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节能门窗发展办法论述

2012-12-17 17:05 来源:建筑节能论文 人参与在线咨询

作者:杨辉 杨闯 郭兴忠 杨庭贵 单位:浙江大学 浙江加兰节能科技股份有限公司

推拉窗推拉窗无论在开、关状态下均不占用额外的空间,并且生产工艺简单、使用方便快捷,开窗面积为窗框总面积的1/2,但无论采用哪种材料制作推拉窗,窗扇与窗框间不可避免存有一定的间隙,室内外冷热空气对流造成较大热损失。为提高推拉窗隔热性能,设计生产人员安装和改进了密封毛条,但随着时间的延长,在使用过程中,密封毛条表面磨损,空气对流逐步加大,节能效果不断降低。针对推拉窗密封性差的缺点,李海洋[1]研究了塑料推拉窗的密封问题,分别分析了框与扇间、扇与扇间、纱扇与扇间的密封条的设计与选用。毕建光等[2]分析了无框推拉窗的应用前景,由于无框推拉窗省去窗扇的框结构,采用厚度较大的玻璃或双层玻璃,通过特殊的粘贴工艺进行密封,具有采光性、密封性好的优点。近年来,发展了改进型推拉折叠窗,在多个窗扇连接处安装滑轮,可将多个窗扇推至一侧折叠,开启时提高通风面积,闭合时提高气密性(见图1)。通过这种结构,可在一定程度上提高推拉窗的节能性能,但节能效果有限。为满足更高气密性要求,近来设计发明了平行推拉上悬窗,通过使用图2所示的零件将门窗扇与门窗框连接起来,开启时,门窗扇整体离开门窗框平面,通过上述特制零件在导轨内滑动,闭合时,整个门窗扇同时压在框材上,借此提高推拉窗的气密性,从而提升推拉窗的节能效果。

平开窗和固定窗平开窗分内开、外开2种。窗扇与窗框之间均使用橡胶密封压条,在窗扇关闭后紧压橡胶密封压条,门窗气密性良好。固定窗通过密封处理后,很难形成空气对流,具有很好的水密性和气密性。因此,平开窗与固定窗的热量损失主要是玻璃和框扇型材本身的热传导和辐射散热。近年来,为进一步提升平开窗与固定窗保温隔热等节能性能,不断改进原材料,选用热导率低的门窗型材、较低辐射系数的玻璃系统及性能更加优秀的五金件和密封条是新型节能门窗制作的发展方向。胡庆华等[3]分析美式平开窗特点,与欧式平开窗开启方式不同,美式平开窗一般采用摇窗器开启,窗扇可以停留在任意位置。并且窗扇无把手,关窗时无需将手伸出窗外,因此可以安装固定式纱窗扇,进一步提高门窗密封性能。孙波[4]分析了外开平开窗摩擦铰链的受力情况,从窗扇位移、开启角度、窗扇高度和宽度等方面研究摩擦铰链受力,总结影响铰链使用寿命的因素,以此提高平开窗使用年限。除以上几种门窗结构外,上悬窗、平开上悬、旋转窗和中悬窗等也是国内外比较常见的门窗结构。随着设计水平的进步和使用需求的提高,多种门窗结构及开启方式将不断开发,以满足不同的气候及施工条件下各种节能建筑的需求。

节能门窗关键材料及技术

门窗主要由窗框、玻璃、密封条及其它配套材料制作而成,各部分材料性能的优劣都直接影响门窗整体节能效果。

1窗框材料目前我国使用最广泛的节能门窗主要有塑钢门窗、木质门窗和铝合金门窗等。

1.1塑钢门窗塑钢门窗是以聚氯乙烯(PVC)树脂为主要原料,加上一定比例的稳定剂、着色剂、填充剂、紫外线吸收剂等,经挤出成型材,同时为增强型材的刚性,需在型材空腔内填加钢衬。塑钢门窗防火性能略差,燃烧时会有毒气排放,在防火要求条件比较高的情况下,不适合使用。并且塑钢门窗容易老化、变色、龟裂,影响使用寿命。针对塑钢门窗的不足,黄国波[5]用马来酸接枝顺丁橡胶共混改性聚氯乙烯,并加入硬脂酸锌,改性后的PVC复合型材断裂强度比顺丁橡胶/聚氯乙烯复合型材提高了50%。此外,针对PVC材料阻燃性能和抗紫外线性能的提升,科研人员也进行了大量的研究。苏虎[6]使用水滑石/锡酸锌改性的PVC材料,并研究其燃烧性能,研究发现采用水滑石制备PVC复合材料,可提高PVC材料阻燃抑性能烟近50%。除了改进塑料本身使用性能外,为进一步提高塑钢门窗保温性能,对塑钢门窗型材设计和选材提出更高的要求。首先,增大型材厚度、壁厚及增加腔数。2010年德国纽伦堡国际幕墙展览会中展出的8腔3道密封胶的塑料型材,通过增加腔室来分隔空气层,如图3所示。其次,采用发泡材料填充型材空腔。从而减少空气对流,大幅提高门窗保温性能。并且通过更换增强衬材降低型材传热能力。

1.2木质门窗我国传统门窗几乎都是采用木材作为原料。随着塑料门窗和铝合金门窗的兴起,保温性能和力学性能都不好的木质门窗逐步被市场淘汰。但近十几年,我国部分企业从欧洲引进最新技术和装备,使用集成木材制作门窗框扇。新型木质门窗起步高,虽然引进时间不长,但近年一直与国外先进水平同步发展。集成材木质门窗力学强度高、导热系数低、制作工艺先进。并且木材环保、可再生。集成材木质门窗在发达国家的市场占有率达30%,而在我国,由于其生产成本较高,仅应用于高档门窗。使用木材制作高档门窗,需将木材进行切割、干燥除菌、胶合等预处理,制作集成木材后才能作为原材料用于门窗生产。陈泽军等[7]先后用硫酸铝和水玻璃溶液处理速生材杉木木材,处理后木材尺寸稳定性显著提高,抗收缩系数可达34.21,稳定系数达80%以上。张玉萍和傅峰[8]研究了杉木、杨树、巨桉等6种人工林木材的胶合性能,通过测试不同木材胶合后力学性能和木材破损率,研究不同胶粘剂对木材胶合性能的影响。

1.3铝合金门窗铝合金门窗于20世纪70年代进入我国,80年代后得到迅速发展。到90年代中期,随着人们节能意识提高,保温性能良好的塑钢门窗发展迅速,铝合金门窗的发展受到一定阻碍。随后,断桥技术的推广使用弥补了铝合金导热系数高的不足。断桥技术原理是利用塑料隔热条,将室内外两层铝合金既隔开又紧密连接成一个整体,构成一种新的隔热型的铝型材,解决了铝合金传导散热快的问题。这种创新结构设计,兼顾了塑料和铝合金2种材料的优势,同时满足装饰效果、门窗强度及耐老化性能的多种要求。为进一步提升断桥铝合金门窗节能性能,在设计生产中,增大塑料隔热条宽度,并且在隔热条之间空腔填充发泡材料。此外,为增强视觉美感、扩大应用范围,近年来专业人员设计铝木复合门窗,在断桥铝合金门窗室内侧安装木制板,从而提高门窗保温性能,并且木质纹理起到良好的装饰作用。

1.4其它材质门窗杨连飞[9]采用竹集成制作门窗,经分析测试,相比现有节能门窗,竹质门窗的节能性能及经济性均有一定优势。杨辉等[10]采用由废旧塑料及木材加工废料制作而成的木塑复合材料制作门窗,探索具有成本低、性能好、环保等优点的木塑节能门窗的制作工艺,降低现有节能门窗生产成本,拓展应用范围。并尝试采用竹木基复合材料取代钢材作为塑料门窗内衬,或取代木材作为断热桥铝合金门窗内衬材料。采用此种方法制作的门窗,可在保持门窗良好节能性能的同时,降低生产成本,并且通过回收利用废弃材料,提高环保性能[11-12]。目前,结合不同气候条件、民俗风格、传统观念、建筑元素,将现代门窗设计、性能要求与传统风格相结合,开发多种可供选择、经济适用的门窗体系,已成为村镇建筑门窗新的发展方向。

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