1 產(chǎn)品研發(fā)目的
我國有著廣闊的夏熱冬暖地區(qū)，主要分布在廣東、廣西、海南、福建及臺灣等沿海地區(qū)。這些地區(qū)常年陽光照射強烈、風力強大、雨水充沛，因而抗風、防水、遮陽、隔熱成為鋁合金外窗研發(fā)的最主要關(guān)鍵點。目前在我國夏熱冬暖地區(qū)普遍采用的外墻窗，主要以常規(guī)的50系列鋁合金外平開窗為主，基本不具備遮陽、隔熱的能力，抗風、防水性能較差。特別是低下的防水性能，據(jù)不完全的統(tǒng)計和各類傳媒的報道，導致房屋住宅用外窗的漏水率達到80%以上，居民投訴率常年高居不下，已成為名副其實的社會公害，嚴重的影響居民的正常生活，大量的維護維修工作也造成了社會資源的浪費。
針對夏熱冬暖地區(qū)的氣候特點和現(xiàn)有鋁合金窗的實際狀況，以及鋁門窗產(chǎn)品國家標準的要求和國家在建筑節(jié)能方面的規(guī)定，需要研發(fā)一系列具有以高防水性能為主，同時具有良好遮陽防曬、保溫隔熱、抗風壓性能，并能確保高反復啟閉耐久性能的新型鋁合金外平開窗，來適應(yīng)和滿足我國南方地區(qū)用窗的需求，使我國的建筑門窗逐步形成完整體系，實現(xiàn)安全適用、高效節(jié)能、舒適環(huán)保、經(jīng)濟合理的目標。其產(chǎn)品主要技術(shù)性能指標應(yīng)達到表1的要求。
2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及特點
2.1 階梯形雙腔三道密封構(gòu)造設(shè)計
外窗窗體自身的防水性能主要依靠窗框和窗扇之間的有效密封和排水能力來實現(xiàn)�，F(xiàn)有鋁合金外窗的構(gòu)造簡單，窗框與窗扇之間僅為兩道密封膠條密封的單腔構(gòu)造，其外側(cè)膠條主要起到擋水、密封的作用，內(nèi)側(cè)膠條起到密封、隔氣的作用，且擋水高度低，構(gòu)造示意見圖1。由于加工裝配、密封膠條等存在質(zhì)量問題，內(nèi)側(cè)膠條通常起不到應(yīng)有的密封效果，在空腔內(nèi)無法形成有效的防水等壓密封條件，造成現(xiàn)有外窗防水密封性能低下，通常水密性能在350Pa左右的范圍內(nèi)，難以勝任在沿海地區(qū)臺風暴雨氣候條件下的使用。
階梯形雙腔三道密封外平開鋁合金窗的構(gòu)造設(shè)計創(chuàng)新，在于采用了三道密封使窗框與窗扇之間形成了兩個有較大高低差的階梯形空腔，并并通過必有的氣路設(shè)計，在兩空腔內(nèi)形成了有效的等壓腔，從而大大的提高了窗的防水性能。構(gòu)造示意見圖2。 在正常的使用過程中，室外側(cè)第一道密封主要起到密封擋水作用，防止大量雨水直接進入外側(cè)空腔，同時在窗的下端留有較大的通氣、排水口，使進入空腔內(nèi)的雨水能順暢的排出；中間第二道密封將外側(cè)空腔與內(nèi)側(cè)空腔有效分隔，并通過氣路的設(shè)置使內(nèi)外兩腔的氣流處于導通的狀態(tài)，起到分隔、導氣、密封阻水的作用；室內(nèi)側(cè)第三道密封主要起到阻斷室內(nèi)外空氣流通的密封作用，確保內(nèi)外空腔中的氣壓始終與窗外側(cè)氣壓相等，促成了等壓腔的形成，為防水性能的提高提供必要的條件。
2.2 遮陽及隔熱設(shè)計
為了保證整窗達到遮陽系數(shù)SC≤0.2、傳熱系數(shù)K≤2.5W/（m2K）的研發(fā)目標，根據(jù)《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規(guī)程》（JGJ/T 151-2008）中統(tǒng)一的邊界條件，采用廣東省建筑科學研究院開發(fā)的粵建科MQMC軟件及美國LBNL實驗室開的WINDOW6軟件，對窗的遮陽及隔熱進行計算和設(shè)計，并選用了內(nèi)置百葉中空玻璃和隔熱鋁型材等作為遮陽隔熱的材料。內(nèi)置百葉中空玻璃是一種新型的遮陽產(chǎn)品，可通過手動或電動方式調(diào)節(jié)內(nèi)置百葉的不同啟閉狀態(tài)，可容易取得窗的不同傳熱系數(shù)和遮陽效果，能根據(jù)不同季節(jié)的室外條件來營造更加舒適的室內(nèi)光線和居住條件,使得窗具有更好的適用性。而且,在南方沿海臺風暴雨氣候條件下，遮陽百葉密封于中空玻璃內(nèi)，不會受到風吹雨打而損壞，較外遮陽構(gòu)件耐久性強，使用安全性好，能實現(xiàn)外窗本身遮陽一體化系統(tǒng)。內(nèi)置百葉中空玻璃的傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)見表2。
2.3 窗扇啟閉構(gòu)造設(shè)計
窗扇反復啟閉性能是表征門窗耐久性的主要標志，是建筑門窗重要的基本性能之一。門窗的設(shè)計使用年限主要是用門窗的反復啟閉性能來判斷和驗證。目前我國建筑門窗質(zhì)量和性能不高的主要問題是耐久性太差，不少門窗投入使用時間很短就出現(xiàn)問題，遠遠達不到產(chǎn)品使用壽命要求。門窗氣密性、水密性和抗風壓性能的三項基本性能檢測試驗，是在關(guān)閉狀態(tài)下進行的短時期間內(nèi)的檢測試驗，并不能完全代表門窗在長期反復啟閉使用中可能存在的問題，甚至是安全隱患問題。三項基本性能檢測試驗合格，不能保證門窗的使用功能能滿足設(shè)計使用年限的要求。
為了解決階梯形雙腔三道密封外平開鋁合金窗因型材斷面和玻璃自重較大，而影響窗扇啟閉力和反復啟閉性能，專門開發(fā)具有專利技術(shù)的具有一體化結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)裝置的滑撐鉸鏈和合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使窗扇開啟力控制在50N的要求以內(nèi)，反復啟閉次數(shù)達到20,000次以上。
3 產(chǎn)品主要性能
3.1 水密性能
超高水密性能是階梯形雙腔三道密封外平開鋁合金窗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要部分，也是最具有創(chuàng)新性的設(shè)計。通過實驗室嚴格的波動加壓試驗驗證表明，窗外側(cè)雨水在風力作用下，在中間密封膠條和內(nèi)側(cè)等壓腔的作用下，雨水進入不到內(nèi)側(cè)空腔，僅在內(nèi)側(cè)空腔的進氣孔處可觀察到微量的水蒸氣附于鋁型材壁上。圖3為經(jīng)過1000Pa±500 Pa波動加壓水密試驗后的窗框雨水分布情況，在窗框內(nèi)側(cè)空腔處不見有任何滲漏的水跡。表2為A1、B2、B3系統(tǒng)在波動加壓（⊿P±50%）作用下的水密性能檢測結(jié)果，其水密性能遠高于研發(fā)的目標值。
3.2 抗風壓性能
為了適應(yīng)夏熱冬暖地區(qū)，特別是沿海地區(qū)高風壓的自然氣候條件，階梯形雙腔三道密封外平開鋁合金窗系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計上充分考慮了抗風壓的基本性能要求。在研發(fā)過程中，根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求進行了抗風壓結(jié)構(gòu)計算和設(shè)計，圖4為A1系列窗抗風壓性能的結(jié)構(gòu)計算結(jié)果。通過實驗室檢測驗證，階梯形雙腔三道密封外平開鋁合金窗系統(tǒng)A1、B2、B3、系列產(chǎn)品的抗風壓性能均達到或超過國家標GB/T7106-2008規(guī)定的最高等級9級，具體檢測結(jié)果見表3。
3.3 啟閉性能
為驗證階梯形雙腔三道密封外平開鋁合金窗的啟閉性能，針對型材斷面和玻璃自重較普通鋁窗要大的特點，根據(jù)JG/T 192－2006《建筑門窗反復啟閉性能檢測方法》規(guī)定的“試件宜采用門、窗最不利的型式、尺寸，玻璃或鑲板宜采用產(chǎn)品設(shè)計或?qū)嶋H應(yīng)用中最重的規(guī)格”的試件要求，專門設(shè)計制作了寬高為600mm×1450mm的單扇試件，對窗扇的啟閉力和反復啟閉性能進行檢測。經(jīng)檢測，所有受檢試件的啟閉力均小于50N，滿足GB/T 8478-2008《鋁合金門窗》標準的要求；反復啟閉次數(shù)均達到20,000次，超過了GB/T 8478-2008規(guī)定的10000次的要求。
3.4 熱工性能
整窗熱工性能通過對A1和B3兩種產(chǎn)品的檢測，均達到了產(chǎn)品的研發(fā)目標，檢測結(jié)果見表4。
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