我國(guó)建筑節(jié)能門窗的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

一、總述　 

建筑門窗在我國(guó)有著悠久的歷史，窗戶的概念是從人類有固定住所開始產(chǎn)生的。起初，門窗形式為天然洞口草蓋，后逐漸發(fā)展為木門或窗。真正的木制門窗可以追溯到3000多年前的商朝、周。建筑門窗作為中國(guó)古代燦爛建筑文明的組成部分，堪稱中國(guó)文化寶庫(kù)中的一顆明珠。

到了近代，隨著工業(yè)化時(shí)代的到來(lái)，新型木窗、鋼窗、鋁窗、塑窗也相繼到來(lái)了門窗市場(chǎng)，贏得了它們的黃金時(shí)代。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和節(jié)能環(huán)保意識(shí)的深化，節(jié)能門窗正在悄然改變門窗市場(chǎng)的發(fā)展格局。

每一次的變化，淘汰舊產(chǎn)品，推出新產(chǎn)品，對(duì)人們的生活產(chǎn)生了質(zhì)的影響。門窗的升級(jí)不僅是市場(chǎng)的需要，也反映了整個(gè)門窗行業(yè)的升級(jí)。隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的不斷進(jìn)步，建筑標(biāo)準(zhǔn)的逐步提高，門窗越來(lái)越超出自身使用價(jià)值的范圍，體現(xiàn)建筑的價(jià)值延伸，從一個(gè)側(cè)面反映了建筑的品質(zhì)、品味和功能。

二、門窗發(fā)展的階段 

2.1 苐一階段：木窗到鋼窗的變革

從人類產(chǎn)生門窗的概念開始，木質(zhì)就占據(jù)著早期門窗材料的主流。由于木質(zhì)門窗在耐腐蝕性、裝飾性等方面存在一定局限性，其他材料的門窗陸續(xù)出現(xiàn)在市場(chǎng)。

1911年空腹鋼門窗從英國(guó)傳入中國(guó)，主要在上海、廣州、天津等城市的“租界”內(nèi)使用。新中國(guó)成立后鋼門窗在工業(yè)建筑和民用工程中得到了廣泛的應(yīng)用。七十年代后期，國(guó)家實(shí)施"以鋼代木"政策，大大推進(jìn)了鋼門窗的發(fā)展，八十年代是傳統(tǒng)鋼門窗的全盛時(shí)期，1989年市場(chǎng)占有率一度達(dá)到70%。大規(guī)模的城市建設(shè)，為鋼窗的發(fā)展贏得了商機(jī)，木窗迅速被鋼窗所取代。

2.2 第二階段：鋼窗到鋁窗的變革

鋁合金門窗在20世紀(jì)70年代傳入中國(guó)，但只在外國(guó)使館和少數(shù)涉外項(xiàng)目中使用。由于鋼窗的致命缺陷，如導(dǎo)熱快、隔熱差、容易生銹、不美觀等，技術(shù)和工藝改造的空間很小。另一方面，國(guó)內(nèi)鋼門窗配套生產(chǎn)能力不足，鋼門窗價(jià)格居高不下，逐漸喪失了與鋁合金門窗的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

鋁窗可塑性很強(qiáng)，加工形式多樣，并且不易生銹，因此鋁門窗得到大力推廣，鋁門窗系列產(chǎn)品市場(chǎng)空間逐步擴(kuò)大，形成了較為完善的鋁門窗產(chǎn)品體系，確立了其在門窗領(lǐng)域支柱產(chǎn)品地位。

2.3 第三階段：鋁窗到塑鋼窗的變革

鋁合金可塑性強(qiáng)，易加工，外觀豪華，阻燃性好，但導(dǎo)熱系數(shù)很高，密封保溫效果不理想。為了解決門窗的保溫問(wèn)題，我國(guó)于1983年從德國(guó)引進(jìn)塑鋼門窗的生產(chǎn)技術(shù)。隨后，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了設(shè)備、模具、型材、設(shè)備等一批廠商。1996年，國(guó)家大力提倡生產(chǎn)塑鋼門窗，迎來(lái)了塑鋼門窗行業(yè)的繁榮。九十年代是我國(guó)塑鋼門窗應(yīng)用的高峰期。同時(shí)，由于塑鋼窗的低水平重復(fù)生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證，沒(méi)有底線價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致塑鋼窗進(jìn)入死胡同，逐漸退出市場(chǎng)。

2.4 第四階段：塑鋼窗到斷橋鋁隔熱門窗的變革

塑鋼窗的優(yōu)點(diǎn)是保溫性好，耐腐蝕性好。被引入中國(guó)市場(chǎng)后，其核心技術(shù)仍掌握在國(guó)外企業(yè)手中，價(jià)格較高。隨著國(guó)內(nèi)塑鋼產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，全行業(yè)普遍出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量下降的現(xiàn)象。材料本身耐候性也存在一定問(wèn)題，比如黃變，日久會(huì)變脆，高分子材料降解，變形量大，并引發(fā)了多起安全事故。1999年建設(shè)部發(fā)文，高層建筑禁止使用塑鋼窗，塑鋼門窗市場(chǎng)迅速萎靡，于是節(jié)能鋁合金窗又逐步占領(lǐng)市場(chǎng)。

為了解決門窗節(jié)能問(wèn)題，我國(guó)從2000年開始逐步引入斷橋鋁合金隔熱技術(shù)。該技術(shù)包括兩種不同的技術(shù)路線，即注膠式隔熱型材和穿條式隔熱型材。斷橋鋁合金隔熱型材的革命性提升，解決了鋁合金型材導(dǎo)熱散熱快，不節(jié)能的致命問(wèn)題，受到市場(chǎng)推崇。

三、我國(guó)節(jié)能門窗的現(xiàn)狀 

隨著節(jié)能環(huán)保意識(shí)的加深和國(guó)家節(jié)能環(huán)保政策的頒布，人們開始意識(shí)到節(jié)能環(huán)保是大勢(shì)所趨。斷橋鋁保隔熱型材作為節(jié)能環(huán)保的絕佳選擇，優(yōu)勢(shì)明顯。首先，斷橋鋁環(huán)保可再生，可循環(huán)利用，不會(huì)造成環(huán)境污染。其次，隔熱型材導(dǎo)熱很小。第三斷橋鋁型材可塑性強(qiáng)，裝飾效果好。美國(guó)亞松公司和德國(guó)泰諾公司作為世界節(jié)能門窗行業(yè)的代表，自2000年左右進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)以來(lái)，對(duì)中國(guó)門窗行業(yè)的變革產(chǎn)生了影響和推動(dòng)作用。

上海威固化工制品有限公司是一家以聚氨酯技術(shù)及產(chǎn)品的生產(chǎn)研發(fā)、推廣應(yīng)用為主的創(chuàng)新型企業(yè)。威固公司生產(chǎn)的高強(qiáng)度、高性能聚氨酯隔熱澆注膠產(chǎn)品，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。自威固隔熱澆注膠產(chǎn)品投入市場(chǎng)以來(lái)，被全國(guó)主要鋁型材生產(chǎn)商大量使用，廣泛用于各類建筑門窗、玻璃幕墻隔熱節(jié)能系統(tǒng)、以及高鐵、地鐵、大型冷庫(kù)等節(jié)能領(lǐng)域，占有聚氨酯隔熱膠較高的市場(chǎng)份額，為我國(guó)節(jié)能門窗做出貢獻(xiàn)。

有報(bào)告顯示，到2015年，整體市場(chǎng)對(duì)節(jié)能門窗的需求大幅增加，一方面是由于消費(fèi)者的環(huán)保和節(jié)能意識(shí)，另一方面是政府節(jié)能減排、減稅等政策的支持。很多門窗廠商都瞄準(zhǔn)了這個(gè)機(jī)會(huì)，開始尋求轉(zhuǎn)型，并把目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)了隔熱門窗行業(yè)。

四、兩種隔熱鋁型材技術(shù)比較 

當(dāng)今世界被廣泛使用的兩種隔熱鋁型材是使用聚氨酯隔熱膠的注膠式隔熱型材和使用尼龍玻璃纖維隔熱條的穿條式隔熱型材。這兩種隔熱系統(tǒng)的隔熱性能和建筑結(jié)構(gòu)性能差異很大。

4.1　穿條式隔熱型材的生產(chǎn)工藝

穿條式隔熱鋁型材的原理是利用PA66尼龍將室內(nèi)外兩層鋁合金既隔開又緊密連接成一個(gè)整體，構(gòu)成一種新的隔熱型的鋁型材。但在使用過(guò)程中，出現(xiàn)了很多問(wèn)題，后來(lái)又從德國(guó)，法國(guó)和比利時(shí)進(jìn)口增強(qiáng)尼龍等材料。

穿條式隔熱鋁型材一般分開齒、穿條、滾壓三道工序，現(xiàn)在也有設(shè)備廠家把開齒和穿條放在一臺(tái)設(shè)備上來(lái)完成，稱為“二步法”。開齒是用一臺(tái)帶有硬質(zhì)滾齒輪的設(shè)備將鋁型材上要穿隔熱條的部分滾出齒來(lái)。目的是通過(guò)滾齒使型材的粗糙度增加從而提高組合后型材的剪切力。由于型材分為內(nèi)外兩個(gè)部分，根據(jù)生產(chǎn)的需要，開齒設(shè)備一般是兩臺(tái)。

穿條式是把隔熱條穿到型材上，把內(nèi)外兩部分型材連起來(lái)，為下一步滾壓作好準(zhǔn)備。一臺(tái)設(shè)備即可。滾壓該工序又分為導(dǎo)向及預(yù)夾緊、主要夾緊、校直(水平方向、垂直方向)三個(gè)工步，是確保成品型材的緊密度和垂直度的關(guān)鍵。

“穿條工藝”的隔熱材料是隔熱條，目前正規(guī)的隔熱條是聚酰胺66(即Polyamide66，俗稱尼龍66)，它的生產(chǎn)方法有兩種：硬頂法和牽引法。硬頂法結(jié)構(gòu)緊、外觀好但比較“脆”，牽引法生產(chǎn)的韌性好但外觀差，側(cè)面有工藝凹陷。為了追求表面美觀和精度，用PA66尼龍加超細(xì)玻璃纖維是國(guó)外隔熱條的共同特點(diǎn)。由于用的是超細(xì)玻璃纖維，抗拉強(qiáng)度差只有60N/mm，而且價(jià)格昂貴。

4.2 注膠式隔熱型材的生產(chǎn)工藝

注膠式隔熱鋁型材的原理是通過(guò)澆注聚氨酯隔熱材料將室內(nèi)外兩層鋁合金既隔開又緊密連接成一個(gè)整體，構(gòu)成一種新的隔熱型的鋁型材。“澆注工藝”是把表面處理好的鋁型材通過(guò)行走系統(tǒng)做直線運(yùn)動(dòng)，使鋁型材的隔熱槽經(jīng)過(guò)澆注機(jī)的澆注頭下方時(shí)，液體聚氨酯隔熱材料澆注到隔熱槽內(nèi)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的凝固后再進(jìn)行切橋。

4.3 注膠式與穿條式隔熱鋁型材作性能對(duì)比分析

4.3.1 基本性能對(duì)比

注膠式隔熱型材生產(chǎn)工藝的優(yōu)點(diǎn): 

①出材率，降低門窗成本

在隔熱性能相同的情況下，穿條式隔熱型材的橫截面積大，腔體寬度至少比注膠式隔熱型材大4mm。每米隔熱型材的重量比澆注式的大，因此其出材率比注膠式隔熱型材少13%，制造1平方米門窗大約多消耗1-1.5公斤鋁型材。通過(guò)對(duì)1500mm×1500mm的標(biāo)準(zhǔn)樣窗尺寸進(jìn)行分析性計(jì)價(jià)，注膠式比穿條式隔熱窗鋁材成本每平米低20%左右。

②生產(chǎn)效率

注膠式隔熱型材生產(chǎn)效率高，成品率高，工藝穩(wěn)定可靠，特別適合規(guī)模化和連續(xù)化生產(chǎn)，五人班產(chǎn)6~8噸，生產(chǎn)效率是穿條式隔熱型材的2倍。穿條式隔熱型材盡管生產(chǎn)效率低，但是其生產(chǎn)靈活，對(duì)生產(chǎn)連續(xù)性要求不高。

③水密性、氣密性高，隔音效果

注膠式隔熱型材是一次性把澆注膠澆注到鋁型材隔熱槽內(nèi)固化形成隔熱橋，由于澆注膠的高粘合性，隔熱橋與鋁型材完全粘結(jié)成為一體，克服穿條式隔熱型材由于打齒、穿條、輥壓等工藝導(dǎo)致的水密性、氣密性差的缺陷，注膠式隔熱型材制造的門窗、幕墻的防水、隔音效果好。

四、隔熱型材強(qiáng)度高

注膠式隔熱鋁型材慣性矩為：513379.2 mm4，約為普通鋁型材的94%；穿條式隔熱鋁型材慣性矩為327441.2 mm4，約為普通鋁型材的59.6%。實(shí)際檢測(cè)表明：注膠式隔熱鋁型材抗剪強(qiáng)度是穿條式隔熱型材的3-4倍。此外，注膠式隔熱系統(tǒng)還具有更高的抗扭曲、抗沖擊和抗拉伸強(qiáng)度。在高效隔熱的同時(shí)還具備足以抗高風(fēng)壓的高抗剪強(qiáng)度，滿足高層建筑和幕墻各種嚴(yán)格的要求。

④多種窗型適應(yīng)性

澆注式隔熱鋁型材結(jié)構(gòu)緊湊，小巧美觀，對(duì)型材和窗型適應(yīng)性廣，可以加工成任何形狀的門窗，包括異型門窗、半徑比較小的圓弧形窗等。

⑤隔熱性能高

隔熱窗型的熱力學(xué)性能紅外分析圖和測(cè)試結(jié)果表明，在門窗型材寬度、玻璃系統(tǒng)配置及隔熱材料寬度均相同的前提下，注膠式型材隔熱窗的U值為2.83W/m2K，穿條式隔熱窗的U值為2.98W/m2K，注膠式隔熱窗的隔熱性能優(yōu)于穿條式隔熱窗。

注膠式隔熱型材的缺點(diǎn): 

①生產(chǎn)環(huán)境要求較高，對(duì)溫度和濕度要求高。低于15℃和高于35℃及空氣濕度大于70%時(shí)必須在溫控車間進(jìn)行生產(chǎn)。

②雙色注膠工藝比雙色穿條工藝復(fù)雜。

③由于市場(chǎng)推廣力度不同，目前穿條式比注膠式市場(chǎng)規(guī)模大，使用的廠家較多。

五、建筑門窗的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 

建筑門窗未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是越來(lái)越注重性能、功能和美感并重，越來(lái)越注重個(gè)性化。目前除斷橋鋁隔熱節(jié)能技術(shù)外，鋁塑復(fù)合門窗、鋁木復(fù)合門窗等其他新技術(shù)也在開發(fā)中。節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為建筑門窗未來(lái)發(fā)展的永恒主題。之前，德國(guó)拜耳公司和美國(guó)亨斯邁公司、江蘇盛遠(yuǎn)復(fù)合材料公司相繼推出了新型玻璃纖維增強(qiáng)聚氨酯門窗。該門窗型材是以玻璃纖維為增強(qiáng)材料，聚氨酯為基體樹脂，采用拉擠工藝生產(chǎn)的新型復(fù)合材料。與塑鋼窗相比，這種型材的整體性能在保溫、隔熱、強(qiáng)度、阻燃等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，這一點(diǎn)備受關(guān)注，但其很大的一個(gè)缺點(diǎn)是材料無(wú)法回收，這可能會(huì)限制其大規(guī)模推廣使用。

當(dāng)然，鋁合金具有低密度、高強(qiáng)度、耐腐蝕、易加工回收、可循環(huán)利用的特點(diǎn)。采用新型隔熱技術(shù)解決鋁合金節(jié)能問(wèn)題后，注膠式隔熱型材和穿條式隔熱型材成為主流和熱門的建筑隔熱型材，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，必將長(zhǎng)期占據(jù)節(jié)能門窗的市場(chǎng)主流，其市場(chǎng)地位在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)無(wú)法動(dòng)搖。節(jié)能環(huán)保為隔熱門窗幕墻行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新的技術(shù)挑戰(zhàn)和市場(chǎng)機(jī)遇。在建筑門窗行業(yè)混亂的市場(chǎng)格局中，斷橋鋁隔熱技術(shù)將引領(lǐng)節(jié)能門窗幕墻行業(yè)再次變革，長(zhǎng)期引領(lǐng)門窗幕墻市場(chǎng)未來(lái)的發(fā)展方向。

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