中，T_sepreation-l为左竖直保温区和非保温区的分界值，℃；T_sepreation-r为右竖直保温区和非保温区的分界值，℃；T_max-l为左竖直钢板温度的最大值，℃；T_max-r为右竖直钢板温度的最大值，℃；S₁、S₃分别为左竖直钢板和右竖直钢板的面积，m²；∫dxdy，定积分符号；α、β为分区划分常数，α、β越大，保温区面积越大，本实用新型中，选取α＝β＝1即可实现较佳的保温效果。

步骤3，根据步骤2得到的左竖直保温区和非保温区分界值T_sepreation-l和右竖直保温区和非保温区分界值T_sepreation-r，将左竖直钢板和右竖直钢板上等值线数值等于 T_sepreation-l和T_sepreation-r的曲线分别作为左竖直钢板和右竖直钢板保温涂层区的包络曲线。

步骤4，分别在步骤3得到的左竖直保温区和右竖直保温区的包络曲线上取够多(不少于300个)离散点，获取这些离散点的坐标值。采用Genetic Algorithm算法对包络曲线上的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进行处理，得到左竖直保温区和右竖直保温区的包络曲线对应的拟合曲线方程，将该拟合曲线方程作为左竖直保温区弧面轮廓线和右竖直保温区弧面轮廓线。

从包络曲线上点的坐标值可以看出，包络曲线的走势符合非线性高次方程。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5：将步骤4得到的每个保温区轮廓线作为对应钢板的保温分界线，分别将左竖直钢板和右竖直钢板各分为保温区和非保温区。

步骤6：在步骤5得到的左竖直保温区和右竖直保温区涂抹保温涂料得到保温涂料层，以提高每个钢板的保温效果。具体如下：

在左竖直保温区的保温涂料厚度根据式3确定，在右竖直保温区的保温涂料厚度根据式4确定，

式中，δ_l和δ_r分别为左竖直钢板和右竖直钢板的保温涂层区涂抹保温涂料层的厚度； Q_standard为标准热流量标准；Q_standard取20W/m²可使中梃连接件取得良好的保温效果；λ_S为隔热涂料的复合导热系数，W/(m*℃)；T_N为室内采暖计算温度，℃；S₄、S₅分别为左竖直钢板和右竖直钢板保温区的面积，m²。

步骤7，根据步骤1得到的钢制中梃连接件内的温度场T(x,y,z)，将水平连接钢板内表面设置为保温区，在该保温区上涂覆保温涂料层，保温涂料厚度根据式5确定，

式中，δ_h为水平连接钢板内表面保温涂层区涂抹保温涂料层的厚度；S₈为水平连接钢板内表面面积，m²。

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25℃(298K)，外侧与外界空气接触.

采用如下步骤对上述塑钢中梃连接件进行保温处理：

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6)，确定钢制中梃连接件内温度场T(x,y,z)，如图3 所示。

式中，▽²是拉普拉斯算子，q_v是内热源强度，W/m³,λ为塑钢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)，取α＝β＝1，利用式(1)、式(2)得到左竖直钢板和右竖直钢板保温区和非保温区的分界值：T_sepreation-l＝23.5℃，T_sepreation-r＝23.5℃。

步骤3，根据得到的T_sepreation-l＝23.5℃和T_sepreation-r＝23.5℃，将左竖直钢板和右竖直钢板上等值线数值等于T_sepreation-l＝23.5℃和T_sepreation-r＝23.5℃的曲线作为左竖直钢板和右竖直钢板保温区的包络曲线。

步骤4，将步骤3得到的左竖直保温区和右竖直保温区的包络曲线上取足够多(不少于300个)离散点，获取这些离散点的坐标值。采用Genetic Algorithm算法对包络曲线上的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进行处理，得到左竖直钢板和右竖直钢板保温涂层区的包络曲线对应的拟合曲线方程，将该拟合曲线方程作为左竖直保温区弧面轮廓线和右竖直保温区弧面轮廓线。

左竖直保温区弧面轮廓线6满足非对称双S函数曲线的分布形式，其函数表达式为：

y＝y₀+A(1/(1+exp(-(x-x_c+w₁/2)/w₂)))(1-1/(1+exp(-(x-x_c-w₁/2)/w₃)))

式中y₀为偏移量，A为振幅，x_c为中心轴，w₁为半极大的全宽度，w₂为低能侧方差， w₃为高能侧方差。其中y₀＝7.4,A＝3.1,x_c＝0.11,w₁＝2.69,w₂＝-0.25,w₃＝-0.18。

右竖直保温区弧面轮廓线7对应的拟合方程满足非对称双S函数曲线的分布形式，其函数表达式为：

y＝y₀+A(1/(1+exp(-(x-x_c+w₁/2)/w₂)))(1-1/(1+exp(-(x-x_c-w₁/2)/w₃)))

式中y₀＝7.4,A＝3.1,x_c＝0.11,w₁＝2.69,w₂＝-0.25,w₃＝-0.18。

步骤5：将步骤4得到的每个保温区轮廓线作为对应钢板的保温分界线，分别将左竖直钢板和右竖直钢板各分为保温区和非保温区。

步骤6：在步骤5得到的左竖直钢板和右竖直钢板的保温涂层区涂抹保温涂料，具体如下：

在竖左直钢板保温涂层区的保温涂料厚度根据式3确定，在水平钢板保温涂层区的保温涂料厚度根据式4确定。求解得δ_l＝δ_r＝1.8mm。

例如：在利用式3进行竖直钢板保温涂层区的保温涂料厚度的求解时，保温涂层区的保温涂料导热系数取 0.042W/(m*℃)，求得δ_l＝1.8mm。

同理可求得δ_r＝1.8mm。

步骤7，根据步骤1得到的钢制中梃连接件内的温度场T(x,y,z)，将水平连接钢板内表面整体作为水平保温区，在该水平保温区上涂覆保温涂料层，保温涂料厚度根据式 5确定求解得到δ_h＝1.6mm。

经实验，经保温处理和结构优化的塑钢中梃连接件可以最大化增加结构整体的导热热阻，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31.6℃，在室外空调计算温度为35℃的情况下，可减少能量散失达能够有效阻隔高温地区工况下中梃连接件在此冷桥部位的冷量散失。