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    建筑节能门窗及技术研究现状

    摘要:门窗节能是建筑节能的重要环节,从门窗结构设计、关键材料、遮阳系统及热模拟等方面介绍建筑节能门窗及技术的研究现状,阐明了节能门窗结构、材料及相关技术的发展趋势,分析了门窗-遮阳一体化技术、热模拟技术等先进技术在节能门窗中的应用情况,提出了节能门窗的发展建议,为节能效果更佳、适用性更强、经济性更好的节能门窗的研究开发提供参考。
    关键词:建筑节能;节能门窗;高档门窗;遮阳系统
    门窗作为建筑结构中不可缺少的部件,是室内与室外联系的重要环节。要求门窗既满足采光照明,又达到防晒遮阳;既满足通风换气,又实现防水隔声,同时还需具有一定装饰作用,以提高室内外视觉美感。门窗不仅是调节室内环境舒适度的关键工具,而且是促进建筑节能的重要途径。节能门窗的提出和发展,赋予门窗新的内涵。
    门窗结构及其开启方式不仅对室内外装饰效果和使用便捷性有重要意义,并且很大程度上影响门窗的保温隔热性。目前国内使用最广泛的门窗结构为推拉窗、平开窗和固定窗。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。
    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。
    好运来平特肖是以聚氯乙烯(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。

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