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引言
現(xiàn)今，綠色環(huán)保、節(jié)能減排政策越來(lái)越嚴(yán)格，建筑節(jié)能也日漸成為極重要的熱點(diǎn)，是建筑技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志，也是保護(hù)環(huán)境、節(jié)能降耗和維護(hù)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。門(mén)窗作為建筑中保溫性能最薄弱環(huán)節(jié)，被日漸重視。而提及建筑節(jié)能，人們首先想到的是北方寒冷地區(qū)和嚴(yán)寒地區(qū)，卻往往忽視了長(zhǎng)江以南的夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)，而這些地區(qū)沒(méi)有采暖（詞條“采暖”由行業(yè)大百科提供）供暖設(shè)施。由于南方地區(qū)雨水較多，臺(tái)風(fēng)天氣時(shí)常光顧，所以人們更多關(guān)注外窗的水密性能，弱化了外窗熱工（詞條“熱工”由行業(yè)大百科提供）保溫性能的設(shè)計(jì)。
鋁合金外平開(kāi)窗（詞條“平開(kāi)窗”由行業(yè)大百科提供）因其開(kāi)啟方式、裝飾性及地域認(rèn)同度等因素，在我國(guó)長(zhǎng)江以南地區(qū)占有較大比例的市場(chǎng)。但市場(chǎng)現(xiàn)有傳統(tǒng)鋁（詞條“鋁”由行業(yè)大百科提供）合金外平開(kāi)窗受其型材（詞條“型材”由行業(yè)大百科提供）斷面結(jié)構(gòu)、密封方式、五金配件及角碼選擇等諸多方面影響，其保溫性能與鋁合金內(nèi)平開(kāi)窗，木質(zhì)、塑鋼、鋁木等材質(zhì)門(mén)窗等比較，不具任何優(yōu)勢(shì)。
本文嘗試通過(guò)對(duì)某大型型材生產(chǎn)企業(yè)的某系列鋁合金外平開(kāi)窗，從優(yōu)化型材斷面結(jié)構(gòu)，優(yōu)化五金配件選型及更換專用角碼等諸多方面展開(kāi)研究，并對(duì)調(diào)整后樣窗的保溫性能進(jìn)行檢測(cè)，加以驗(yàn)證，為提升鋁合金外平開(kāi)窗保溫性能提供依據(jù)。此外，本文對(duì)完成優(yōu)化后的鋁合金外平開(kāi)窗其他方面物理性能等也進(jìn)行檢測(cè)，以驗(yàn)證調(diào)整方案是否對(duì)整窗其他物理性能造成不利影響。同時(shí)，相關(guān)方面調(diào)整，兼顧整窗內(nèi)外可視面平齊、窗扇開(kāi)啟順暢等外觀、操作等方面因素。希望能對(duì)鋁合金外平開(kāi)窗整體性能提升起到指導(dǎo)性作用。[1]
1 現(xiàn)行鋁合金外平開(kāi)窗保溫性能差影響因素分析
1.1傳統(tǒng)五金配件形成熱橋
傳統(tǒng)鋁合金外平開(kāi)窗因其五金件槽口一般設(shè)計(jì)于轉(zhuǎn)接料外側(cè)，執(zhí)手的撥叉需貫穿窗扇型材的室內(nèi)外雙側(cè)，導(dǎo)致窗扇鎖閉結(jié)構(gòu)通過(guò)外側(cè)型材傳動(dòng)條、撥叉、執(zhí)手等形成金屬“熱橋”，此時(shí)會(huì)因“熱橋”發(fā)生熱傳導(dǎo)（詞條“熱傳導(dǎo)”由行業(yè)大百科提供），導(dǎo)致熱量損失。如下圖1所示。
在合頁(yè)(鉸鏈)方面，傳統(tǒng)鋁合金外平開(kāi)窗一般采用普通外露合頁(yè)，導(dǎo)致合頁(yè)通道間隙較大，合頁(yè)周邊三元乙丙膠條連接處不易于完全貼合，易發(fā)生空氣對(duì)流（詞條“對(duì)流”由行業(yè)大百科提供）及熱傳導(dǎo)（詞條“傳導(dǎo)”由行業(yè)大百科提供）。而普通外露合頁(yè)的安裝方式，勢(shì)必決定傳統(tǒng)鋁合金外平開(kāi)窗室外側(cè)框扇可視面不平齊，在一定程度上影響美觀。如下圖2所示。
1.2 傳統(tǒng)框扇搭接方式為兩道密封
傳統(tǒng)鋁合金外平開(kāi)窗的框扇搭接方式，因受扇料和轉(zhuǎn)接料五金配件槽口位置影響，致使其無(wú)法實(shí)現(xiàn)類(lèi)似于內(nèi)平開(kāi)窗的等壓膠條設(shè)計(jì)，一般為一個(gè)腔體。這樣便會(huì)因搭接腔體內(nèi)空氣對(duì)流等產(chǎn)生熱量損失。如上圖2所示。
如果牽強(qiáng)的將鋁合金外平開(kāi)窗的等壓膠條設(shè)計(jì)在框料上，那么由于是外平開(kāi)的開(kāi)啟方式，導(dǎo)致窗扇在關(guān)閉時(shí)，窗扇的T型條與等壓膠條反向搭接。窗扇T型條會(huì)從室外側(cè)搭在室內(nèi)側(cè)的等壓膠條上。當(dāng)窗扇在正風(fēng)壓狀態(tài)或承受雨水壓力時(shí)，等壓膠條會(huì)受到朝向室內(nèi)側(cè)的作用力，窗扇的T型條與等壓膠條搭接作用力越來(lái)越松，是與窗扇反方向搭接的一種狀態(tài)。再加上等壓膠條自身性能隨時(shí)間變化而不斷老化，膠條會(huì)出現(xiàn)失效狀態(tài)，進(jìn)而影響整窗的性能。
1.3 門(mén)窗制作加工細(xì)節(jié)方面
傳統(tǒng)鋁合金外平開(kāi)窗在框扇組角及框梃連接處，各類(lèi)三元乙丙膠條僅僅采用45°角對(duì)接，甚至是粗糙的直角對(duì)接方式。在窗扇關(guān)閉，框扇搭接，三元乙丙膠條受力擠壓變形后，在三元乙丙膠條連接處會(huì)存在較大縫隙，產(chǎn)生熱量損失。如下圖3所示。
鋁合金窗的框、扇組角部位，邊框與中梃的插接部位，同樣是容易出現(xiàn)熱量流失的薄弱環(huán)節(jié)。而傳統(tǒng)的組角角碼存在一定程度的設(shè)計(jì)缺陷，組角并注入組角膠后，不能實(shí)現(xiàn)組角處的完全密封。而未被完全封閉的組角縫隙處，同樣存在不同程度熱量損失，甚至影響整窗的水密性能、氣密性能等其他物理性能。如下圖4所示。
2 解決方案及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法
2.1 優(yōu)化鋁合金型材斷面結(jié)構(gòu)，更換五金配件，切斷金屬“熱橋”。
鑒于傳統(tǒng)鋁合金外平開(kāi)窗受型材斷面結(jié)構(gòu)影響，存在金屬“熱橋”現(xiàn)象，本文通過(guò)優(yōu)化其型材斷面結(jié)構(gòu)，將五金功能槽口由轉(zhuǎn)接料室外側(cè)調(diào)整設(shè)計(jì)至室內(nèi)側(cè)，避免了在執(zhí)手處形成金屬“熱橋”的問(wèn)題。但五金槽口設(shè)計(jì)在室內(nèi)的話，外開(kāi)扇的開(kāi)啟角度會(huì)受影響。為保證窗扇有較大的開(kāi)啟空間，避免用合頁(yè)連接時(shí)，在合頁(yè)處膠條斷開(kāi)部分出現(xiàn)透氣及滲水的問(wèn)題，鉸接（詞條“鉸接”由行業(yè)大百科提供）部位設(shè)計(jì)使用鉸鏈取代外露合頁(yè)連接，這樣既保證了整窗的物理性能，又使得外開(kāi)窗的開(kāi)啟角度能夠有一個(gè)合理的范圍。另外，優(yōu)化斷面設(shè)計(jì)，使得鋁合金外平開(kāi)窗室內(nèi)外側(cè)框扇可視面實(shí)現(xiàn)平齊，更加美觀。如圖5、圖6所示。
驗(yàn)證試驗(yàn)選取某大型鋁合金建筑型材生產(chǎn)企業(yè)的型材產(chǎn)品，一款是傳統(tǒng)65mm框厚系列外平開(kāi)窗型材(采用普通外露合頁(yè))，另一款是重新設(shè)計(jì)和更換五金槽口位置、采用鉸鏈連接的65mm框厚新型外平開(kāi)窗型材，采用完全一致的窗型結(jié)構(gòu)及玻璃配置，分別制作樣窗一樘。依據(jù)GB/T 8484-2008《建筑外門(mén)窗保溫性能分級(jí)及檢測(cè)方法》規(guī)定進(jìn)行門(mén)窗傳熱系數(shù)(K值)檢測(cè)。
2.2 更換傳統(tǒng)框扇搭接方式為三道密封等壓設(shè)計(jì)
鑒于傳統(tǒng)鋁合金外平開(kāi)窗的框扇搭接方式多為兩道密封，且搭接部位為單腔體結(jié)構(gòu)，存在對(duì)流等熱量損失，本文嘗試將等壓膠條設(shè)計(jì)在扇料上。實(shí)現(xiàn)三道密封及等壓設(shè)計(jì)。增加腔體，隔斷空氣對(duì)流，減緩熱量損失。同時(shí)，窗扇關(guān)閉時(shí)，窗扇的等壓膠條呈現(xiàn)出向室內(nèi)搭接在窗框的T型條上的一種狀態(tài)。在同樣承受風(fēng)雨壓力時(shí)，等壓膠條受到室外側(cè)向窗框T型條的作用力，等壓膠條與窗框的搭接是越來(lái)越緊的。同時(shí)提升整窗水密性能、氣密性能等物理性能，并解決因膠條老化而引起的搭接縫隙等問(wèn)題。
上述調(diào)整方案在考慮等壓原理提升整窗保溫性能的基礎(chǔ)上兼顧水密性。中間使用等壓膠條，目的是讓室外側(cè)與外界大氣形成氣壓平衡，但不贊成完全去掉外側(cè)膠條的做法。這雖可實(shí)現(xiàn)室外腔體與大氣完全等壓，但動(dòng)能水會(huì)把等壓腔填滿而失去原有的效果。本次調(diào)整設(shè)計(jì)了一種與邊框似搭非搭的三元乙丙膠條，并且在上側(cè)膠條斷開(kāi)兩個(gè)小缺口，這樣在雨水壓力下設(shè)計(jì)的水密腔會(huì)與外界相通，使腔體與外界壓力平衡，實(shí)現(xiàn)等壓原理。常規(guī)狀態(tài)下又能起到密封外側(cè)腔體，減少空氣對(duì)流，提升保溫性能的作用。[2-5]
驗(yàn)證試驗(yàn)選取某大型鋁合金建筑型材生產(chǎn)企業(yè)優(yōu)化結(jié)構(gòu)調(diào)整的新型外平開(kāi)窗型材，按下圖7所示進(jìn)行穿條生產(chǎn)，并制作樣窗一樘。依據(jù)GB/T 8484-2008《建筑外門(mén)窗保溫性能分級(jí)及檢測(cè)方法》規(guī)定進(jìn)行門(mén)窗傳熱系數(shù)(K值)檢測(cè)。
2.3優(yōu)化三元乙丙膠條組角方式及組角角碼
鑒于傳統(tǒng)鋁合金外平開(kāi)窗三元乙丙膠條組角方式為45°角對(duì)接，甚至是粗糙的直角對(duì)接方式，窗框、扇組角過(guò)程選用普通角碼等，造成膠條及型材組角處搭接或密封不嚴(yán)密，存在空氣對(duì)流及熱量損失。本文嘗試在框、扇四角位置用膠角進(jìn)行連接密封，并在膠角處打密封膠來(lái)密封，如下圖8所示。并在框、扇型材組角時(shí)，設(shè)計(jì)選用新型注膠角碼，如下圖9所示。該注膠（詞條“注膠”由行業(yè)大百科提供）角碼留有組角膠的專用流道，在角碼兩側(cè)邊使用角碼導(dǎo)流片，使得組角膠沿導(dǎo)流板設(shè)計(jì)的流道流淌，使組角膠均勻填充滿整個(gè)組角空間，組角處徹底膠封。
驗(yàn)證試驗(yàn)選取某大型鋁合金建筑型材生產(chǎn)企業(yè)所完成調(diào)整的新型外平開(kāi)窗型材(斷面結(jié)構(gòu)同2.2要求)，采用膠角密封及注膠角碼工藝，制作樣窗一樘。依據(jù)GB/T 8484-2008《建筑外門(mén)窗保溫性能分級(jí)及檢測(cè)方法》規(guī)定進(jìn)行門(mén)窗傳熱系數(shù)(K值)檢測(cè)。
另注：所有試驗(yàn)樣窗相關(guān)信息如下表1所示。
2.4 試驗(yàn)方法
以上樣窗均依據(jù)GB/T 8484-2008 《建筑外門(mén)窗保溫性能分級(jí)及檢測(cè)方法》規(guī)定進(jìn)行門(mén)窗傳熱系數(shù)(K值)檢測(cè)。所用試驗(yàn)設(shè)備（詞條“設(shè)備”由行業(yè)大百科提供）為沈陽(yáng)紫薇機(jī)電設(shè)備有限公司生產(chǎn)MW-BD1824型“建筑外門(mén)窗保溫性能檢測(cè)設(shè)備”進(jìn)行檢測(cè)。設(shè)備如下圖10所示。
另對(duì)試驗(yàn)結(jié)束后的所有樣窗，依據(jù)GB/T 7106-2008 《建筑外門(mén)窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能分級(jí)及檢測(cè)方法》進(jìn)行氣密性能、水密性能、抗風(fēng)壓性能單樣窗檢測(cè)。試驗(yàn)設(shè)備為沈陽(yáng)紫薇機(jī)電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的MW-W-3030A型門(mén)窗物理性能檢測(cè)設(shè)備。如下圖12 所示。
3、試驗(yàn)結(jié)果
3.1 保溫性能試驗(yàn)結(jié)果
各樣窗依據(jù)GB/T 8484-2008 《建筑外門(mén)窗保溫性能分級(jí)及檢測(cè)方法》規(guī)定進(jìn)行門(mén)窗傳熱系數(shù)(K值)檢測(cè);并觀察試驗(yàn)結(jié)束，開(kāi)啟溫室一側(cè)門(mén)后，觀察樣窗溫室一側(cè)各位置結(jié)露位置出現(xiàn)的先后順序。檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下表2所示：
3.2 物理性能試驗(yàn)結(jié)果
各樣窗依據(jù)GB/T 7106-2008 《建筑外門(mén)窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能分級(jí)及檢測(cè)方法》進(jìn)行氣密性能、水密性能、抗風(fēng)壓性能單樣窗檢測(cè)。結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下表3所示。
注：因GB/T 7106-2008 《建筑外門(mén)窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能分級(jí)及檢測(cè)方法》規(guī)定要求每項(xiàng)物理性能相同類(lèi)型、結(jié)構(gòu)及規(guī)格尺寸的試件，應(yīng)至少檢測(cè)三樘。而上述試驗(yàn)因受樣窗數(shù)量影響，為對(duì)檢測(cè)項(xiàng)目結(jié)果定級(jí)，僅記錄單樘試樣的檢測(cè)結(jié)果。
4、結(jié)果分析
經(jīng)對(duì)比樣窗YC001、YC002 K值結(jié)果可知，優(yōu)化型材結(jié)構(gòu)，將五金功能槽口由轉(zhuǎn)接料室外側(cè)調(diào)整設(shè)計(jì)至室內(nèi)側(cè)，切斷執(zhí)手處金屬“熱橋”，采用隱藏鉸鏈替換外露合頁(yè)等措施，鋁合金外平開(kāi)窗保溫性能并無(wú)提升，這應(yīng)歸結(jié)為是兩道密封而室外側(cè)密封膠條為橫向密封的原因;而檢畢開(kāi)啟溫室一側(cè)門(mén)后，YC002樣窗的合頁(yè)、執(zhí)手處未先出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，則說(shuō)明該處的熱傳導(dǎo)性能被明顯降低。經(jīng)對(duì)比樣窗YC002、YC003、YC004 K值結(jié)果可知，通過(guò)優(yōu)化斷面及搭接設(shè)計(jì)，改用三道密封，使用膠角及注膠角碼等工藝，樣窗的保溫性能被不斷提升，而YC004樣窗檢畢后開(kāi)啟溫室一側(cè)門(mén)，其框、扇組角處不再先出現(xiàn)結(jié)露等現(xiàn)象，說(shuō)明熱傳導(dǎo)性能被明顯降低。
另外，對(duì)比YC001、YC002、YC003、YC004樣窗物理性能檢測(cè)結(jié)果，可知，經(jīng)上述調(diào)整后，樣窗的水密性能、氣密性能明顯提升，而抗風(fēng)壓性能無(wú)明顯損失。
5、結(jié)束語(yǔ)
本文通過(guò)優(yōu)化傳統(tǒng)鋁合金外平開(kāi)窗型材結(jié)構(gòu)，調(diào)整五件鎖點(diǎn)位置，應(yīng)用三道密封等壓原理，并采用膠角及注膠角碼等先進(jìn)的三元乙丙膠條密封及組角加工等方式，明顯降低了鋁合金外平開(kāi)窗的傳熱系數(shù)，提高了保溫性能。同時(shí)，工藝改進(jìn)后，鋁合金外平開(kāi)窗的水密性能、氣密性能也有明顯提升，抗風(fēng)壓性能無(wú)明顯損失。鋁合金外平開(kāi)窗的整體性能得到明顯提升。
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