建筑門窗在我國(guó)有著悠久的歷史,可以追溯到三千多年前的商、周。建筑門窗作為我國(guó)古代燦爛建筑文明的組成部分,堪稱中華文化寶庫(kù)中一顆璀璨的明末。我國(guó)境內(nèi)已知最早的人類住所是天然巖洞。 “古穴吾而野處”無(wú)數(shù)奇異深幽的洞穴為人類提供了最原始的家,洞穴口的草蓋大約便是最早的門。進(jìn)入奴隸社會(huì)后,我國(guó)出現(xiàn)了最早的規(guī)模較大的木架夯土建筑和庭院,從而出現(xiàn)了具體定義的門窗。唐宋以后的資料更多。一般做建筑的外門與內(nèi)部隔斷,此時(shí)的門窗都是木制,強(qiáng)調(diào)的是其藝術(shù)性和象征意義。
我國(guó)現(xiàn)代建筑門窗是在二十世紀(jì)發(fā)展起來(lái)的,1911年
鋼門窗傳入中國(guó),主要是來(lái)自英國(guó)、比利時(shí)、日本的產(chǎn)品。七十年代后期,國(guó)家大力實(shí)施“以鋼代木”的資源配置政策,大大推進(jìn)了鋼門窗的發(fā)展。八十年代是傳統(tǒng)鋼門窗的全盛時(shí)期,市場(chǎng)占有率一度(1989年)達(dá)到⒛%。
鋁合金門窗七十年代傳入我國(guó),隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)治理整頓深入發(fā)展并取得成效,鋁門窗系列也由八-十年代初的4個(gè)品種、8個(gè)系列,發(fā)展到40多個(gè)品種、200多個(gè)系列,形成較為發(fā)達(dá)的鋁門窗產(chǎn)品體系,確立了支柱產(chǎn)品地位。尤其是2000年伴隨著歐洲穿條技術(shù)進(jìn)入中國(guó),出現(xiàn)了新型
斷橋鋁門窗。
斷橋鋁門窗徹底克服了原有
鋁合金門窗不節(jié)能的弱點(diǎn),并有效保持甚至將鋁門窗原有優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮的更為淋漓,受到國(guó)內(nèi)大多數(shù)政府類建筑、中高檔商業(yè)樓盤等業(yè)主的青睞,在我國(guó)
隔熱門窗得到了蓬勃的發(fā)展。
從圖1即可看出來(lái)我國(guó)市場(chǎng)門窗品種分布的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是鋁合金門窗占據(jù)半壁江山,這其中隨著國(guó)家對(duì)
建筑節(jié)能的日益重視,斷橋鋁門窗的發(fā)展更是可以用日新月異來(lái)形容。旺盛的市場(chǎng)需求催生了技術(shù)和材料的不斷變革,從最初的普通
鋁型材配置單層玻璃到現(xiàn)在
中空玻璃配置
斷橋鋁型材已經(jīng)成為市場(chǎng)的絕對(duì)主流。來(lái)自歐洲成熟市場(chǎng)的廠商帶來(lái)的不僅僅是產(chǎn)品,也讓中國(guó)的鋁
型材企業(yè)、門窗
幕墻企業(yè)、配套件企業(yè)有了新的生命力和發(fā)展方向。 “系統(tǒng)”這個(gè)詞無(wú)疑是行業(yè)內(nèi)近幾年的一個(gè)絕對(duì)熱點(diǎn)詞語(yǔ)!國(guó)外優(yōu)秀的系統(tǒng)公司在紛紛進(jìn)入中國(guó),國(guó)內(nèi)的鋁型材企業(yè)、門窗幕墻企業(yè)也都在推陳出新的開發(fā)適合自己的系統(tǒng)產(chǎn)品,以便實(shí)現(xiàn)自己從做產(chǎn)品到做系統(tǒng)的有效角色轉(zhuǎn)化。
所謂“系統(tǒng)”,中華大辭典的解釋為“同類事物按一定的關(guān)系組成的整體”。放在門窗行業(yè)內(nèi)可以簡(jiǎn)單理解為
門窗系統(tǒng)就是將玻璃、型材、
五金件、隔熱條、
膠條等材料按照最精密公差配合、最優(yōu)化性能組合在一起最終形成的門窗產(chǎn)品,此即為門窗系統(tǒng)。再衍伸意義上講,門窗系統(tǒng)即有一整套的產(chǎn)品和服務(wù)能夠滿足市場(chǎng)的變化、客戶的需求。
門窗系統(tǒng)開發(fā)到今天,情況還是良莠不齊。以隔熱鋁門窗為例,中空玻璃和
隔熱型材的選用已經(jīng)成方了一個(gè)基礎(chǔ)共識(shí)。但是在此基礎(chǔ)上,作為隔熱鋁門窒的核心節(jié)能部件—— 隔熱條、膠條、間
隔條的使用是否得當(dāng)卻乏人關(guān)注,殊不知,一個(gè)系統(tǒng)的成敗往往決定于一個(gè)或者幾個(gè)細(xì)節(jié)的完善與否。本文中,筆者淳就隔熱鋁型材斷面設(shè)計(jì)中幾個(gè)細(xì)節(jié)問(wèn)題做對(duì)比說(shuō)明。
本文應(yīng)用的是Therm5.0(注:THERM5是用有限單元法計(jì)算門窗框和玻璃邊緣穩(wěn)態(tài)傳熱的軟件,計(jì)算所用的公式不口方法基于ISO15099和ISO10077。THERM5計(jì)算的窗框性能數(shù)據(jù)可以導(dǎo)入WINDOWS5,與玻璃數(shù)據(jù)—起組成整個(gè)門窗或幕墻,計(jì)算綜合的性能數(shù)據(jù)2同時(shí),THE-5也可單獨(dú)作為分析軟件,研究框材部的傳熱模型,找出設(shè)計(jì)缺陷,提高產(chǎn)品性能。這款軟件是美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室所設(shè)計(jì)的一款產(chǎn)品,也是中國(guó)建設(shè)部門窗節(jié)能工作推薦軟件之一)軟件進(jìn)行的熱工模擬,模擬環(huán)境為兩個(gè)完全相同的型材斷面和玻璃配置,每次更換一個(gè)變量,來(lái)分析比較紅節(jié)的改動(dòng)對(duì)整體系統(tǒng)的影響大小。
眾所周知,傳熱的途徑有如下三種:
熱傳導(dǎo)、對(duì)流、
熱輻射。在斷橋鋁型材中,這三種形式是并存的。其中熱傳導(dǎo)和對(duì)流起到?jīng)Q定性的作用。故要想改善型材的熱工性能,就要從這幾個(gè)方式上想辦法,盡可能的降低型材的
導(dǎo)熱性能,也就是要把常說(shuō)的U值降下來(lái)。
隔熱條的應(yīng)用已經(jīng)非常普及,我們看到絕大多數(shù)的型材斷面也是應(yīng)用了I、C、T、CT這幾個(gè)基礎(chǔ)類型的隔熱條。那么,應(yīng)用I型條和應(yīng)用C型條對(duì)型材的
導(dǎo)熱性能到底有沒(méi)有影響呢?影響又有多大?
上面的圖2和圖3是同一個(gè)型材斷面,分別應(yīng)用I20和C20的隔熱條,其他設(shè)計(jì)和配置完全相同的情況下做得模擬。本例中,應(yīng)用C型條比應(yīng)用I型條的U值降低了3.87-3.71=0.16.上面的計(jì)算結(jié)果可以以看出來(lái)應(yīng)用本目同寬度的C型條要比I型條的隔熱型材U值小一些。
以上模擬結(jié)果可以通過(guò)了解
熱阻R的定義來(lái)理解。根據(jù)傳熱學(xué)公式,R=A/(kL)。其中L為平板的厚度,A為平板垂直于熱流方向的截面積,k為平
板材料的
熱導(dǎo)率。相同寬度隔熱條,C型條的A比I型條的大,而K、L是相同的,故C型條的自身熱阻要比I型條大,也就是應(yīng)用相同寬度C型條的型材熱傳導(dǎo)性能要比應(yīng)用I型條的節(jié)能效果好。
2、泡沫填充材料的設(shè)計(jì)選用
有空腔就有對(duì)流產(chǎn)生的可能,設(shè)計(jì)師們敏銳的發(fā)現(xiàn)了這一點(diǎn),并很快找到了一個(gè)解決方案———填充泡沫材料。填充一定是有效的嗎?以下做以對(duì)比模擬:第一組對(duì)比:圖2和圖4,可以看出應(yīng)用I型條的型材添加泡沫材料以后,其型材U值的變化為3.87-3.83=0.05,即填充了泡沫材料對(duì)型材U值優(yōu)化效果一般。
第二組對(duì)比:圖3和圖4,可以看出應(yīng)用C型條的型材添加泡沫材料以后,其型材U值的變化為3.72-3.63=0.09,即填充了泡沫材料的型材U值優(yōu)化效果尚可。
由以上模擬結(jié)果可以看出,應(yīng)用同樣寬度隔熱條,填充泡沫材料對(duì)應(yīng)用C型條的型材比應(yīng)用I型條的型材優(yōu)化熱工性能要好一些。從對(duì)流的產(chǎn)生環(huán)境我們可以知道,過(guò)于狹隘的空間不利于對(duì)流的產(chǎn)生,而I型條之間的空間比C型條的要小一些,故填充泡沫材料的效果也不如C型條明顯,這也就解釋了上面的結(jié)果。
3、主
密封膠條的設(shè)計(jì)選用
框扇之間的主
密封膠條的設(shè)計(jì)選用各家企業(yè)也是百花齊放,有應(yīng)用的、有不用的、有把膠條搭接到隔熱條上的、有把膠條搭接到型材上的?? ,以下做對(duì)比模擬:
第一組對(duì)比:圖2和圖6對(duì)比可以看出,同樣的斷面設(shè)計(jì),應(yīng)用主密封膠條和不用主密封膠條的型材U值變化為3.87-3.69=0.18, L1值優(yōu)化效果明顯。
第二組對(duì)比:圖6和圖7對(duì)比可以看出,同樣是應(yīng)用主密封膠條,但是膠條搭接在
鋁材上和搭接在隔熱條上對(duì)型材的U值影響為3.69— 3.42=0.27, U值影響很大。
以上兩組對(duì)比我們可以看出,只要型材斷面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)允許使用主密封膠條,那么一定要選用,并且要從系統(tǒng)的角度考慮,選擇合適的隔熱條來(lái)與主密封膠條配合搭接。主密封膠條和隔熱條的有效配合從根本上改變了型材內(nèi)部最大的一個(gè)通透腔體的結(jié)構(gòu),極大的降低了型材因?yàn)閷?duì)流產(chǎn)生而帶來(lái)的熱量損失,此也為上面結(jié)論出現(xiàn)的原因。
4、拖尾膠條的設(shè)計(jì)選用
以上都是從型材內(nèi)部進(jìn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析,而我們知道門窗是型材和玻璃的組合體系,除去玻璃的U值影響與本文無(wú)關(guān)不談,型材和玻璃之間應(yīng)用的膠條形狀對(duì)型材的U值也是有相當(dāng)影響的。以下進(jìn)行對(duì)比模擬:
對(duì)比圖8和圖9,應(yīng)用拖尾膠條和短尾膠條對(duì)型材的U值影響為3.32-3.20=0.12, 可見U值優(yōu)化效果明顯。拖尾膠條的作用類似主密封膠條,也是將大的型材內(nèi)部存在溫差的空間分割,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其優(yōu)化型材U值的效果。本例計(jì)算中拖尾膠條是搭接在鋁材上,根據(jù)主密封膠條的模擬結(jié)果來(lái)看,如果兩個(gè)拖尾都搭接在隔熱條上,效果應(yīng)該會(huì)更明顯。
5、玻璃
暖邊間隔條(TGI)的設(shè)計(jì)選用上面我們說(shuō)過(guò)了,門窗整體的U值不僅僅決定于型材。以窗為例,一般認(rèn)為整窗的U值決定于以下三個(gè)方面: (1)玻璃、 (2)型材、 (3)玻璃邊緣狀況。
其中Ψg值在中空玻璃中的現(xiàn)實(shí)反映就是應(yīng)用的何種間隔條．從市場(chǎng)上分類主要分為應(yīng)用可以稱為
冷邊但是在大量使用的鋁間隔條和從國(guó)外引入不久但得到迅猛發(fā)展的暖邊間隔條暖邊間隔條實(shí)際上在北美的使用率已經(jīng)超過(guò)80%,歐洲的使用率也在不斷提高,隨著近年國(guó)家對(duì)于
節(jié)能技術(shù)的重視和逐步推廣,暖邊技術(shù)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)初具技術(shù)氛圍,越來(lái)越多的人開始認(rèn)識(shí)到暖邊技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),在門．窗幕墻項(xiàng)目上暖邊使用率在逐漸提高。那么應(yīng)用TGI暖邊間隔條的作用是否在系統(tǒng)U值中體現(xiàn)出來(lái),以下做對(duì)比模擬:
對(duì)比圖10和圖11,我們可以看到,應(yīng)用TGI暖邊間隔條和應(yīng)用普通鋁間隔條對(duì)型材U值影響為3.44—3.19=0.25,優(yōu)化效果明顯,改善了中空玻璃邊緣線性系數(shù),進(jìn)而影響到型材乃至系統(tǒng)整體的熱工性能,這個(gè)效果不言而喻。
小結(jié):以上筆者應(yīng)用Therm軟件對(duì)現(xiàn)在市場(chǎng)上常見的斷面設(shè)計(jì)中幾處細(xì)節(jié)做以模擬比較,分別是從隔熱條的不同規(guī)格、應(yīng)用不同配置的膠條、應(yīng)用差異化的
中空玻璃間隔條這些角度分析了不同的斷面設(shè)計(jì)對(duì)熱工性能帶來(lái)的不同結(jié)果。毫無(wú)疑問(wèn),應(yīng)用高規(guī)格的隔熱條、復(fù)雜性較高的膠條、暖邊間隔條對(duì)于節(jié)能鋁門
窗的熱工性能具備積極的影響。也是希望小文能夠給我們的設(shè)計(jì)師們有些提示。
系統(tǒng)不僅僅是概念,更應(yīng)該是技術(shù)、是品牌。一個(gè)系統(tǒng)的誕生和發(fā)展就是一個(gè)品牌的歷史,我們常常說(shuō)一句話“細(xì)節(jié)決定成敗”,對(duì)于我們門窗幕墻系統(tǒng)而言,也是如此,關(guān)注細(xì)節(jié)才能完美系統(tǒng)． “與細(xì)微處將系統(tǒng)的發(fā)展開拓到極致!” ,這是改用我們這個(gè)行業(yè)內(nèi)一個(gè)知名系統(tǒng)企業(yè)的一句宣傳語(yǔ),僅以此句與諸君共勉!
【參考文獻(xiàn)】
JGJ151-2008《建筑門窗
玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程》
[作者單位:泰諾風(fēng)保泰(蘇州)
隔熱材料有限公司]
