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專家談建筑外窗系統研發的思路和對策

來源:中國門窗&配套材料網收集整理　作者:* 　日期:2009-4-15 　頁面功能【字體：大中小】【打印】【投稿】【評論】【啄木鳥】

　　建筑外窗是建筑物外圍護結構的重要組成部分，其主要作用是采光通風，給建筑物創造良好的室內光環境和空氣環境。由于目前我國的基本建設規模和鄉村城鎮化進程都處在高速發展階段，在相當長的時間里，建筑市場對門窗的需求在數量上還會穩步增加。
　　隨著建筑工程質量水平的不斷提高，對建筑門窗產品的質量也提出了更高的要求。建筑門窗從80年代以前的空、實腹鋼門窗一統江山的局面，逐步發展到鋁合金、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窗產品系列。

　　節能政策推動外窗系統研發

　　隨著國家建筑節能政策的完善，人們充分認識到建筑節能的重要性。而門窗等透光建筑構件是建筑外圍護結構中熱工性能最薄弱的環節，通過透光建筑構件的能耗，在整個建筑物能耗中占有相當可觀的比例。由于建筑能耗約占全國總能耗的25%%,我國已把建筑節能列為國家可持續發展的重要工作，相繼制訂和頒布了一系列建筑節能方面的標準，這些標準對建筑外窗都提出了明確的要求。

　　為引導、規范和促進我國建筑外窗的研究、開發、生產與應用，圍繞我國發展環境友好型建筑材料與產品必須解決的突出問題，瞄準國際前沿，結合我國實際和潛在需求，科技部把“典型地區用建筑外窗系統研究開發”列入“十一五”科技支撐計劃重點項目“環境友好型建筑材料與產品研究開發”中，并最終由中國建筑科學研究院領銜的科研開發團隊承擔。

　　建筑外窗系統研究存在的主要難點

　　據中國建筑科學研究院的專家介紹，建筑外窗的使用與建筑物所在位置、體型、氣候條件、使用環境甚至人文因素有密切關系。通常把建筑外窗的氣密、水密、抗風壓、熱工、隔聲、采光作為建筑外窗的關鍵物理性能指標。但是由于以上性能的分級指標分散在不同的標準中，針對一個具體的工程來說，需要進行綜合系統的考慮。例如通常水密是參照50年一遇的10分鐘最大降雨量時的風速統計值來確定分級指標，確認典型地區最大降雨時的風速，提出適合本地區合理的水密性能指標要求，而不是片面追求高指標，造成不必要的浪費。這一點既具有現實意義，又具有極大難度。

　　建筑外窗的評估體系是指對建筑外窗系統應用技術條件的符合性進行全面的判定，包括設計驗證、產品檢測及工程檢測評定。設計驗證是針對典型地區具體工程設計的外窗系統方案進行計算、分析、判定及優化；產品檢測是對經設計驗證后的產品各項物理性能指標進行試驗室檢測判定；工程檢測是對該建筑工程中的建筑外窗的物理性能進行檢測判定。

　　建筑外窗的型材斷面非常復雜，有些特性可以精確地計算出來，比如截面慣性矩，但是有些指標往往需要根據經驗制定邊界條件計算，如傳熱系數。能否通過試驗的方法模擬邊界條件來相對準確地測定型材的傳熱系數，為建筑外窗提供設計依據，是本課題需要解決的主要難點之一。

　　專家說，建筑外窗的安裝工藝對建筑外窗的性能有很大影響。當外窗安裝不合理時，首先可能產生安全隱患，國內已經有多例安全事故發生；其次可能產生漏水、漏氣、局部冷橋造成的結露結冰等，嚴重影響了外窗的正常使用。多年來門窗行業一直討論的問題是是否應該增加安裝附框，就是在土建施工過程中在門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外窗的破壞，同時可以保證外窗的質量，有利于建筑外窗模數化、工業化。實際上在國外發達國家已經不僅采用簡單附框技術，而且是采用專用功能性附框，既滿足安裝要求，又提高了外窗的性能。因此本項目的難點是推廣采用功能性附框的同時，在功能性與經濟性之間尋找平衡點。

　　我國建筑外窗產業面臨的主要問題

　　建筑外窗是建筑物外圍護結構的重要組成部分，建筑外窗的性能直接影響到建筑物的美觀、安全、環保等諸多方面。與氣候條件接近的西歐、北美國家相比，目前我國建筑通過外窗的熱損失是加拿大和其它北半球國家同類建筑物的2倍以上。

　　專家介紹，在寒冷及嚴寒地區，外窗熱工性能不好，既浪費能源，又可能產生結露等室內熱環境問題。據調查，我國北方一些地區的采暖建筑，由于采用普通門窗，冬季通過外窗的傳熱與空氣滲透耗熱量之和，可達全部建筑能耗的50%以上。根據嚴寒地區建筑外窗現狀調查結果顯示，目前大量采用的單框三玻塑料窗，由于安裝構造不合理導致窗墻連接部位以及漏氣部位嚴重結冰結露，在極端溫差作用下，型材產生彎曲、玻璃形成弧面，降低了建筑外窗的性能。

　　從調查的結果看，由于嚴寒地區室內外溫差大，按照常規的設計思路制作的建筑外窗會出現異常的問題。比如開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果，整體氣密性能很好，但是缺陷部位在冬季嚴重結冰，一旦打開窗扇會破壞密封條，導致整個冬季無法開窗；由于室內外溫差過大，室外側型材和玻璃在低溫作用下產生收縮變形，當型材的保溫性能較好時，型材內表面的溫度較高，會在型材內部沿窗法線方向上產生很大的溫度梯度，形成極大的內應力。從室外可以明顯看出型材向室內彎曲變形，玻璃也會發生同樣的現象，由于玻璃是平面材料，外觀效果形同鍋蓋；變形的結果可能導致氣密性能下降，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更容易結露、結冰；中空玻璃密封失效引起結露、進水，導致熱工性能下降。

　　在夏熱冬暖地區，外窗隔熱性能差，不但大幅度提高空調能耗，還會嚴重影響室內舒適度。夏季通過向陽面門窗進入室內的太陽輻射熱，已成為空調負荷的主體。

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

　　在我國沿海城市，臺風是常見的天氣狀況，外窗強度或剛度不夠，將造成結構損壞，危害人身安全。雨水通過外窗的孔縫滲入室內，會浸染房間內部裝修和室內陳設物件，不僅影響室內正常活動并且使居民在心理上形成不能滿足建筑基本要求的不舒適和不安全感。同時，長期滯留在型材腔內的積水還會腐蝕金屬材料、五金配件，影響正常開關，縮短建筑外窗的壽命。因此建筑外窗良好的抗風壓性能和水密性能是滿足該地區外窗使用功能的基本要求。

　　因此，注重建筑外窗設計、制作、安裝和施工驗收全過程的系統化技術，生產既滿足建筑外窗功能性要求、又高效節能的高質量外窗產品，規范我國建筑外窗市場，提高建筑節能，既是我們面臨的現實難題，也是具有緊迫性的研究課題。

　　建筑外窗的研究是一項系統工程，涉及的科學領域相當廣泛，如：能源、環境、建筑學、結構、材料等諸多相關領域，因此需要不同專業的技術人員密切合作，高校、科研單位和門窗企業緊密配合。本文主要針對我國建筑外窗系統的研究開發項目的實施，提出整體的研究思路和方法，供大家參考。

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