本文从多角度论述了中国隔热铝合金门窗及型材的发展历程, 结合部分欧洲国家节能标准要求的进展及中国建筑节能标准要求的发展趋势,从多方面针对隔热铝合金窗的性能加以论述,力求在满足节能标准要求的情况下,合理优化隔热铝合金型材的断面设计及相关性能指标的设计,强调了隔热铝合金门窗节能设计的关键要素是具有稳定、可靠的产品质量并具有长久的服务寿命。
关键词:隔热铝合金门窗、型材、节能优化
建筑节能形式的发展对隔热铝合金窗的性能要求
最近一段时间,关于清洁能源和再生能源产品及技术应用得到全世界的关注,而碳经济的兴起.给本就火爆的能源话题又添加了一些动力,导致关注已经达到炙手可热的程度,中国也出现了风能和太阳能产品的盲目投资和过剩。
综合而言，就能源利用来讲，即使增加再多的投入，如果应用过程中的浪费过多，仍然无法达到预期节约能源的目的，节约能源的根本出路还在于“节约”，因此无论是汽车产品、工业产品还是建筑产品，世界各国都在极力开发新的技术和产品，以满足节能的需要。同时，从法律角度不断提高各行业节能要求，以求从法律角度奠定节能要求的规范。
技术角度看，欧洲各发达国家的建筑节能标准要求走在了世界的前列，如德国、英国、西班牙、意大利、波兰等国家纷纷制定新的建筑节能标准，强化对建筑节能的要求。中国的建筑节能要求在近年来也在逐步提高，已经形成了国家、气候区域及地方政府的多重标准体系及要求，国家也已经将建筑节能作为考核地方政府的政绩考核项目之一，极大地推动了建筑节能在国内的推广和普及。
隔热铝合金窗节能优化设计的途径和方法
纵观国内外门窗的发展历程，整体发展的过程曲线是基本相同的，对隔热铝合金门窗而言,型材隔热条的采用都是经过了12mm、14.8mm、16mm、18mm、18.6mm、20mm、22mm、24mm…..目前欧洲最宽的隔热条已经应用到44mm，中国的隔热条应用自1998年以来，应用最多的是14.8mm的隔热条，虽然随着节能要求的提高，隔热条的宽度有增加的趋势，而且应用的隔热条宽度也达到了35.3mm，但总体看，国内的型材断面设计、隔热条的选用仍然存在认识的误区，有待从系统设计、产品选用等多方面得到提高。
由于中国地域辽阔，气候条件复杂，所以门窗性能的设计首先要依据不同区域的气候特点及门窗应用环境的差异（如图1），分别重点设计门窗的性能，如：抗风压性能设计、气密性能设计、水密性能设计及使用寿命的设计等，在满足所有对门窗的性能要求的前提下，重点优化设计门窗的隔热保温性能和隔声性能（图2）。
从门窗型材的断面结构看，首先要控制几个要素的设计，这些要素包括：⑴型材主受力部位的壁厚及结构设计，⑵隔热条的种类、宽度、形状和材料品种的设计；⑶密封结构形式、密封材料种类、形状的设计；⑷等压结构设计及⑸隔热区域的设计等等。从节能角度讲，隔热型材的节能设计一定要确保型材的隔热连续设计，这样既能够保证型材具有良好的隔热效果，同时也可以避免在隔热铝合金型材不同材料之间产生温差导致的热应力，从而对门窗的使用寿命造成不良影响。
依据能量传递的三种方式，通过隔热铝合金型材传递的能量中，约50%是通过传导传热传递损失的，约35%是通过对流传递损失的，还有约15%是通过辐射传递损失的（如图3。
为了提高隔热铝合金型材的隔热性能，我们通过多种途径进行模拟计算，得到以下结论：
1. 增加隔热条宽度，适当降低隔热条的厚度，能够获得型材U值的降低（图4）；
2. 适当降低型材的重量，在满足强度的前提下降低型材的壁厚能够获得型材U值的降低 ；
3. 采用C形隔热条替代I形隔热条，由于增加了能量传导的距离能够获得较低的型材Uf 值（图5） ；
4. 降低型材外表面积，采用圆形外表面代替方形外表面，能够降低型材的U值（图6）；
5. 型材断面传热的等温线设计与热流方向垂直，所获得的型材的U值最低（图7）；
6. 经在宽隔热条中间填充泡沫或采用带翅的隔热条能够降低型材的U值 ；但是，在小的隔热区域采用带翅的隔热条不能降低U值，所以不建议在16mm以下宽度使用带翅的隔热条 。
随着热工计算方法标准《JGJT 151-2008建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》在国内的普及和推广，隔热铝合金型材封闭腔体内部的辐射传热控制逐步引起业界人士的关注。对比欧洲的型材设计，由于隔热铝合金型材的复合加工方式不同（欧洲先穿条后做表面喷涂，中国是先做喷涂后做隔热型材复合），导致在隔热区域内，隔热条两侧铝型材表面辐射率从0.2上升为0.9，依据封闭空腔的辐射传热计算公式： 
致使隔热条两侧铝型材表面辐射传热增强，降低型材的保温隔热性能。因此，为了提高隔热铝合金门窗保温性能，改变隔热型材复合的加工方式，将先喷涂后复合的生产方式改变为先复合后喷涂的加工方式，成为未来隔热铝合金型材生产的主导加工方式 长久的服务寿命和稳定的质量是隔热铝合金门窗节能的关键要素 近些年，业主和开发商对门窗投诉最多的项目包括门窗开启不灵活、门窗漏水和窗户室内表面节露等问题，对于这些投诉，经过多次现场勘察和检测，发现除门窗企业加工制作工艺控制不良、安装不规范等是主要原因外，也有隔热铝合金型材的隔热断桥材料选用不当有关。因为隔热断桥在隔热铝合金窗的整体构成中，隔热条不仅是连接件，还是十分关键的结构件！一些企业往往忽视这个因素，选用一些PVC隔热条或者其他材质的隔热条，以图降低型材的造价，但是往往产生的效果就是窗框型材在应用过程中由于高温而导致型材出现变形（见图8）、门窗漏水（图9）等现象。
 
分析造成这种现象的原因，主要包括以下几个方面： ⒈ 隔热条尺寸精度存在严重偏差，导致与铝合金型材复合后产生机械应力，一旦与其他应力如热应力等组合，最终将导致型材弯曲和变形，或者出现复合过程中型材局部位置隔热条因挤压过紧出现裂缝（见图10），从而密封不严，出现开启不灵和漏水等现象；
  
2. 隔热材料在型材受阳光直射温度升高（80℃）出现变形，导致型材在热应力作用下出现弯曲变形，甚至出现隔热材料与型材脱开，最终导致门窗框变形而漏水（图11）。
 
3. 隔热材料内部由于加工过程控制不严密，而存在气泡和杂质，导致在受力作用时出现断裂，而出现铝合金型材变形而漏水。
因此，为了保证隔热铝合金窗具有长久的服务寿命，保证隔热铝合金门窗行业健康、有序地持续发展，强化隔热材料的质量，优化隔热型材的断面设计，是维系隔热铝合金门窗行业发展的关键因素。
纵观世界铝合金门窗行业的发展，只要严格控制产品质量、优化产品的结构设计，铝合金门窗行业就获得了持续的发展，反之，就也可能会出现类似我国90年代初期那样，被某些类型的产品所替代！
进入21世纪，随着全球气候变暖，很多生物面临着灭绝的危境，全世界已经行动起来，发展低碳经济，发展、利用再生能源，大力促进各行业进行节能改造，愿我们门窗行业的同仁也能够行动起来，为了挽救地球贡献自己的智慧。
由于本人知识结构有限，本文所表达的观点难免有不周之处，本人谨希望与业界同仁共同商榷！
作者：
泰诺风保泰（苏州）隔热材料有限公司 总工程师 刘军
Technoform Bautec China
Chief Engineer
LiuJun
Joune.liu@technoform-china.com 
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