مهمترین استاندارد مربوط به رابطهای عایق حرارتی(مانند پلیآمید) در پروفیلهای فلزی، استاندارد EN 14024:2004می باشد. این استاندارد الزامات، عملکرد مکانیکی و تستهای لازم در راستای ارزیابی سیستم را شرح میدهد. این استاندارد اروپایی به سه زبان انگلیسی، فرانسوی و آلمانی منتشر شده است و هر ورژنی به غیر از این سه زبان، حاصل ترجمه از زبانهای مرجع این استاندارد میباشد. در ادامه به جای عبارت “رابطهای عایق حرارتی”، از عبارت “رابط حرارتی” استفاده خواهد شد.
مقدمه
در مقایسه با سایر عنصرات زمین، فلزات رسانایی حرارتی نسبتا بالایی دارند. از طرفی مقاومت بالای مکانیکی و چکشخواری مناسب، استفاده از این عناصر را در سیستمهای درب، پنجره و کرتین وال، در زمره ایدهآلترین متریال قرار گرفته است. به عنوان مثال آلومینیوم با میزان رسانایی حرارتی، وزن مخصوص(چگالی) پایین و مقاومت مکانیکی قابل قبول، جهت استفاده در سیستمهای درب و پنجره فلزی بسیار مناسب است، به شرطی که بتوان با مهندسی، رسانایی حرارتی سیستم را به کمترین حد ممکن رساند و استفاده از رابطهای حرارتی مانند PVC یا Polyamide مشکل رسانایی بالای این سیستمها را حل میکند، به نحوی که اگر پروفیل آلومینیومی به دو قسمت بیرونی و درونی تقسیمبندی شود، این دو قسمت توسط یک متریال با رسانایی حرارتی بسیار پایین بهم متصل خواهند شد. این اتصال باعث ایجاد یک مقاومت حرارتی بسیار بالا در جهت مسیر انتقال حرارت شده و ضریب انتقال حرارت کلی سیستم را به میزان قابل توجهی کاهش میدهد. این رابط عایق باید مقاومت مکانیکی قابل قبول و رسانای حرارتی پایینی داشته باشد.
انواع طراحی هندسی
همچنین نوع بارگزاری سیستم از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. اعمال بارهای متقارن یا شبه متقارن طراحی سیستم را تحت تأثیر قرار خواهد داد.
شکل ۲ :گروه بندی محل اعمال بار وزنی ، نوع بارگذاری قسمت (a) ،(b)و (c)متقارن و شبه متقارن و نوع بارگزاری قسمت (d) ،(e) ،(f)و (g) نامتقارن تلقی میشوند.
محل اعمال بار باید مشخصشود و برآیند تمامی نیروها محاسبه و جهت اعمال آن تعیین گردد. وضعیت سیستم به لحاظ استاتیکی و دینامیکی بسیار حائز اهمیت است. سیستمهای دینامیک (مانند دربهای کشویی) رویهای طراحی متفاوتی خواهند داشت. مقاومت تنش عرضی و تنش برشی در تمامی رابطها محاسبه شده و سپس انتخاب متریال با وجود تنش تسلیم آنها انجام خواهد شد. ضریب الاستیسیته در رابطهای پلاستیکی مورد بررسی قرار میگیرد، چراکه برخی بارهای برشی و نرمال میتوانند در درازمدت سیستم را دچار پدیده خزش کرده و باعث تغییر شکل دائمی سیستم شوند؛ این موضوع در مناطق گرمسیر بسیار حائز اهمیت است. علاوه بر این، استاندارد در مورد سایر کاراکترهای تأثیرگذار در عملکرد رابطها مانند عمر(Ageing) سیستم و سایر شرایط صحبت شده است. رابطهای عایق حرارتی در کاربردهای بسیاری قابل استفاده هستند و عامل انتخاب، عملکرد مکانیکی آنها در آن کاربرد میباشد. این استاندارد بیشتر در مورد کاربریهای درب و پنجره و نماها صحبت میکند.
کاهش معایب انواع درب و پنجره آلومینومی با مرور زمان:
درب و پنجره های آلومینیومی نیز مانند هر تکنولوژی جدیدی که به منظور کاهش معایب نمونه های پیشین خود می آید خود دارای معایبی هست که به مرور زمان اصلاح می شوند و به کمال می رسند. درب و پنجره های آلومینیومی نیز از این قاعده مستثنی نیستند.
نسل اول: نسل اول درب و پنجره های آلومینومی در حقیقت نیمه آلومینیومی نیمه فلزی بودند زیرا آنها توسط میلگرد به هم متصل می شدند و عملا امکان دو جداره کردن انواع درب و پنجره ها نبود.
نسل دوم: نسل دوم درب و پنجره های آلومینومی در تکمیل نسل اول به منظور جلوگیری از اتلاف انرژی حرارتی توسعه یافت و به استفاده از شیشه های دو جداره در چهارچوب های آلومینیومی جامع عملا پوشاند.
نسل سوم: در این نسل از درب و پنجره های آلومینومی مشکل نبادل حرارتی بالا بین محیط داخلی و خارجی ساختمان برطرف شد و درب و پنجره های آلومینومی ترمال بریک عملا پا به عرصه صنعت درب و پنجره سازی آلومینومی راه یافتند.
چهارچوب های نسل سوم که به صورت علمی تر پروفیل های آلومینیومی نامیده می شوند یک لایه لاستیک از جنس پلی آمید است که عملا پروفیل درب و پنجره های آلومینومی را به شکل دوجداره در آورده است. این لایه پلی آمیدی در بین دو تیغه آلومینیومی توسط دستگاههای پرس، پانچ می شوند که علاوه بر مزیت کاهش انتقال حرارت از ورود صدا نیز جلوگیری می کند و به نوعی عایق صدایی هم محسوب می شود. لاستیک پلی آمیدی مورد استفاده در درب و پنجره های آلومینومی ترمال بریک در حقیقت الیاف متراکم شده شیشه ای هستند توان تحمل فشار و حرارت را دارا می باشند.
شکل ۳ :سیستم های پنجره ترمال بریک(عایق حرارتی) و معمولی(Normal )
در شکل ۳، سیستم ترمال بریک(هندسه راست)، دو قسمت فلزی پروفیل توسط یک رابط از هم جدا شدهاند؛ اصطلاحا به این پروفیلها ترمال بریک(Thermal break) میگویند.
این رابطهای حرارتی میبایست از جنسی انتخاب شوند که علاوه بر رسانایی بسیار پایین، مقاومت مکانیکی مناسبی داشته باشند، چراکه ادوات سیستمهای درب، پنجره و کرتین وال همراه با قابهای فلزی و شیشه خواهند بود و سیستم وزن نسبتا بالایی را در برگرفته که میبایست توان تحمل این وزن توسط این رابطهای حرارتی بررسی شود. همچنین نحوه اتصال این رابطها در میزان تحمل وزن سیستم تأثیرگذار است.
این استاندارد الزامات ارزیابی و اندازهگیری مقاومت مکانیکی پروفیلهای ترمال بریک را مطرح میکند؛ همچنین تستهایی را معرفی میکند که مشخص میکند هر نوع تست جهت ارزیابی کدامیک از ویژگیهای مکانیکی رابط حرارتی پروفیل خواهد بود تا بتوان مناسبترین متریال جهت انتخاب را بدست آورد.
پروفیلهای فلزی حداقل به دو قطاع مجزا تقسیمبندی میشوند که توسط یک رابط حرارتی غیرشفاف بهم متصل شدهاند. این رابط حرارتی به دو زیرمجموعه تقسیمبندی خواهند شد:
- رابط حرارتی که بخشی از بار وزنی روی آن قرار خواهد گرفت.
- رابط حرارتی که هیج بار وزنی متحمل نخواهد شد.
طراحی مکانیکی سیستم
در ادامه استاندارد درباره نوع طراحی سیستمهای درب و پنجره صحبت کرده است، سیستمهایی که در آن ممکن است رابطهای حرارتی تنش برشی متحمل شوند و در صورت عدم تحمل تنش برشی، پیشبینی اینکه چه رخدادی برای پروفیل روی میدهد، قابل اغماض نبوده و باید پیشبینی شود. با توجه به این تعریف، سه نوع دسته بندی وجود خواهد داشت:
( a سیستمی که درخصوص تحمل تنش برشی طراحی شده و در صورت عدم تحمل تنش برشی، تأثیر منفی بر تنش کششی عرضی نخواهد گذاشت.
b ) سیستمی که جهت تحمل تنش برشی طراحی شده و در صورت عدم تحمل تنش برشی، تأثیر منفی بر تنش کششی عرضی خواهد گذاشت.
c ) سیستم به نحوی طراحی شده که هیج تنش برشی بر رابط حرارتی یا پروفیلی که مقاومت برشی کافی ندارد، وارد نشود.
دما
دو گروهبندی دمایی برای رابطهای حرارتی وجود دارد. جدول زیر این دو تقسیمبندی را نمایش میدهد:
جدول ۱ :گروه بندی دمایی رابط های حرارتی، کمینه و بیشینه تحمل دمایی مورد انتظار
گروهبندی دمایی به این علت انجام میشود که این رابطها باید در یک بازه و رنج دمایی مورد نظر عملکرد قابل قبولی داشته باشند. به عنوان مثال در رنگکاری پودری پروفیلها، چنانچه از رابطهای حرارتی با تحمل دمایی پایین استفاده شود، امکان تغییر شکل آنها حین عملیات رنگکاری وجود داشته و ممکن است سیستم پس از رنگکاری دچار تغییر شکل غیرقابلبرگشت شود. همچنین در مناطق گرمسیر، تابش مستقیم خورشید دمای پروفیل را تا مرز ۷۰ درجه سانتیگراد میتواند افزایش دهد و درصورت انتخاب نامناسب رابط حرارتی، امکان تغییر شکل مجموعه سیستم درب و پنجره در دراز مدت وجود دارد.
