本文從多角度論述了中國隔熱鋁合金門窗及型材的發(fā)展歷程, 結合部分歐洲國家節(jié)能標準要求的進展及中國建筑節(jié)能標準要求的發(fā)展趨勢,從多方面針對隔熱鋁合金窗的性能加以論述,力求在滿足節(jié)能標準要求的情況下,合理優(yōu)化隔熱鋁合金型材的斷面設計及相關性能指標的設計,強調(diào)了隔熱鋁合金門窗節(jié)能設計的關鍵要素是具有穩(wěn)定、可靠的產(chǎn)品質(zhì)量并具有長久的服務壽命。
關鍵詞:隔熱鋁合金門窗、型材、節(jié)能優(yōu)化
建筑節(jié)能形式的發(fā)展對隔熱鋁合金窗的性能要求
最近一段時間,關于清潔能源和再生能源產(chǎn)品及技術應用得到全世界的關注,而碳經(jīng)濟的興起.給本就火爆的能源話題又添加了一些動力,導致關注已經(jīng)達到炙手可熱的程度,中國也出現(xiàn)了風能和太陽能產(chǎn)品的盲目投資和過剩。
綜合而言，就能源利用來講，即使增加再多的投入，如果應用過程中的浪費過多，仍然無法達到預期節(jié)約能源的目的，節(jié)約能源的根本出路還在于“節(jié)約”，因此無論是汽車產(chǎn)品、工業(yè)產(chǎn)品還是建筑產(chǎn)品，世界各國都在極力開發(fā)新的技術和產(chǎn)品，以滿足節(jié)能的需要。同時，從法律角度不斷提高各行業(yè)節(jié)能要求，以求從法律角度奠定節(jié)能要求的規(guī)范。
技術角度看，歐洲各發(fā)達國家的建筑節(jié)能標準要求走在了世界的前列，如德國、英國、西班牙、意大利、波蘭等國家紛紛制定新的建筑節(jié)能標準，強化對建筑節(jié)能的要求。中國的建筑節(jié)能要求在近年來也在逐步提高，已經(jīng)形成了國家、氣候區(qū)域及地方政府的多重標準體系及要求，國家也已經(jīng)將建筑節(jié)能作為考核地方政府的政績考核項目之一，極大地推動了建筑節(jié)能在國內(nèi)的推廣和普及。
隔熱鋁合金窗節(jié)能優(yōu)化設計的途徑和方法
縱觀國內(nèi)外門窗的發(fā)展歷程，整體發(fā)展的過程曲線是基本相同的，對隔熱鋁合金門窗而言,型材隔熱條的采用都是經(jīng)過了12mm、14.8mm、16mm、18mm、18.6mm、20mm、22mm、24mm…..目前歐洲最寬的隔熱條已經(jīng)應用到44mm，中國的隔熱條應用自1998年以來，應用最多的是14.8mm的隔熱條，雖然隨著節(jié)能要求的提高，隔熱條的寬度有增加的趨勢，而且應用的隔熱條寬度也達到了35.3mm，但總體看，國內(nèi)的型材斷面設計、隔熱條的選用仍然存在認識的誤區(qū)，有待從系統(tǒng)設計、產(chǎn)品選用等多方面得到提高。
由于中國地域遼闊，氣候條件復雜，所以門窗性能的設計首先要依據(jù)不同區(qū)域的氣候特點及門窗應用環(huán)境的差異（如圖1），分別重點設計門窗的性能，如：抗風壓性能設計、氣密性能設計、水密性能設計及使用壽命的設計等，在滿足所有對門窗的性能要求的前提下，重點優(yōu)化設計門窗的隔熱保溫性能和隔聲性能（圖2）。
從門窗型材的斷面結構看，首先要控制幾個要素的設計，這些要素包括：⑴型材主受力部位的壁厚及結構設計，⑵隔熱條的種類、寬度、形狀和材料品種的設計；⑶密封結構形式、密封材料種類、形狀的設計；⑷等壓結構設計及⑸隔熱區(qū)域的設計等等。從節(jié)能角度講，隔熱型材的節(jié)能設計一定要確保型材的隔熱連續(xù)設計，這樣既能夠保證型材具有良好的隔熱效果，同時也可以避免在隔熱鋁合金型材不同材料之間產(chǎn)生溫差導致的熱應力，從而對門窗的使用壽命造成不良影響。
依據(jù)能量傳遞的三種方式，通過隔熱鋁合金型材傳遞的能量中，約50%是通過傳導傳熱傳遞損失的，約35%是通過對流傳遞損失的，還有約15%是通過輻射傳遞損失的（如圖3。
為了提高隔熱鋁合金型材的隔熱性能，我們通過多種途徑進行模擬計算，得到以下結論：
1. 增加隔熱條寬度，適當降低隔熱條的厚度，能夠獲得型材U值的降低（圖4）；
2. 適當降低型材的重量，在滿足強度的前提下降低型材的壁厚能夠獲得型材U值的降低 ；
3. 采用C形隔熱條替代I形隔熱條，由于增加了能量傳導的距離能夠獲得較低的型材Uf 值（圖5） ；
4. 降低型材外表面積，采用圓形外表面代替方形外表面，能夠降低型材的U值（圖6）；
5. 型材斷面?zhèn)鳠岬牡葴鼐�設計與熱流方向垂直，所獲得的型材的U值最低（圖7）；
6. 經(jīng)在寬隔熱條中間填充泡沫或采用帶翅的隔熱條能夠降低型材的U值 ；但是，在小的隔熱區(qū)域采用帶翅的隔熱條不能降低U值，所以不建議在16mm以下寬度使用帶翅的隔熱條 。
隨著熱工計算方法標準《JGJT 151-2008建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規(guī)程》在國內(nèi)的普及和推廣，隔熱鋁合金型材封閉腔體內(nèi)部的輻射傳熱控制逐步引起業(yè)界人士的關注。對比歐洲的型材設計，由于隔熱鋁合金型材的復合加工方式不同（歐洲先穿條后做表面噴涂，中國是先做噴涂后做隔熱型材復合），導致在隔熱區(qū)域內(nèi)，隔熱條兩側鋁型材表面輻射率從0.2上升為0.9，依據(jù)封閉空腔的輻射傳熱計算公式： 
致使隔熱條兩側鋁型材表面輻射傳熱增強，降低型材的保溫隔熱性能。因此，為了提高隔熱鋁合金門窗保溫性能，改變隔熱型材復合的加工方式，將先噴涂后復合的生產(chǎn)方式改變?yōu)橄葟秃虾髧娡康募庸し绞剑蔀槲磥砀魺徜X合金型材生產(chǎn)的主導加工方式 長久的服務壽命和穩(wěn)定的質(zhì)量是隔熱鋁合金門窗節(jié)能的關鍵要素 近些年，業(yè)主和開發(fā)商對門窗投訴最多的項目包括門窗開啟不靈活、門窗漏水和窗戶室內(nèi)表面節(jié)露等問題，對于這些投訴，經(jīng)過多次現(xiàn)場勘察和檢測，發(fā)現(xiàn)除門窗企業(yè)加工制作工藝控制不良、安裝不規(guī)范等是主要原因外，也有隔熱鋁合金型材的隔熱斷橋材料選用不當有關。因為隔熱斷橋在隔熱鋁合金窗的整體構成中，隔熱條不僅是連接件，還是十分關鍵的結構件！一些企業(yè)往往忽視這個因素，選用一些PVC隔熱條或者其他材質(zhì)的隔熱條，以圖降低型材的造價，但是往往產(chǎn)生的效果就是窗框型材在應用過程中由于高溫而導致型材出現(xiàn)變形（見圖8）、門窗漏水（圖9）等現(xiàn)象。
 
分析造成這種現(xiàn)象的原因，主要包括以下幾個方面： ⒈ 隔熱條尺寸精度存在嚴重偏差，導致與鋁合金型材復合后產(chǎn)生機械應力，一旦與其他應力如熱應力等組合，最終將導致型材彎曲和變形，或者出現(xiàn)復合過程中型材局部位置隔熱條因擠壓過緊出現(xiàn)裂縫（見圖10），從而密封不嚴，出現(xiàn)開啟不靈和漏水等現(xiàn)象；
  
2. 隔熱材料在型材受陽光直射溫度升高（80℃）出現(xiàn)變形，導致型材在熱應力作用下出現(xiàn)彎曲變形，甚至出現(xiàn)隔熱材料與型材脫開，最終導致門窗框變形而漏水（圖11）。
 
3. 隔熱材料內(nèi)部由于加工過程控制不嚴密，而存在氣泡和雜質(zhì)，導致在受力作用時出現(xiàn)斷裂，而出現(xiàn)鋁合金型材變形而漏水。
因此，為了保證隔熱鋁合金窗具有長久的服務壽命，保證隔熱鋁合金門窗行業(yè)健康、有序地持續(xù)發(fā)展，強化隔熱材料的質(zhì)量，優(yōu)化隔熱型材的斷面設計，是維系隔熱鋁合金門窗行業(yè)發(fā)展的關鍵因素。
縱觀世界鋁合金門窗行業(yè)的發(fā)展，只要嚴格控制產(chǎn)品質(zhì)量、優(yōu)化產(chǎn)品的結構設計，鋁合金門窗行業(yè)就獲得了持續(xù)的發(fā)展，反之，就也可能會出現(xiàn)類似我國90年代初期那樣，被某些類型的產(chǎn)品所替代！
進入21世紀，隨著全球氣候變暖，很多生物面臨著滅絕的危境，全世界已經(jīng)行動起來，發(fā)展低碳經(jīng)濟，發(fā)展、利用再生能源，大力促進各行業(yè)進行節(jié)能改造，愿我們門窗行業(yè)的同仁也能夠行動起來，為了挽救地球貢獻自己的智慧。
由于本人知識結構有限，本文所表達的觀點難免有不周之處，本人謹希望與業(yè)界同仁共同商榷！
作者：
泰諾風保泰（蘇州）隔熱材料有限公司 總工程師 劉軍
Technoform Bautec China
Chief Engineer
LiuJun
Joune.liu@technoform-china.com 
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