摘要：我國(guó)人口眾多，房屋建筑規(guī)模巨大，高能耗建筑占極大部分，為我國(guó)的節(jié)能減排帶來(lái)了很大的困難，對(duì)高能耗建筑的節(jié)能改造迫在眉睫。本文通過(guò)對(duì)占建筑能耗比重較大的門窗結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，介紹了在節(jié)能門窗中大量使用的復(fù)合材料類型和作用以及原理，認(rèn)為復(fù)合材料在節(jié)能門窗中起到了至關(guān)重要的作用，并具有廣闊前景。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；建筑節(jié)能；節(jié)能門窗；建筑能耗

我國(guó)近400億m²的建筑中99%為高耗能建筑，新建建筑中95%以上仍屬于高耗能建筑，單位建筑面積采暖能耗是發(fā)達(dá)國(guó)家新建建筑能耗的3倍以上。建筑節(jié)能是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。1995年國(guó)家建設(shè)部頒布的《建筑節(jié)能“九五計(jì)劃和2010年規(guī)劃”》規(guī)定，第一階段：新建采暖居住建筑1996年以前，在當(dāng)?shù)赝ㄓ迷O(shè)計(jì)能耗的基礎(chǔ)上普遍降低30%；第二階段：1996年起在達(dá)到第一階段要求的基礎(chǔ)上節(jié)能30%；第三階段：2005年起在達(dá)到第二階段的基礎(chǔ)上再節(jié)能30%。對(duì)采暖地區(qū)熱環(huán)境差或能耗大的既有建筑的節(jié)能改造工作，2000年起重點(diǎn)城市成片開(kāi)始，2005年起各城市普遍開(kāi)始，2010年各城鎮(zhèn)開(kāi)始成片進(jìn)行建筑熱環(huán)境及節(jié)能改造。1996年開(kāi)始執(zhí)行第二個(gè)階段的采暖居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

建筑物中的門窗、外墻、屋面和地面為建筑主要能耗的四大部位，而門窗的絕熱性最差，就我國(guó)的典型圍護(hù)部件而言，門窗的能耗約為墻體的4倍、屋面的5倍、地面的20多倍，約占圍護(hù)部件總能耗的40%~50%。因此增強(qiáng)門窗的保溫隔熱性能，減少門窗能耗，是改善室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量和提高建筑節(jié)能水平的重要環(huán)節(jié)。另一方面，門窗承擔(dān)著隔絕和溝通室內(nèi)外環(huán)境的任務(wù)，這一任務(wù)不僅要求它有良好的隔熱性能，同時(shí)要具有采光、通風(fēng)、裝飾等多項(xiàng)功能，因此，在技術(shù)處理上難度大，涉及問(wèn)題復(fù)雜。

隨著現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，復(fù)合材料在應(yīng)用中的興起，帶給了我們新的思路。復(fù)合材料的多種特性，使其應(yīng)用于建筑節(jié)能門窗的改造成為可能：1、材料性能干的可設(shè)計(jì)性復(fù)合材料可以將多種材料功能集于一體，使結(jié)構(gòu)體系同時(shí)具有多種特性，如高強(qiáng)、防腐、保溫等；2、輕質(zhì)高強(qiáng)能有效減輕建筑物自重；3、裝飾性好復(fù)合材料表面光潔，可以配制成各種鮮艷的色彩，也可制成不同的花紋和圖案；4、透光性透光復(fù)合材料的透光率達(dá)到85%以上，且不易破碎；5、隔熱性佳隔熱性作為節(jié)能門窗最主要的參數(shù)，樹(shù)脂基復(fù)合材料可以很好的滿足要求；6、耐腐蝕性好復(fù)合材料有很好的抗微生物作用和耐酸堿腐蝕作用，大大延長(zhǎng)了使用壽命。

1建筑門窗結(jié)構(gòu)

建筑門窗一般由門窗框材料、鑲嵌材料和密封材料構(gòu)成。

1.1門窗框

門窗框部分可用不同材料制作，其所占門窗洞面積比例約為15%~30%。

由于框料型材不同，隔熱性能有很大區(qū)別。表1給出了五種門窗框材料的熱導(dǎo)率。

從中可以看出復(fù)合材料比傳統(tǒng)材料具有更好的熱阻率，更適合用于窗框材料。

1.2鑲嵌材料

玻璃及其制品是最常用的鑲嵌材料，平板玻璃（3~5mm厚）的導(dǎo)熱系數(shù)為6.0~7.1W/(m2#8226;K)，因此傳統(tǒng)的單層玻璃窗幾乎沒(méi)有明顯的隔熱保溫性能，中空玻璃由于在玻璃夾層中有一層靜止的空氣或其他高熱阻氣體層，空氣的熱導(dǎo)率［0.0259W/(m#8226;K)］比玻璃［0.8W/(m#8226;K)］低得多，因而極大提高了熱阻。此外我們還可以采用新型功能鍍膜玻璃來(lái)改變玻璃的一些特性。

1.3密封材料

門窗的框與扇、扇與扇、扇框和鑲嵌材料之間都存在縫隙，如不加以密封，在風(fēng)壓、熱壓作用下空氣滲透進(jìn)室內(nèi)，將引起額外的能耗。

2復(fù)合材料在節(jié)能門窗中的應(yīng)用

2.1新型復(fù)合窗框材料

目前實(shí)際使用中的復(fù)合窗框材料有木鋁復(fù)合型材，鋼塑復(fù)合型材，鋁塑復(fù)合型材，玻璃鋼型材等。

木鋁復(fù)合門窗室外側(cè)采用節(jié)能鋁合金型材，即將內(nèi)外鋁合金通過(guò)隔熱條復(fù)合在一起，以實(shí)現(xiàn)隔熱保溫節(jié)能的目的，這樣就滿足了建筑節(jié)能要求、強(qiáng)度要求、耐候性能要求，室內(nèi)側(cè)輔以木型材，以方便業(yè)主進(jìn)行室內(nèi)整體裝修設(shè)計(jì)，創(chuàng)造舒適的人居環(huán)境.而且因?yàn)槟静氖菬岬牟涣紝?dǎo)體，鋁合金與木材復(fù)合在一起，使整窗的節(jié)能性能又有極大的提高。

鋼塑復(fù)合窗是以鋼型材框架為主體，改性聚氯乙烯型材為復(fù)合保溫層，經(jīng)實(shí)際檢測(cè)，其保溫效果突出，在室外環(huán)境-20℃的情況下，窗框和玻璃的內(nèi)表面溫度均在零點(diǎn)溫度以上，且未發(fā)生結(jié)霜現(xiàn)象，調(diào)高了居民的舒適度，還改善了居室采光。除此之外，它還兼?zhèn)淞朔阑鸱辣I性能和防風(fēng)雨滲透性能。

鋁塑復(fù)合窗是通過(guò)特殊工藝流程將鋁合金型材與塑料型材相復(fù)合，即外部為鋁合金框、內(nèi)部為塑料型材框復(fù)合制作而成。其結(jié)構(gòu)與特性與鋼塑復(fù)合窗類似，但是從表中可以看出，其比鋼塑窗有更好的性能。

玻璃鋼門窗是以玻璃纖維無(wú)捻粗紗及其制品為增強(qiáng)材料，以不飽和聚酯樹(shù)脂為基體材料，通過(guò)拉擠工藝生產(chǎn)出空腹異型材，然后通過(guò)切割等工藝制成門窗框，再配上毛條、橡膠條及五金件制成成品門窗。玻璃纖維無(wú)捻粗紗一般選用無(wú)堿制品。樹(shù)脂一般選用間苯類高性能樹(shù)脂。玻璃鋼門窗是繼木、鋼、鋁、塑后又一新型門窗，玻璃鋼門窗綜合了其他類門窗的防腐、保溫、節(jié)能性能，更具有自身的獨(dú)特性能，在陽(yáng)光直接照射下無(wú)膨脹，在寒冷的氣候下無(wú)收縮，輕質(zhì)高強(qiáng)無(wú)需金屬加固，密封性能佳，尺寸穩(wěn)定性好，耐老化使用壽命長(zhǎng)，其綜合性能優(yōu)于其他類門窗。由于它具有優(yōu)良的特性和美麗的外觀，被譽(yù)為21世紀(jì)建筑門窗的綠色產(chǎn)品。

2.2鑲嵌材料的改進(jìn)

鈦金箔膜是一種由鈦金屬纖維增強(qiáng)特種材料制成的復(fù)合材料薄膜。鈦金箔膜復(fù)合玻璃具有極佳的防射擊穿透、防爆、防盜等功能，安全性能好，同時(shí)還具有良好的阻燃作用。在過(guò)去幾年中，國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用于銀行、珠寶、展示行業(yè)。從建筑節(jié)能角度分析，若在普通門窗白片玻璃部位粘貼鈦金箔膜則可反射相當(dāng)數(shù)量的太陽(yáng)熱輻射，從而大大降低室內(nèi)空調(diào)制冷、能源消耗，據(jù)資料介紹一般可節(jié)能0.6左右。因此，鈦金箔膜技術(shù)同樣也適用于高層玻璃幕墻，使幕墻玻璃強(qiáng)度提高、不破碎、不散落，并具有阻斷紫外線和防老化等優(yōu)點(diǎn)

此外還可在玻璃上使用節(jié)能隔熱環(huán)保涂層材料，它是通過(guò)液相化學(xué)法直接制備多元復(fù)合的納米金屬氧化物水性漿料，并復(fù)合水性成膜物質(zhì)，制備出的高可見(jiàn)光透過(guò)率，高效阻隔紅外光(熱)和紫外線輻射的節(jié)能隔熱環(huán)保涂層材料，采用手工或機(jī)械涂敷在玻璃表面，常溫快速固化成膜，達(dá)到透明、隔熱節(jié)能和屏蔽紫外線的目的。該產(chǎn)品有較好的節(jié)能隔熱效果，在阻隔紅外和紫外光輻射、可見(jiàn)光透過(guò)方面具有較好的性能，且施工快捷安全。

2.3密封材料的應(yīng)用

現(xiàn)在大多數(shù)節(jié)能門窗的密封條采用EPDM橡膠材質(zhì)，EPDM是乙烯，丙烯和少量第三單體的共聚物，三元乙丙橡膠國(guó)際命名簡(jiǎn)稱為EPDM，EPDM橡膠具有卓越的抗陽(yáng)光紫外線，耐候性（使用壽命同門窗同步），耐熱老化，耐高低溫性，耐臭氧性，耐化學(xué)介質(zhì)性，耐水性，良好的電緣性和彈性以及其他物理機(jī)械性能。又被譽(yù)為無(wú)裂紋橡膠，是世界上公認(rèn)的生產(chǎn)密封產(chǎn)品的最佳材質(zhì)。

窗體和墻體之間的間隙應(yīng)采用保溫材料填充和用密封材料密封，從而保證窗體和墻體結(jié)合形成一個(gè)系統(tǒng)，即保證窗體和墻體構(gòu)件的連續(xù)，將空氣滲透量降至最小。填充材料最好使用聚氨酯泡沫塑料，其彈性高、強(qiáng)度大，防水性、保溫性能突出。

3結(jié)論及展望

復(fù)合材料在節(jié)能門窗中的應(yīng)用大大的提高了建筑節(jié)能的效果，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使用優(yōu)化的復(fù)合工藝成為可能，進(jìn)一步使人們創(chuàng)造出更加輕質(zhì)高強(qiáng)，保溫隔熱，美觀大方的新型復(fù)合材料，在節(jié)能門窗的制造中必將獨(dú)樹(shù)一幟，引領(lǐng)新潮流。

參考文獻(xiàn):

［1］李德英.建筑節(jié)能技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2006.5

［2］車劍飛，黃潔雯，楊娟.復(fù)合材料及其工程應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，2006.8

［3］陳國(guó)義.中國(guó)建筑節(jié)能門窗：現(xiàn)狀與發(fā)展，建設(shè)科技，2002.2

［4］崔希駿.節(jié)能建筑外窗的配置研究，建筑節(jié)能，2007.5

［5］杜宗翰.建筑節(jié)能與節(jié)能門窗，中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)，2005.5

（作者通訊地址：武警工程學(xué)院陜西西安710086）