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專(zhuān)家談建筑外窗系統(tǒng)研發(fā)的思路和對(duì)策

來(lái)源:中國(guó)門(mén)窗&配套材料網(wǎng)收集整理　作者:* 　日期:2009-4-15 　頁(yè)面功能【字體：大中小】【打印】【投稿】【評(píng)論】【啄木鳥(niǎo)】

　　建筑外窗是建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其主要作用是采光通風(fēng)，給建筑物創(chuàng)造良好的室內(nèi)光環(huán)境和空氣環(huán)境。由于目前我國(guó)的基本建設(shè)規(guī)模和鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)化進(jìn)程都處在高速發(fā)展階段，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，建筑市場(chǎng)對(duì)門(mén)窗的需求在數(shù)量上還會(huì)穩(wěn)步增加。
　　隨著建筑工程質(zhì)量水平的不斷提高，對(duì)建筑門(mén)窗產(chǎn)品的質(zhì)量也提出了更高的要求。建筑門(mén)窗從80年代以前的空、實(shí)腹鋼門(mén)窗一統(tǒng)江山的局面，逐步發(fā)展到鋁合金、塑料、彩板鋼窗、玻璃鋼、木制、不銹鋼等采用多種材料、具備不同功能用途、適合不同檔次建筑的門(mén)窗產(chǎn)品系列。

　　節(jié)能政策推動(dòng)外窗系統(tǒng)研發(fā)

　　隨著國(guó)家建筑節(jié)能政策的完善，人們充分認(rèn)識(shí)到建筑節(jié)能的重要性。而門(mén)窗等透光建筑構(gòu)件是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中熱工性能最薄弱的環(huán)節(jié)，通過(guò)透光建筑構(gòu)件的能耗，在整個(gè)建筑物能耗中占有相當(dāng)可觀的比例。由于建筑能耗約占全國(guó)總能耗的25%%,我國(guó)已把建筑節(jié)能列為國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的重要工作，相繼制訂和頒布了一系列建筑節(jié)能方面的標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建筑外窗都提出了明確的要求。

　　為引導(dǎo)、規(guī)范和促進(jìn)我國(guó)建筑外窗的研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)用，圍繞我國(guó)發(fā)展環(huán)境友好型建筑材料與產(chǎn)品必須解決的突出問(wèn)題，瞄準(zhǔn)國(guó)際前沿，結(jié)合我國(guó)實(shí)際和潛在需求，科技部把“典型地區(qū)用建筑外窗系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)”列入“十一五”科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“環(huán)境友好型建筑材料與產(chǎn)品研究開(kāi)發(fā)”中，并最終由中國(guó)建筑科學(xué)研究院領(lǐng)銜的科研開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)承擔(dān)。

　　建筑外窗系統(tǒng)研究存在的主要難點(diǎn)

　　據(jù)中國(guó)建筑科學(xué)研究院的專(zhuān)家介紹，建筑外窗的使用與建筑物所在位置、體型、氣候條件、使用環(huán)境甚至人文因素有密切關(guān)系。通常把建筑外窗的氣密、水密、抗風(fēng)壓、熱工、隔聲、采光作為建筑外窗的關(guān)鍵物理性能指標(biāo)。但是由于以上性能的分級(jí)指標(biāo)分散在不同的標(biāo)準(zhǔn)中，針對(duì)一個(gè)具體的工程來(lái)說(shuō)，需要進(jìn)行綜合系統(tǒng)的考慮。例如通常水密是參照50年一遇的10分鐘最大降雨量時(shí)的風(fēng)速統(tǒng)計(jì)值來(lái)確定分級(jí)指標(biāo)，確認(rèn)典型地區(qū)最大降雨時(shí)的風(fēng)速，提出適合本地區(qū)合理的水密性能指標(biāo)要求，而不是片面追求高指標(biāo)，造成不必要的浪費(fèi)。這一點(diǎn)既具有現(xiàn)實(shí)意義，又具有極大難度。

　　建筑外窗的評(píng)估體系是指對(duì)建筑外窗系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)條件的符合性進(jìn)行全面的判定，包括設(shè)計(jì)驗(yàn)證、產(chǎn)品檢測(cè)及工程檢測(cè)評(píng)定。設(shè)計(jì)驗(yàn)證是針對(duì)典型地區(qū)具體工程設(shè)計(jì)的外窗系統(tǒng)方案進(jìn)行計(jì)算、分析、判定及優(yōu)化；產(chǎn)品檢測(cè)是對(duì)經(jīng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證后的產(chǎn)品各項(xiàng)物理性能指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)室檢測(cè)判定；工程檢測(cè)是對(duì)該建筑工程中的建筑外窗的物理性能進(jìn)行檢測(cè)判定。

　　建筑外窗的型材斷面非常復(fù)雜，有些特性可以精確地計(jì)算出來(lái)，比如截面慣性矩，但是有些指標(biāo)往往需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)制定邊界條件計(jì)算，如傳熱系數(shù)。能否通過(guò)試驗(yàn)的方法模擬邊界條件來(lái)相對(duì)準(zhǔn)確地測(cè)定型材的傳熱系數(shù)，為建筑外窗提供設(shè)計(jì)依據(jù)，是本課題需要解決的主要難點(diǎn)之一。

　　專(zhuān)家說(shuō)，建筑外窗的安裝工藝對(duì)建筑外窗的性能有很大影響。當(dāng)外窗安裝不合理時(shí)，首先可能產(chǎn)生安全隱患，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多例安全事故發(fā)生；其次可能產(chǎn)生漏水、漏氣、局部冷橋造成的結(jié)露結(jié)冰等，嚴(yán)重影響了外窗的正常使用。多年來(lái)門(mén)窗行業(yè)一直討論的問(wèn)題是是否應(yīng)該增加安裝附框，就是在土建施工過(guò)程中在門(mén)窗的洞口安裝金屬附框，在建筑裝修階段將外窗整體固定在附框上，這樣作可以避免交叉施工造成的對(duì)外窗的破壞，同時(shí)可以保證外窗的質(zhì)量，有利于建筑外窗模數(shù)化、工業(yè)化。實(shí)際上在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)不僅采用簡(jiǎn)單附框技術(shù)，而且是采用專(zhuān)用功能性附框，既滿(mǎn)足安裝要求，又提高了外窗的性能。因此本項(xiàng)目的難點(diǎn)是推廣采用功能性附框的同時(shí)，在功能性與經(jīng)濟(jì)性之間尋找平衡點(diǎn)。

　　我國(guó)建筑外窗產(chǎn)業(yè)面臨的主要問(wèn)題

　　建筑外窗是建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，建筑外窗的性能直接影響到建筑物的美觀、安全、環(huán)保等諸多方面。與氣候條件接近的西歐、北美國(guó)家相比，目前我國(guó)建筑通過(guò)外窗的熱損失是加拿大和其它北半球國(guó)家同類(lèi)建筑物的2倍以上。

　　專(zhuān)家介紹，在寒冷及嚴(yán)寒地區(qū)，外窗熱工性能不好，既浪費(fèi)能源，又可能產(chǎn)生結(jié)露等室內(nèi)熱環(huán)境問(wèn)題。據(jù)調(diào)查，我國(guó)北方一些地區(qū)的采暖建筑，由于采用普通門(mén)窗，冬季通過(guò)外窗的傳熱與空氣滲透耗熱量之和，可達(dá)全部建筑能耗的50%以上。根據(jù)嚴(yán)寒地區(qū)建筑外窗現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果顯示，目前大量采用的單框三玻塑料窗，由于安裝構(gòu)造不合理導(dǎo)致窗墻連接部位以及漏氣部位嚴(yán)重結(jié)冰結(jié)露，在極端溫差作用下，型材產(chǎn)生彎曲、玻璃形成弧面，降低了建筑外窗的性能。

　　從調(diào)查的結(jié)果看，由于嚴(yán)寒地區(qū)室內(nèi)外溫差大，按照常規(guī)的設(shè)計(jì)思路制作的建筑外窗會(huì)出現(xiàn)異常的問(wèn)題。比如開(kāi)啟扇部位僅僅存在極小的局部密封缺陷，由于氣密性能是按照縫隙或面積平均的結(jié)果，整體氣密性能很好，但是缺陷部位在冬季嚴(yán)重結(jié)冰，一旦打開(kāi)窗扇會(huì)破壞密封條，導(dǎo)致整個(gè)冬季無(wú)法開(kāi)窗；由于室內(nèi)外溫差過(guò)大，室外側(cè)型材和玻璃在低溫作用下產(chǎn)生收縮變形，當(dāng)型材的保溫性能較好時(shí)，型材內(nèi)表面的溫度較高，會(huì)在型材內(nèi)部沿窗法線(xiàn)方向上產(chǎn)生很大的溫度梯度，形成極大的內(nèi)應(yīng)力。從室外可以明顯看出型材向室內(nèi)彎曲變形，玻璃也會(huì)發(fā)生同樣的現(xiàn)象，由于玻璃是平面材料，外觀效果形同鍋蓋；變形的結(jié)果可能導(dǎo)致氣密性能下降，甚至影響到外窗的正常使用功能；另外窗框與外墻安裝部位存在冷橋，特別是采用單層窗時(shí)更容易結(jié)露、結(jié)冰；中空玻璃密封失效引起結(jié)露、進(jìn)水，導(dǎo)致熱工性能下降。

　　在夏熱冬暖地區(qū)，外窗隔熱性能差，不但大幅度提高空調(diào)能耗，還會(huì)嚴(yán)重影響室內(nèi)舒適度。夏季通過(guò)向陽(yáng)面門(mén)窗進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射熱，已成為空調(diào)負(fù)荷的主體。

　　在夏熱冬冷地區(qū)，上述問(wèn)題都有不同程度的體現(xiàn)。但是由于建筑師偏愛(ài)使用大窗墻比設(shè)計(jì)，很多場(chǎng)合甚至高度跨越一個(gè)樓層。由于大量采用的隔熱型材鋁合金外窗型材的剛度不足，往往給工程帶來(lái)很大的安全隱患。

　　在我國(guó)沿海城市，臺(tái)風(fēng)是常見(jiàn)的天氣狀況，外窗強(qiáng)度或剛度不夠，將造成結(jié)構(gòu)損壞，危害人身安全。雨水通過(guò)外窗的孔縫滲入室內(nèi)，會(huì)浸染房間內(nèi)部裝修和室內(nèi)陳設(shè)物件，不僅影響室內(nèi)正�；顒�(dòng)并且使居民在心理上形成不能滿(mǎn)足建筑基本要求的不舒適和不安全感。同時(shí)，長(zhǎng)期滯留在型材腔內(nèi)的積水還會(huì)腐蝕金屬材料、五金配件，影響正常開(kāi)關(guān)，縮短建筑外窗的壽命。因此建筑外窗良好的抗風(fēng)壓性能和水密性能是滿(mǎn)足該地區(qū)外窗使用功能的基本要求。

　　因此，注重建筑外窗設(shè)計(jì)、制作、安裝和施工驗(yàn)收全過(guò)程的系統(tǒng)化技術(shù)，生產(chǎn)既滿(mǎn)足建筑外窗功能性要求、又高效節(jié)能的高質(zhì)量外窗產(chǎn)品，規(guī)范我國(guó)建筑外窗市場(chǎng)，提高建筑節(jié)能，既是我們面臨的現(xiàn)實(shí)難題，也是具有緊迫性的研究課題。

　　建筑外窗的研究是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及的科學(xué)領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，如：能源、環(huán)境、建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)、材料等諸多相關(guān)領(lǐng)域，因此需要不同專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員密切合作，高校、科研單位和門(mén)窗企業(yè)緊密配合。本文主要針對(duì)我國(guó)建筑外窗系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的實(shí)施，提出整體的研究思路和方法，供大家參考。

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