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1. 研究背景
隨著國家
建筑節(jié)能政策的實(shí)施，人們充分認(rèn)識(shí)到建筑節(jié)能的重要性。透光門窗
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)，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)大的比例。由于
建筑能耗約占全國總能耗中的25％，為此，我國已把建筑節(jié)能列為國家可持續(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
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在這些標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)建筑外窗的
節(jié)能技術(shù)參數(shù)提出了明確的要求。2006年，為引導(dǎo)、規(guī)范和促進(jìn)我國建筑外窗的研究、開發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)用，圍繞我國發(fā)展環(huán)境友好型
建筑材料與產(chǎn)品必須解決的突出問題，瞄準(zhǔn)國際前沿，結(jié)合我國實(shí)際和潛在巨大的市場(chǎng)需求，國家科技部把“典型地區(qū)用建筑外窗系統(tǒng)研究開發(fā)”，列入了“十一五”國家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“環(huán)境友好型建筑材料與產(chǎn)品研究開發(fā)”當(dāng)中。在這一背景下，我公司承擔(dān)了“十一五”國家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“環(huán)境友好型建筑材料與產(chǎn)品研究開發(fā)”項(xiàng)目中子課題“夏熱冬暖地區(qū)用的建筑外窗系統(tǒng)的研發(fā)”任務(wù)。
本課題的研發(fā)工作從2007年5月開始至2010年7月結(jié)束,經(jīng)歷了項(xiàng)目前期的各項(xiàng)技術(shù)環(huán)境與市場(chǎng)調(diào)研和用料選擇的調(diào)研，單元
型材的研發(fā)設(shè)計(jì)，門窗
節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究與試驗(yàn)及最終產(chǎn)品試制,技術(shù)性能指標(biāo)測(cè)試，實(shí)施應(yīng)用研究的工業(yè)性試驗(yàn)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等過程。現(xiàn)將本項(xiàng)技術(shù)工作扼要概括如下。
2. 研發(fā)方向及技術(shù)方法
夏熱冬暖地區(qū)，即通常所謂的華南地區(qū)，是《
民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50176-93（以下簡(jiǎn)稱《熱工規(guī)范》規(guī)定的熱工設(shè)計(jì)分區(qū)之一，屬于我國《建筑氣候區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》GB50178-93規(guī)定的第Ⅳ建筑氣候區(qū)。這一地區(qū)位于我國南部，包括海南、臺(tái)灣全境；福建南部；廣東、廣西大部以及云南西南部和元江河谷地區(qū)，北回歸線橫貫其北部，屬地理學(xué)中南亞熱帶至熱帶氣候。該區(qū)長(zhǎng)夏無冬，溫高濕重，氣溫年較差和日較差均小，這一地區(qū)的最冷月（1月）平均氣溫高于10℃，最熱月（7月）平均氣溫25～29℃，極端最高氣溫一般低于40℃，年日平均氣溫≥25℃的日數(shù)為100～200天，年平均
相對(duì)濕度為80%。這一地區(qū)的雨量充沛，是我國降水量最多的地區(qū)，多熱帶風(fēng)暴和臺(tái)風(fēng)襲擊，常有大風(fēng)暴雨天氣；太陽高度角大，日照較少，
太陽輻射強(qiáng)烈。 對(duì)夏熱冬暖地區(qū)建筑的基本要求是：建筑物必須充分滿足夏季防熱、通風(fēng)、防雨要求，冬季寒冷天數(shù)少，可不考慮防寒、
保溫。
為適應(yīng)夏熱冬暖地區(qū)的氣候特征，開發(fā)適用于夏熱冬暖地區(qū)
建筑門窗新系統(tǒng)產(chǎn)品，門窗必須具有良好的
氣密性、
水密性能、保溫性能和
遮陽性能。根據(jù)《
公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，在夏熱冬暖地區(qū)要根據(jù)窗墻面積比，對(duì)窗(包括
透明幕墻)的
傳熱系數(shù)K值，從≤6.5 W/m2·K至≤3.0 W/m2·K;對(duì)非透明幕墻的傳熱系數(shù)K值應(yīng)≤1.5 W/m2·K，同時(shí)對(duì)
遮陽系數(shù)Sc從≤0.6至≤0.35 。因此，我們將要開發(fā)適合夏熱冬暖地區(qū)用的建筑外窗系統(tǒng)性能確定為: 保溫性能達(dá)到5級(jí)(3.0＞K≥2.5)、
遮陽性能達(dá)到7級(jí)(Sc≤0.2) 。
開發(fā)新系統(tǒng)產(chǎn)品必須考慮材料的選用、型材的合理設(shè)計(jì)、
隔熱條的選擇、玻璃的選用、
密封膠條的選用及搭配、加工工藝技術(shù)及
五金配件的選擇等，我們首先從材料著手。
2.1 材料的研究
�。�1）框材
門窗用材除
鋁、鋼
金屬材料外，還有
PVC 、
木材等。從材料本身考慮,以
鋁型材制造的門窗具有
強(qiáng)度高、重量輕、加工便利、外型美觀等優(yōu)良特性。而且現(xiàn)在使用隔熱鋁型材制造的門窗，具有良好的隔熱性能，節(jié)能效果良好。隔熱
鋁合金門窗在生產(chǎn)過程中不僅不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，而且完全可以做到資源回收再利用，能耗僅相當(dāng)于原鋁生產(chǎn)的5%，且鋁
金屬的回收率高，每循環(huán)一次損耗為1.5％～3.0%，對(duì)資源利用和環(huán)境保護(hù)有著重要意義。它完全符合綠色環(huán)保要求，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的要求，是新型的
綠色建材門窗產(chǎn)品材料的首選。因此，本項(xiàng)目經(jīng)詳細(xì)分析研究，拋棄有損環(huán)境、缺點(diǎn)較多的木材、
鋼材和
塑料材質(zhì)等，采用了性能優(yōu)異的
隔熱鋁合金型材作為門窗的主體材料。
（2）玻璃
門窗玻璃的
熱損失是建筑物能耗的主要部分，占建筑物能耗的50%以上。經(jīng)有關(guān)研究的文獻(xiàn)資料表明，玻璃內(nèi)表面的傳熱以
輻射為主，占58%，減少通過玻璃進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射熱是主要手段。抓住輻射量控制的關(guān)鍵問題， 就意味著要從改變玻璃的性能來減少熱能的損失，最有效的方法是抑制其內(nèi)表面的輻射。普通
浮法玻璃的
輻射率高達(dá)0.84，當(dāng)鍍上一層以銀為基礎(chǔ)的低輻射
薄膜后，其輻射率可降至0.1以下。因此，研究決定采用Low-E 玻璃。Low-E玻璃又稱
低輻射玻璃，是在玻璃表面鍍上多層金屬或其他化合物組成的膜系產(chǎn)品。其鍍膜層具有對(duì)
可見光高透過及對(duì)遠(yuǎn)紅外線高反射的特性，用Low-E玻璃制造的建筑物門窗，可大大降低因輻射而造成的室內(nèi)熱能向室外的傳遞，達(dá)到理想的節(jié)能效果。Low-E玻璃良好的光學(xué)性能對(duì)太陽光中可見光有高的
透射比，可達(dá)80%以上，而
反射比則很低，這使其與傳統(tǒng)的
鍍膜玻璃相比，光學(xué)性能大為改觀。從室外觀看，外觀更透明、清晰，即保證了建筑物良好的
采光，又避免了以往大面積
玻璃幕墻、
中空玻璃門窗光反射所造成嚴(yán)重的
光污染現(xiàn)象，可解決和營造出更為柔和、舒適的光環(huán)境。
�。�3）
密封材料
密封材料的質(zhì)量,直接影響門窗的密封性能和水密性能。目前在全球的建筑
密封條材料中，大致可分為三種材料，第一種材料是
三元乙丙橡膠，英文簡(jiǎn)稱
EPDM；第二種是
硅橡膠；第三種
橡膠是
氯丁橡膠。
三元乙丙橡膠的性價(jià)比高，它的壽命是非常長(zhǎng)的，普遍運(yùn)用于作汽車的密封條。這種材料在一般緯度下面的耐高溫和耐低溫都是非常優(yōu)秀的，耐低溫可以到-40度左右，耐高溫一般可以達(dá)到120度。 三元乙丙橡膠的特點(diǎn)就是有很好的物理性能，關(guān)于第二種硅橡膠，硅橡膠最大的好處是它有優(yōu)越的
彈性，它這種彈性是天然的。所以說它的壓縮永久
變形非常好，尤其是在開啟部分采用硅橡膠的話，他的彈性是保證非常好的。且硅橡膠的耐低溫和耐高溫也都是非常出色的，要比三元乙丙橡膠好。所以用在飛機(jī)上的密封條只有硅橡膠。但是硅橡膠的成本比三元乙丙橡膠高一倍左右。關(guān)于第三種氯丁橡膠，氯丁橡膠的加工很難，但是它與
天然橡膠結(jié)合的
相溶性非常好，這種材料不足之處是加工工藝難，以及它的比重大，同樣一個(gè)
斷面尺寸的東西，它的數(shù)量會(huì)更少，因此生產(chǎn)成本高。綜合上述情況進(jìn)行比較。我們選擇三元乙丙橡膠作為
鋁合金門窗的密封材料是最適宜的。
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