随着国家建筑节能政策的完善,人们充分认识到建筑节能的重要性。门窗等透明建筑构件是建筑外围护结构中热性能最薄弱的环节。通过透明建筑构件的能耗,它们在整个建筑能耗中占有相当大的比例。目前,我国已将建筑节能作为国家可持续发展的重要工作,制定并颁布了一系列建筑节能标准,对建筑外窗提出了明确的要求。
建筑外窗行业问题透析
建筑外窗是建筑外围护结构的重要组成部分,其主要作用是照明通风,为建筑创造良好的室内光环境和空气环境。目前,我国基本建设规模和农村城市化进程正处于快速发展阶段。长期以来,建筑市场对门窗的需求将稳步增加。
据专家介绍,我国建筑外窗行业仍面临一系列问题。例如,在技术问题上,建筑外窗是建筑外围护结构的重要组成部分,建筑外窗的性能直接影响到建筑的美观、安全、环保等方面。与气候条件接近的西欧和北美国家相比,中国建筑的热损失是加拿大和其他北半球国家同类建筑的两倍多。
在寒冷和寒冷地区,外窗热性能差,不仅浪费能源,还可能产生冷凝等室内热环境问题。据调查,由于我国北方部分地区采暖建筑采用普通门窗,冬季通过外窗传热和空气渗透消耗的热量之和可达到所有建筑能耗的50%以上。根据严寒地区建筑外窗现状调查结果,由于安装结构不合理,采用单框三玻璃塑料窗的建筑在极端温差下弯曲型材,玻璃形成弧形,降低了建筑外窗的性能。
在夏热冬暖地区,外窗隔热性能差,不仅大大提高了空调的能耗,而且严重影响了室内舒适度。夏季通过阳光门窗进入室内太阳辐射热已成为空调负荷的主体。
在夏、热、冬、冷地区,上述问题都有不同程度的反映。然而,建筑师更喜欢使用大窗墙比较设计,在许多场合甚至高度跨越一层。由于该地区广泛使用的保温型材铝合金外窗型材刚度不足,往往给项目带来巨大的安全风险。
在中国沿海城市,台风是一种常见的天气条件。外窗强度或刚度不足会造成结构损坏,危害人身安全。雨水通过外窗的孔隙渗透到室内,会影响室内装饰和室内家具,不仅影响室内正常活动,而且使居民形成不能满足建筑基本要求的不适和不安全感。同时,长期停留在型材腔内的水也会腐蚀金属材料和硬件配件,影响正常开关,缩短建筑窗的使用寿命。因此,良好的风压性能和水密性能是满足该地区外窗使用功能的基本要求。
另一个例子是市场和宏观调控。建筑外窗的研发体系大多以型材厂为龙头企业,型材厂往往不了解门窗的工程应用技术;门窗厂主要组装门窗,研发技术实力不足。国外引进的产品不能满足我国大面积气候条件。建筑外窗的设计、生产、安装和施工验收缺乏系统性,标准不匹配。缺乏统一的设计要求,产品标准不考虑安装要求,验收规范要求过于简单,使门窗厂家不知所措。恶劣的市场环境导致低价竞争,劣质产品充斥市场。
建筑外窗系统研究存在困难
专家认为,首先,建筑外窗的评价方法是研究中的难点。建筑外窗的评价体系是指对建筑外窗系统应用技术条件的符合性进行综合判断,包括设计验证、产品测试和工程测试评价。研究人员重点利用计算机软件进行设计验证,建立全面、科学、准确、可行的产品和工程现场测试技术手段,制定合理的评价方法。
第二,高温差对建筑外窗系统性能的影响。在室内外高温差的作用下,建筑外窗系统的性能会发生变化,甚至失去正常的使用功能。如果室内外温差过大,建筑外窗型材和玻璃变形增加,导致气密性、水密性、隔音性能和材料强度降低。目前,这类研究在中国仍存在差距。10多年前,美国开始了这项研究,并制定了它ASTME1424191(2000年修订)确定试件两侧压力和温差下通过外窗、幕墙和门的空气渗透率的标准测量方法。研究温差下建筑外窗的性能变化,建立相应的检测研究手段,对建筑外窗系统的设计具有指导意义。
第三,建筑外窗系统在热循环作用下的性能研究。在室外温度反复变化的作用下,建筑外窗系统的气密性系统的性能会发生很大的变化,影响建筑外窗系统的正常使用,从而缩短建筑外窗的使用寿命。现行标准不完善,应考虑循环温差的影响,如美国标准E2264105窗口产品温度循环影响测试程序考察了建筑窗口循环温差下的性能变化。该项目也是中国首次系统研究上述问题。
第四,建筑外窗型材的热性能。建筑外窗的型材截面非常复杂,可以准确计算一些特性,如截面惯性矩,但一些指标通常需要根据经验计算边界条件,如传热系数。需要解决的主要困难之一是通过模拟边界条件来相对准确地确定型材的传热系数,为建筑外窗提供设计依据。
第五,建筑外窗的安装过程。建筑外窗的安装过程对建筑外窗的性能有很大的影响。当外窗安装不合理时,首先可能存在安全风险,国内安全事故多次发生,其次可能发生泄漏、泄漏、局部冷桥冷冻等,严重影响外窗的正常使用。多年来,门窗行业一直在讨论是否应增加安装框架,即在土木工程施工过程中在门窗开口安装金属框架,在建筑装饰阶段将整个外窗固定在框架上,可以避免交叉施工对外窗的损坏,同时保证外窗的质量,有利于建筑外窗的工业化。事实上,在国外发达国家,不仅采用了简单的框架技术,而且采用了特殊的功能框架,不仅满足了安装要求,而且提高了外窗的性能。因此,本项目的困难是促进功能框架的使用,在功能和经济之间找到平衡。
第六,建筑外窗遮阳一体化技术。建筑外遮阳技术已纳入本课题夏热冬暖地区的重点研究内容。外遮阳是最直接、最有效的遮阳手段,但在建筑设计中往往提出遮阳设计方案,在施工装修过程中实现,与门窗企业无关,难以配合,降低遮阳效果。因此,门窗企业生产外窗遮阳一体化产品,将有效改善上述问题。行业研究人员将重点研究遮阳与外窗的一体化,提出合理、标准化、系列的方案供建筑师选择,并在设计阶段明确遮阳效果。同时,建筑外窗遮阳一体化技术必将提高工业化加工水平,为提高产品质量创造有利条件。此外,还可以考虑夏热冬冷地区的特殊技术,以提高节能效果。