1 產(chǎn)品研發(fā)目的
我國(guó)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(tái)灣等沿海地區(qū)。這些地區(qū)常年陽(yáng)光照射強(qiáng)烈、風(fēng)力強(qiáng)大、雨水充沛，因而抗風(fēng)、防水、遮陽(yáng)、隔熱成為鋁合金外窗研發(fā)的最主要關(guān)鍵點(diǎn)。目前在我國(guó)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(kāi)窗為主，基本不具備遮陽(yáng)、隔熱的能力，抗風(fēng)、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(jì)和各類傳媒的報(bào)道，導(dǎo)致房屋住宅用外窗的漏水率達(dá)到80%以上，居民投訴率常年高居不下，已成為名副其實(shí)的社會(huì)公害，嚴(yán)重的影響居民的正常生活，大量的維護(hù)維修工作也造成了社會(huì)資源的浪費(fèi)。
針對(duì)夏熱冬暖地區(qū)的氣候特點(diǎn)和現(xiàn)有鋁合金窗的實(shí)際狀況，以及鋁門(mén)窗產(chǎn)品國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求和國(guó)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(shí)具有良好遮陽(yáng)防曬、保溫隔熱、抗風(fēng)壓性能，并能確保高反復(fù)啟閉耐久性能的新型鋁合金外平開(kāi)窗，來(lái)適應(yīng)和滿足我國(guó)南方地區(qū)用窗的需求，使我國(guó)的建筑門(mén)窗逐步形成完整體系，實(shí)現(xiàn)安全適用、高效節(jié)能、舒適環(huán)保、經(jīng)濟(jì)合理的目標(biāo)。其產(chǎn)品主要技術(shù)性能指標(biāo)應(yīng)達(dá)到表1的要求。
2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
2.1 階梯形雙腔三道密封構(gòu)造設(shè)計(jì)
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(lái)實(shí)現(xiàn)�，F(xiàn)有鋁合金外窗的構(gòu)造簡(jiǎn)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(jiàn)圖1。由于加工裝配、密封膠條等存在質(zhì)量問(wèn)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(wú)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(tái)風(fēng)暴雨氣候條件下的使用。
階梯形雙腔三道密封外平開(kāi)鋁合金窗的構(gòu)造設(shè)計(jì)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(gè)有較大高低差的階梯形空腔，并并通過(guò)必有的氣路設(shè)計(jì)，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(jiàn)圖2。 在正常的使用過(guò)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(jìn)入外側(cè)空腔，同時(shí)在窗的下端留有較大的通氣、排水口，使進(jìn)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(guò)氣路的設(shè)置使內(nèi)外兩腔的氣流處于導(dǎo)通的狀態(tài)，起到分隔、導(dǎo)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(yáng)及隔熱設(shè)計(jì)
為了保證整窗達(dá)到遮陽(yáng)系數(shù)SC≤0.2、傳熱系數(shù)K≤2.5W/（m2K）的研發(fā)目標(biāo)，根據(jù)《建筑門(mén)窗玻璃幕墻熱工計(jì)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(xué)研究院開(kāi)發(fā)的粵建科MQMC軟件及美國(guó)LBNL實(shí)驗(yàn)室開(kāi)的WINDOW6軟件，對(duì)窗的遮陽(yáng)及隔熱進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)，并選用了內(nèi)置百葉中空玻璃和隔熱鋁型材等作為遮陽(yáng)隔熱的材料。內(nèi)置百葉中空玻璃是一種新型的遮陽(yáng)產(chǎn)品，可通過(guò)手動(dòng)或電動(dòng)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(yáng)效果，能根據(jù)不同季節(jié)的室外條件來(lái)營(yíng)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(tái)風(fēng)暴雨氣候條件下，遮陽(yáng)百葉密封于中空玻璃內(nèi)，不會(huì)受到風(fēng)吹雨打而損壞，較外遮陽(yáng)構(gòu)件耐久性強(qiáng)，使用安全性好，能實(shí)現(xiàn)外窗本身遮陽(yáng)一體化系統(tǒng)。內(nèi)置百葉中空玻璃的傳熱系數(shù)和遮陽(yáng)系數(shù)見(jiàn)表2。
2.3 窗扇啟閉構(gòu)造設(shè)計(jì)
窗扇反復(fù)啟閉性能是表征門(mén)窗耐久性的主要標(biāo)志，是建筑門(mén)窗重要的基本性能之一。門(mén)窗的設(shè)計(jì)使用年限主要是用門(mén)窗的反復(fù)啟閉性能來(lái)判斷和驗(yàn)證。目前我國(guó)建筑門(mén)窗質(zhì)量和性能不高的主要問(wèn)題是耐久性太差，不少門(mén)窗投入使用時(shí)間很短就出現(xiàn)問(wèn)題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到產(chǎn)品使用壽命要求。門(mén)窗氣密性、水密性和抗風(fēng)壓性能的三項(xiàng)基本性能檢測(cè)試驗(yàn)，是在關(guān)閉狀態(tài)下進(jìn)行的短時(shí)期間內(nèi)的檢測(cè)試驗(yàn)，并不能完全代表門(mén)窗在長(zhǎng)期反復(fù)啟閉使用中可能存在的問(wèn)題，甚至是安全隱患問(wèn)題。三項(xiàng)基本性能檢測(cè)試驗(yàn)合格，不能保證門(mén)窗的使用功能能滿足設(shè)計(jì)使用年限的要求。
為了解決階梯形雙腔三道密封外平開(kāi)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(fù)啟閉性能，專門(mén)開(kāi)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(jì)，使窗扇開(kāi)啟力控制在50N的要求以內(nèi)，反復(fù)啟閉次數(shù)達(dá)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(kāi)鋁合金窗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要部分，也是最具有創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)格的波動(dòng)加壓試驗(yàn)驗(yàn)證表明，窗外側(cè)雨水在風(fēng)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(jìn)入不到內(nèi)側(cè)空腔，僅在內(nèi)側(cè)空腔的進(jìn)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(guò)1000Pa±500 Pa波動(dòng)加壓水密試驗(yàn)后的窗框雨水分布情況，在窗框內(nèi)側(cè)空腔處不見(jiàn)有任何滲漏的水跡。表2為A1、B2、B3系統(tǒng)在波動(dòng)加壓（⊿P±50%）作用下的水密性能檢測(cè)結(jié)果，其水密性能遠(yuǎn)高于研發(fā)的目標(biāo)值。
3.2 抗風(fēng)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(fēng)壓的自然氣候條件，階梯形雙腔三道密封外平開(kāi)鋁合金窗系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上充分考慮了抗風(fēng)壓的基本性能要求。在研發(fā)過(guò)程中，根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求進(jìn)行了抗風(fēng)壓結(jié)構(gòu)計(jì)算和設(shè)計(jì)，圖4為A1系列窗抗風(fēng)壓性能的結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)驗(yàn)證，階梯形雙腔三道密封外平開(kāi)鋁合金窗系統(tǒng)A1、B2、B3、系列產(chǎn)品的抗風(fēng)壓性能均達(dá)到或超過(guò)國(guó)家標(biāo)GB/T7106-2008規(guī)定的最高等級(jí)9級(jí)，具體檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。
3.3 啟閉性能
為驗(yàn)證階梯形雙腔三道密封外平開(kāi)鋁合金窗的啟閉性能，針對(duì)型材斷面和玻璃自重較普通鋁窗要大的特點(diǎn)，根據(jù)JG/T 192－2006《建筑門(mén)窗反復(fù)啟閉性能檢測(cè)方法》規(guī)定的“試件宜采用門(mén)、窗最不利的型式、尺寸，玻璃或鑲板宜采用產(chǎn)品設(shè)計(jì)或?qū)嶋H應(yīng)用中最重的規(guī)格”的試件要求，專門(mén)設(shè)計(jì)制作了寬高為600mm×1450mm的單扇試件，對(duì)窗扇的啟閉力和反復(fù)啟閉性能進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)，所有受檢試件的啟閉力均小于50N，滿足GB/T 8478-2008《鋁合金門(mén)窗》標(biāo)準(zhǔn)的要求；反復(fù)啟閉次數(shù)均達(dá)到20,000次，超過(guò)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(guò)對(duì)A1和B3兩種產(chǎn)品的檢測(cè)，均達(dá)到了產(chǎn)品的研發(fā)目標(biāo)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。
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