Warme Aluminiumfenster

Durch seine Festigkeitseigenschaften, hohe Korrosionsbeständigkeit und die Fähigkeit, eine komplexe Querschnittsform anzunehmen Aluminiumprofile scheinen ein sehr geeignetes Material für die Herstellung von Rahmen für Fenster und andere verschiedene Arten von Gebäudeverglasungen zu sein. Aluminium hat jedoch eine so hohe Wärmeleitfähigkeit, Welche Temperatur hat der Fensterrahmen window, die außen und innen komplett aus Aluminiumprofilen besteht, unterscheidet sich praktisch nicht, und wie im winter, also im sommer.

Warme Aluminiumfenster

Die Lösung dieses Problems sind die sogenannten Kombiprofile, die auch "warme" Aluminiumprofile genannt werden. Diese Profile bestehen aus zwei Aluminiumprofilen - außen und innen, die durch ein Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit miteinander verbunden sind, wie Polyamid, Polyurethan oder Polyvinylchlorid. Sie sagen, dass dieses Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit bildet thermische Unterbrechung, und solche Profile werden auch Aluminium genannt Profile mit thermischer Trennung.

Europäische Norm EN 14024 und internationale ISO-Normen 10077 und ISO 15099 den Begriff "Wärmesperre" verwenden, das heißt "thermische Barriere", und amerikanische Vorschriften – термин «thermische Pause». Russische Standards, z.B, GAST 22233-2001 für Aluminiumprofile wird der Begriff "Thermoeinsatz" verwendet.

Aluminiumprofile für Fenster und Türen

Europäische Norm EN 14024 setzt zwei Arten der thermischen Trennung für Metallprofile, einschließlich, für Aluminiumprofile (Bild 1).

Bild 1 - Zwei Arten von thermischer Trennung in Aluminiumprofilen

Die erste Technologie zur Herstellung eines thermisch getrennten Aluminiumprofils ist, dass zwei gegenüberliegende Kanten des Polyamidprofils in spezielle Nuten von Aluminiumprofilen eingesetzt werden, draußen und drinnen. Dann werden die Kanten dieser Rillen gewalzt., die eine starke Verbindung der Wärmebrücke mit jedem der Aluminiumprofile gewährleistet, und Aluminiumprofile miteinander.

Die zweite Technologie zur Herstellung thermisch getrennter Aluminiumprofile besteht darin, flüssiges Polyurethan in das Aluminiumprofil zu gießen, die spezielle Rillen hat. Dann, nachdem das Polyurethan ausgehärtet ist, dünne "Membranen" zwischen Außen- und Innenteil des Aluminiumprofils werden entfernt - herausgezogen oder gefräst - und man erhält ein thermisch getrenntes Aluminiumprofil.

Wärmeübertragung und Wärmeleitfähigkeit

Wärmedurchgangskoeffizient eines Fensters - jedes Fenster, Aluminium, hölzern, Plastik ist die Wärmemenge amount, die pro Zeiteinheit durch die Flächeneinheit des Fensters geht 1 Grad der Temperaturdifferenz zwischen beiden Seiten des Fensters - außen und innen. Daher wird der Wert des Wärmedurchgangskoeffizienten in W / (m²· K) oder „in Watt pro Quadratmeter pro Grad Kelvin“.

Aluminium, Kunststoff- und Holzfenster unterscheiden sich im Material des Rahmens. Der Beitrag des Rahmens zum Wärmedurchgangskoeffizienten dieser Fenster kann sehr unterschiedlich sein.. Dies liegt vor allem an den unterschiedlichen Wärmeleitkoeffizienten dieser Materialien: Aluminium, PVC-Kunststoff und Holz.

Es ist nicht überflüssig zu beachten, dass die Wärmeleitfähigkeit eine physikalische Eigenschaft ist Material, z.B, Fensterrahmen aus Holz. Der Wärmeleitkoeffizient spiegelt die Fähigkeit eines Materials wider, unter dem Einfluss eines Temperaturabfalls Wärme über eine Distanz zu übertragen und hat daher die Dimension W / (m·K). Mit anderen Worten, Das – die Wärmemenge pro Längeneinheit bei einer Temperaturdifferenz von einem Grad (Kelvin oder Celsius).

Der Wärmedurchgangskoeffizient ist im Gegensatz zum Wärmeleitkoeffizienten eine Eigenschaft des Fensters als physikalischen Körper. Der Wärmedurchgangskoeffizient eines Fensters spiegelt seine Fähigkeit wider, der Wärmeübertragung durch sich selbst unter dem Einfluss eines Temperaturabfalls auf seiner Innen- und Außenfläche zu widerstehen.. Daher hat der Wärmedurchgangskoeffizient die Dimension W / (m²·ZU). Mit anderen Worten, dies ist die Wärmemenge pro Flächeneinheit des Fensters bei einem Temperaturabfall von einem Grad.

ISO-Fenster Wärmeübertragung 10077-1

Die zuverlässigsten Methoden zur Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten von Fensterrahmen und Fenstern im Allgemeinen sind numerische Methoden (zum Beispiel, Finite-Elemente-Methode, Finite-Differenzen-Methode oder Grenzelementmethode) nach ISO-Standard 10077-2. Darüber hinaus werden standardisierte experimentelle Methoden verwendet, die auf der Messung von Wärmeströmen durch Fensterelemente und das Fenster als Ganzes basieren..

ISO-Norm 10077-1 entwickelt, um die Wärmedurchgangskoeffizienten von Fenstern verschiedener Designs ohne numerische Berechnungsdaten und experimentelle Daten zu bewerten.

Für ein einfaches taubes Fenster – Fenster mit Rahmen ohne Flügel und Aufschläge (horizontale und vertikale Querriegel) – Formel zur Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten eines Fensters nach ISO-Norm 10077-1 vereinfacht sich zu folgender Form:

Wo:
EIN_G - der Bereich des lichtdurchdringenden Teils des Fensters;
EIN_f - Rahmenbereich (Projektion auf eine vertikale Ebene);
l_G - die Länge des Umfangs des lichtdurchdringenden Teils des Fensters;
Ψ_G - lineare Wärmeübertragung (an der Verbindung zwischen Rahmen und lichtdurchdringendem Teil des Fensters).

Wärmeübertragung von Kunststofffenstern

Internationale ISO-Norm 10077-1 gibt die Mindestwerte der Wärmedurchgangskoeffizienten von PVC-Fensterrahmen mit zwei Kammern und drei Kammern an. Dies sind die minimalen Wärmedurchgangskoeffizienten von PVC-Fensterrahmen - Metall-Kunststoff-Fenster – jeweils schminken 2,2 und 2,0 W/m²·ZU.

Bild 2 - Minimaler Wärmedurchgangskoeffizient von PVC-Fenstern

Normalerweise haben PVC-Fensterrahmen genau 3 Kameras. Es gibt PVC-Rahmen mit 4 oder sogar 5 Kammern, aber sie sind teurer als sonst. ISO-Norm 10077-1 zeigt an, dass nur eine Kavität mit einer Breite von mindestens 5 mm. Die Norm enthält keine Angaben zum Wärmedurchgangskoeffizienten der Rahmen solcher "exotischer" PVC-Fenster..

Bild 3 - Mindestbreite der PVC-Fensterrahmenkammer

Wärmeübertragung eines Holzfensters

Auf dem Bild 4 das Diagramm der Abhängigkeit des minimalen Wärmedurchgangskoeffizienten des Rahmens eines Holzfensters ist gezeigt, Erstens, die Holzart (weich oder hart) und, Zweitens, von der Dicke des Rahmens.

Bild 4 - Wärmedurchgangskoeffizient von Holzrahmen
1 – Hartgestein (700 kg / Kubik. m und 0,18 W/mK);
2 -weiches Gestein (500 kg / Kubik. m und 0,13 W/m·K)

Für typische Dicke von Holzfenstern 50 mm der Wärmedurchgangskoeffizient des Rahmens ist für weiches Gestein 2,0 W / m2 K, und für hartes Gestein - 2,2 W / m2 K. Mit einer Erhöhung der Dicke des Rahmens für 150 mm der Wärmedurchgangskoeffizient des Rahmens nähert sich eins.

Aluminiumrahmen mit Wärmeübertragung

Thermische Trennung des Aluminiumrahmens

Auf dem Bild 5 zeigt die wesentlichen strukturellen Eigenschaften eines Aluminiumrahmens mit thermischer Entkopplung in Form von Polyamideinlagen.

Bild 5 - Aluminiumrahmen mit Polyamideinlagen:
0,2 < λ ≤ 0,3 W / (m² ZU)
b₁ + b₂ + b₃ + b₄ ≤ 0,2 b_f

Der Wärmedurchgangskoeffizient eines Fensterrahmens aus thermisch getrennten Aluminiumprofilen hängt ab von:

• Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des thermischen Trennmaterials;
• Länge thermische Unterbrechung, d, dh der Mindestabstand zwischen den äußeren und inneren Aluminiumprofilen;
• Breite thermische Unterbrechung, b₁+b₂+b₃+b₄;
• das Verhältnis der gesamten thermischen Unterbrechungsbreite (b₁+b₂+b₃+b₄) bis Rahmenbreite b_f.

Länge der thermischen Unterbrechung

Hersteller von Aluminiumfenstern geben in der Regel die Länge (bzw, die eine thermische Trennung in den Aluminiumrahmenprofilen bilden. Allerdings werden diese Polyamid-Einlagen zumindest in Aluminiumprofile eingebettet 2,5 mm auf jeder Seite. deshalb, wenn Polyamid-Einlagen verwendet werden, z.B, die Länge 34 mm, dann sorgen sie bestenfalls mit einer Länge von nur für eine effektive thermische Trennung 29 mm.

Formel

Die Formel zur Berechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten eines Aluminiumfensterrahmens lautet wie folgt:

Wo
EIN_f,ich /EIN_{f, di} Ist das Verhältnis der Projektionsfläche der Innenfläche des Rahmens auf die Fensterebene zur vollen Innenfläche des Rahmens (Abbildung 6);
EIN_f,e /EIN_f,de - das Verhältnis der Projektionsfläche der Außenfläche des Rahmens auf die Fensterebene zur vollen Außenfläche des Rahmens (Abbildung 6);
R_und – Widerstand gegen Wärmeübertragung der Innenfläche des Rahmens (Luftzwischenschichten auf der Innenfläche des Rahmens), (m² · K) / W;
R_{ich weiß} – Widerstand gegen Wärmeübertragung der Außenfläche des Rahmens (Luftzwischenschichten auf der Außenfläche des Rahmens), (m²· K) / W;
R_f – Wärmedurchgangswiderstand des Rahmenprofils, (m²· K) / W..

Bild 6 - Parameter der Form des Aluminiumrahmens,
die den Wert seines Wärmedurchgangskoeffizienten beeinflussen

Wärmeübergangswiderstand des Aluminiumrahmens

Der Widerstand des Rahmens eines Aluminiumfensters ohne thermische Trennung wird mit Null angenommen: R_f = 0.

Der minimale Widerstand des Aluminiumrahmens in Abhängigkeit von der thermischen Unterbrechungslänge d ist entlang der durchgezogenen Linie des Diagramms in der Abbildung 7.

Bild 7 - Werte R_f für Aluminiumrahmen mit thermischer Trennung

Schattierter Bereich in der Abbildung 7 über der durchgezogenen Linie entspricht der Wert des Wärmeübergangswiderstandes des Rahmens, für verschiedene Aluminiumfenster unter verschiedenen Bedingungen in verschiedenen europäischen Ländern erhalten. Daher sollte die obere Linie als praktischer maximaler Widerstand gegen Wärmeübertragung von Aluminiumrahmen für gegebene Werte der thermischen Trennung d . verstanden werden.

Die Außen- und Innenflächen des Rahmens

Die Werte des Widerstands gegen Wärmeübertragung der Innen- und Außenflächen des Rahmens eines vertikalen Fensters nach ISO 10077-1 akzeptiert:

• R_und = 0,13 ich²· K / W (für die Innenfläche des Rahmens);
• R_{ich weiß} = 0,04 ich²K / W (für die Außenfläche des Rahmens).

Aluminiumrahmen mit Wärmeübertragung

Bei gegebener thermischer Unterbrechungslänge d wird der maximale Wert des Wärmedurchgangskoeffizienten eines Aluminiumrahmens nach der Formel bei A . erreicht_ich = A_{Ich würde} und ein_e = A_ed (cm. Bild 6).

In diesem Fall

U_f = 1/ (0,13 + R_f + 0,04) = 1/(R_f + 0,17)

Aluminiumrahmen ohne thermische Trennung

Für einen Aluminiumrahmen ohne thermische Trennung, R_f = 0, was gibt

U_f = 1/(0 + 0,17) = 5,9 W/m²·ZU

Aluminiumrahmen mit thermischer Trennung d = 19 mm

Für Polyamid-Thermoeinsatz 24 mm

1) Der Mindestwert des Widerstands gegen Wärmeübertragung des Aluminiumrahmens (entlang der durchgezogenen Linie des Diagramms der Abbildung 7):

R_f = 0,18 ich²· K / W

2) Der maximale Wert des Widerstands gegen Wärmeübertragung des Aluminiumrahmens (entlang der gestrichelten Linie des Diagramms der Abbildung 7):

R_f = 0,30 ich²· K / W

3) Maximaler (schlechtester) Wärmedurchgangskoeffizient des Rahmens mit d = 19 mm:

U_f = 1/(0,18 + 0,17) = 1/0,35 = 2,9 W/m² ZU.

4) Minimaler (bester) Wärmedurchgangskoeffizient des Rahmens mit d = 19 mm:

U_f = 1/(0,30 + 0,17) = 1/0,47 = 2,1 W/m² ZU.

Aluminiumrahmen mit thermischer Trennung d = 28 mm

Zum thermischen Einlegen 33 mm

1) Der Mindestwert des Widerstands gegen Wärmeübertragung des Aluminiumrahmens (entlang der durchgezogenen Linie des Diagramms der Abbildung 7):

R_f = 0,22 ich²· K / W

2) Der maximale Wert des Widerstands gegen Wärmeübertragung des Aluminiumrahmens (entlang der gestrichelten Linie des Diagramms der Abbildung 7):

R_f = 0,35 ich²· K / W

3) Maximaler (schlechtester) Wärmedurchgangskoeffizient des Rahmens mit d = 28 mm:

U_f = 1/(0,22 + 0,17) = 1/0,39 = 2,6 W/m² ZU.

4) Minimaler (bester) Wärmedurchgangskoeffizient des Rahmens mit d = 28 mm:

U_f = 1/(0,35 + 0,17) = 1/0,52 = 1,9 W/m² ZU.

Wärmedurchgangskoeffizient von Aluminiumfenster

Basierend auf dem bekannten Wärmedurchgangskoeffizienten des Aluminiumrahmens und dem bekannten Wärmedurchgangskoeffizienten der Isolierglaseinheit (Tabelle 1) nach den entsprechenden Tabellen wird der minimale Wärmedurchgangskoeffizient des gesamten Fensters ermittelt.

Tabelle 1 - Wärmedurchgangskoeffizienten von Doppelglasfenstern (Fragment)

ISO-Norm 10077-1 gibt vier Tabellen zur Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten des Fensters in Abhängigkeit vom Verhältnis der Rahmenfläche zur Gesamtfensterfläche - 20 und 30 %, sowie für verschiedene Arten von Abstandhaltern für Isolierglaseinheiten - konventionell und mit verbesserten thermischen Eigenschaften.

Tabelle 2 - Wärmedurchgangskoeffizienten von Fenstern mit dem Verhältnis der Fläche des Rahmens 20 % von der Gesamtfläche des Fensters (doppelt verglaste Fenster mit herkömmlichen Abstandhaltern) – Aluminiumrahmen

Tabelle 3 - Wärmedurchgangskoeffizienten von Fenstern mit dem Verhältnis der Fläche des Rahmens 30 % von der Gesamtfläche des Fensters (doppelt verglaste Fenster mit herkömmlichen Abstandhaltern) – Kunststoff- und Holzrahmen

1. Holzfensterrahmen haben den niedrigsten (besten) Wärmedurchgangskoeffizienten. Mit einer Rahmenstärke eines Holzrahmens 50 mm der Wärmedurchgangskoeffizient des Rahmens beträgt ca. 2,0 W/m²·ZU. Mit einer Erhöhung der Dicke des Holzrahmens auf 100 mm reduziert sich der Wärmedurchgangskoeffizient des Rahmens auf 1,5 W/m²·ZU, und zu 150 mm – zu 1,0 W/m²·ZU.
2. Die besten Aluminiumfenster bieten einen Wärmedurchgangskoeffizienten von bis zu 1,9 W/m²·ZU. “Am schlimmsten” Dreikammer-Metall-Kunststoff-Fenster haben einen Rahmen mit einem Wärmedurchgangskoeffizienten von etwa 2,2 W/m²·ZU. Also, Die schlimmsten Kunststofffenster können schlimmer sein als die besten Aluminiumfenster.
3. Höhere Festigkeit von Aluminiumlegierungen im Vergleich zu Kunststoff und Holz ermöglicht eine Reduzierung der Breite des Fensterrahmens. Die Rahmenfläche eines typischen Aluminiumfensters beträgt ca. 20 %, während Kunststoff- und Holzfenster – Über 30 %.
   Da der Wärmedurchgangskoeffizient einer guten Glaseinheit immer niedriger ist, als der Wärmedurchgangskoeffizient eines Rahmens, dann haben Aluminiumfenster die Möglichkeit, mit anderen Fenstertypen zu konkurrieren, Erstens, mit Kunststoff, durch thermischen Wirkungsgrad. Überreste, Wahrheit, das Problem möglicher Kondenswasserbildung am Aluminiumrahmen.