浅议建筑外窗的发展

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浅议建筑外窗的发展

山东茂隆新材料 2020-11-16 2887


摘要:建筑外窗古已有之,从古代兼具实用性与艺术性的木窗发展到了现代材质更多、性能更好的个性化阶段。国际外窗业虽有诸多不同,但在追求建筑节能方面是相同的。现代建筑外窗的性能包括保温性能等9个方面,以香港路某工程为例,对外窗进行了综合设计,以符合该项目建筑品质的要求。文章最后对当前建筑外窗行业的从管理、研发、市场三方面的问题进行了梳理并提出了解决办法,以求建筑外窗行业在科学发展观指导下的协调、健康、可持续发展。

关键词:建筑外窗;外窗性能;科学发展观;外窗设计

建筑外窗,作为建筑外围护结构的重要组成部分,有人居以来就有了。人类最早的住所是天然岩洞,洞穴的瞭望口上的草盖应视为最早的窗。“窗”在古汉语中是象形文字,本作“囱”(cōng),象天窗形,即在屋上留个洞,可以透光,也可以出烟(后来灶上的烟筒也叫“囱”)。后加“穴”字头构成形声字,本义是“天窗”。

一、建筑外窗的历史发展

中国古代建筑外窗受檐廊的保护,对防雨要求不高,对隔声和保温主要靠内层窗板和内帘。唐代以前以直棂窗为多,固定不能开启。宋代起可开关的窗渐多,中悬窗、外开上悬、内开下悬等窗开始使用,仅以木条支撑或挂钩固定,没有现代平开窗的上悬五金系统。宋代起大量使用的格子窗,在格子上糊以白纸,剪彩纸帖于其上,增加装饰效果。明清以后,门窗文化成为重要的建筑装饰艺术门类,尤其是明清时期的花窗花板,集富贵之相、儒雅之风于一身,雕工精美又具有文化内涵。门窗体现了房屋主人的审美情趣,成为身份地位和财富象征。

建筑外窗在近代的发展围绕着材质的变革大致经历了五个阶段,早期的木窗阶段;以钢窗为代表的阶段;以铝合金为主的阶段;以塑料窗为代表的阶段。这些阶段的建筑外窗或者受制工业水平和木材处理技术的限制,加工精度难以保证;或者由于加工企业认识上、经营上和技术的局限等,徘徊在粗加工、低质量的状况,都没有得到长足的发展。伴随着经济的发展和人们对居住品质提高及个性时尚的追求,建筑外窗进入了一个新的阶段,出现了倾注现代工艺和技术特色的纯木外窗、铝包木外窗、节能铝合金外窗和优质的塑料外窗等各种建筑外窗。除了有更多材质的选择,还可以根据建筑风格的需要制作成各种样式,外观改变的同时保温、隔音等性能也有了很大提高,从而提高了建筑品质。

门窗业在国际上有欧式系统和美式系统两大阵营。从材质上讲,纯木、铝合金、塑料各占30%的市场份额;从开启上讲,欧式系统以内平开下悬为主,多用环绕扇体的多锁点设计,而美式窗以手摇外开及上下提拉为主;从立面来看,欧式窗宽度方向小而高度方向大,而美式窗则宽度方向大而高度方向小。欧洲以德国为代表的企业以提供系统为主,上游企业如型材、五金等企业规模庞大。而以美国为代表的美式门窗企业,则从设计、制造、销售全程服务,门窗企业的规模很大。发达国家的门窗特别关注节能与隔音性能,很多地区通过立法要求门窗要用多层的中空低辐射玻璃来提升节能水平。发达国家的门窗基材的导热系数从1977年的3.5W/㎡·K到1995年的2.0W/㎡·K,又到2001年的1.6 W/㎡·K。不到30年的时间里,导热系数降低了60%,而推动这种发展的源动力就是“节能”的要求。

二、现代建筑外窗的设计制造是科学发展观的理论实践

从建筑外窗的发展概况中可以清楚的看出,建筑外窗发展的每一次变革都是伴随着经济发展、科技进步产生的。若脱离了科技进步、观念更新和新型建材的研发,高性能的新型外窗就难以产生。通过对大量工程实例的调研、分析,笔者认为,建筑外窗的性能主要包括以下几个方面:(1)抗风压性;(2)空气渗透性;(3)雨水渗漏性;(4)保温性;(5)空气声隔声性;(6)采光性;(7)耐久性;(8)隔热性;(9)美观性。需要特别提出的是保温和隔热是有区别的,保温是指外窗在冬季几十度的温差条件下,阻止室内向室外的温差传热;隔热是指外窗在夏季隔离太阳辐射热和阻止室外向室内的温差(<10℃)传热,其中因太阳辐射产生的热量远比因温差产生的热量大。但对外窗性能的要求往往是相互矛盾的。比如现代派的建筑风格要求外窗“大洞口、低窗台、大固定、小开启”。这样的外窗设计对建筑的采光、观景是有利的,但同时却加大了建筑能耗,不利于隔音和通风。因此,外窗设计除了在各种性能要素间寻找平衡之外,针对性的采用高科技技术,扬长避短,设计出具有复合功能的建筑外窗系统才是提高建筑性能的必经之路。

现以青岛香港路北侧的某高档住宅为例,根据工程的特点对其外窗的性能进行分析、设计,以求达到最佳的建筑性能。该工程为高档住宅项目,距海不足千米。对建筑品质的要求较高,应有良好的室内空气环境;较低的室内噪音;良好的观海视野;建筑部品良好的操作性;良好气密性和水密性;近海高氯离子浓度下的耐久性;近海建筑的抗风性。在外窗的设计中针对性的采取不同措施加以应对,主要包括以下几个方面。

1、小面积开启窗扇的设计

高档住宅恒温、恒湿、洁净、清新的空气环境无法单纯依靠直接的室内外空气交换来满足,建筑必须设置具有空气过滤、调温、调湿功能的空调系统。因此外窗的通风功能就相对次要,可以采用小面积的开启窗扇。开启面积可以确定为整窗面

沥青麻丝是选有上等的麻丝,浸泡在有本公司的技术人员研发的一款具有防腐性沥青为主要材料的添加剂里面的一款产品。麻丝具有质地轻、强力大、防虫防霉、静电少、织物不易污染等特点。沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物,是高黏度有机液体的一种,呈液态,表面呈黑色,可溶于二硫化碳。沥青是一种防水防潮和防腐的有机胶凝材料。本产品主要用在伸缩缝、沉降缝等填缝材料。本产品施工非常方便,替代了原有的麻烦施工方法。我们一般是桶装的,只需要采购后,取出来就可以使用。

积的8%-10%。减小开启窗扇的面积可以减少窗框,加大玻璃的面积,有利于观海的视野宽广。

窗扇开启方式采用平开下悬的开启方式,采用一道硬密封和两道软密封形成的密封结构。窗扇关闭后,几乎没有空隙,很难形成对流,热量流失比较小,同时大大提高了窗的气密性和水密性。外窗附件选用香港坚朗不锈钢五金件,造型优美,操作灵活,安全可靠,建筑部品的良好质感和操作方便性也是提高居住品质的一个重要方面。

2、玻璃的综合设计

小开启的外窗设计使玻璃的面积大约占窗面积85%左右,玻璃的性能很大程度上决定了外窗的性能。本项目外窗设计的玻璃原片采用双银LOW-E玻璃,这种玻璃对可见光有较高的透射率,对红外线(尤其是中远红外)有很高的反射率,具有良好的隔热性能。外窗热损失还会通过中空玻璃内部间隔气体运动产生。如果间隔层太小,通过空气传导方式的传热就很多。如果空气的间隔层太大,那么在暖侧玻璃表面的暖空气就会上升而冷侧玻璃表面的冷空气就会下降,形成对流,从而形成了玻璃的热传导。能够达到最小对流热损失的中空玻璃间隔层厚度应该是在12-16mm之间。如果充入特殊气体如氩气、氪气就可以进一步减少热损失。因此该项目双层玻璃间隔定为12mm,内充氩气。其传热系数可达到1.5 W/㎡·K左右。针对隔音性能,本设计除了加强外窗的气密性外,中空玻璃采用了不同厚度的二块玻璃组成,避免共振以获得更好隔音性。

3、金属百叶外遮阳板设计

目前普遍采取室内遮阳其实是一种低效的遮阳方式,紫外线通过玻璃射到遮阳帘上,又使织物或者金属帘成了一个热源,实际热已经进入室内了。而外遮阳能在第一时间阻挡热量、紫外线等强烈光线于室外,隔热节能效果内遮阳效果截然不同。

4、美观、保温、耐久的外窗框设计

除却玻璃之外,对外窗性能影响最大的就是窗框,窗框的好坏直接影响到外窗的保温性、隔音性、气密性、水密性以及耐久性、美观等多个方面。本项目采用断热铝合金窗框,铝材表面采用阳极氧化、粉末喷涂表面处理。这种表面处理方案不仅能使窗框型材抵抗多种酸、碱化学物质的腐蚀而且具有RAL色系的200多款不同颜色可以选择。并且根据室内外装修的色彩不同选择内外型材的不同颜色。铝材间的断热条采用嵌入技术,用由聚酞胺66和玻璃纤维(PA66GF25)合成断热条,与铝合金型材在外力挤压下嵌合组成断热铝型材,机械性能好、隔热效果佳。实验测定这种窗框的传热系数为1.8~3.5 W/㎡·K,大大低于普通铝合金型材140~170 W/㎡·K。

5、外窗的抗风压性能演算

窗框对建筑外窗的抗风压性能有着决定性作用,本项目所在地重现期为10年的基本风压为0.45 KN/㎡、重现期为100年的基本风压为0.7 KN/㎡,地面粗糙度为C类,顶层高度为海拔100米。根据外维护结构的风荷载计算公式ωk=βgzμzμzω0,本项目顶层的风荷载为1.1 KN/㎡,所选外窗的设计风载为1.5~2.8 KN/㎡,设计刚度L/180~L/300。因此,本设计外窗抗风压性能符合需要。

三、以科学发展观理论为指导,推进建筑外窗的设计与制造

科学发展观的内涵是“坚持以人为本,树立全面、协调、可持续的发展观,促进经济社会和人的全面发展”。只有坚持以人为本,围绕着人们居住的需要,根据经济社会的发展水平,运用新的工艺和材料,采用科学的方法,才能推进建筑外窗的更新发展。面对当前建筑外窗发展的现状,应从管理、研发、市场三方面促进建筑外窗行业的进步,从而促进建筑品质的发展,达到和谐发展的社会和历史要求。

1、外窗行业管理的问题与应对

建筑外窗的行业管理应逐步建立起分层次的制度体系,不仅仅从技术标准和行业规范层面进行指导和管理,更应逐步扩展到基本法律、行政及地方法规、规章及标准和微观制度等四个方面的内容。建筑外窗作为建筑的组成部分,其制度管理体系目前还主要是依托绿色建筑的制度体系。但绿色建筑的制度体系本身也存在诸多需要解决的问题,制度体系建设在操作层面上,结合建筑行业与不同地区特点形成的行政与地方法规、规章与标准体系尚待完善,特别是包含绿色建筑评价标准在内的可操作性强的各种标准、地方实施细则成为当前绿色建筑制度体系建设中的薄弱环节。 在规章与标准层面,将《绿色建筑评价标准》所确定的基本原则与绿色建筑的微观制度相结合的恰当方式仍在摸索的过程中;规章、标准与现实市场的结合度也有待提高。 在微观制度层面,建筑整体能效标识体系的建立尚需时日;供热体制改革改造成本的销纳机制、热计量技术、热价的确定与收费办法都还未形成成熟方案;合同能源管理理念在建筑领域大规模应用仍面临着诸如信息、管理、信用等诸多障碍。 面对诸多问题,除了继续完善标准和政策外,在制度执行思路上应从以强制性推动为主向强制性手段与激励性措施并重的方向发展,制度与市场机制的协同关系应得到加强除了政府通过强制性的法律手段和激励性的财税政策进行推动之外,社会的监督也应成为另一股不可或缺的力量。

2、外窗产品研发的问题与应对

建筑外窗的性能直接影响到建筑物的美观、安全、环保等诸多方面,需要多领域相互合作。但目前国内缺乏产品研发的激励机制,市场管理混乱造成企业之间无序竞争多,企业生存困难;就门窗制造企业本身而言,技术水平和经营发展观念比较落后,研发投入少,市场推广投入少,造成难以出现高性能建筑外窗产品。因此,除政府应有相应的管理机制外,建筑外窗企业的研发应注重建筑外窗设计、制作、安装和施工验收全过程的系统化技术,不仅要满足建筑外窗功能性要求,又要提高节能效果。作为一项系统工程,涉及到能源、环境、建筑学、结构、材料等诸多相关领域,因此需要不同专业的技术人员密切合作,高校、科研单位和门窗企业紧密配合。

3、外窗市场方面的问题与应对

市场及宏观调控方面,目前的建筑外窗研发体系多以型材厂为龙头企业,门窗厂以组装门窗为主,研发技术力量不足。国外引进的产品不能满足我国大面积气候条件。建筑外窗设计、制作、安装和施工验收环节缺乏系统性,标准不配套。缺少统一的设计要求,产品标准不考虑安装要求,而验收规范要求过于简单,使门窗生产厂家无所适从。恶劣的市场环境导致低价竞争,劣质产品充斥市场。面对建筑外窗行业发展的不利市场环境,政府、生产企业和开发商应多方合作,保障外窗行业统筹发展。政府除规范市场、保障市场有序竞争外,还应建立有利于新产品研发和推广的鼓励性政策和措施。生产企业也应更新观念,研究市场,加大市场推广投入。开发商应建立与生产企业的联动机制,及时反馈市场信息和新产品在使用中的问题,促进生产企业改进产品性能。

建筑外窗行业的发展是建筑行业发展的重要一环。在新形势下,建筑业的发展迎来新的机遇与挑战,建筑外窗行业的改革与发展也必须保证和谐的步伐,而科学发展观的实质就是要实现经济社会转入以人为本、全面协调可持续发展的轨道。因此,全面理解、准确把握科学发展观的主要内涵和基本要求,用科学发展观做指导,才能促进建筑外窗行业协调、健康、可持续的发展。


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