注膠與穿條隔熱技術系統的性價比最優化分析

　　近一段時間有很多的議題圍繞著我們，其中有兩個問題需要我們特別關注。其一是2005年新投產的發電機組在6840萬至7000萬千瓦之間，全社會用電量將達到24220億千瓦時，全年電力供應的最大缺口將達到2300萬千瓦，比去年明顯降低。在現有的用電結構中，夏季空調用電占了三分之一。其二是政府對于全國房價增長過快現象的多項調控政策。我們看到政府已經將建筑節能作為了國家發展的重中之重。對于房地產開發商和門窗幕墻公司而言，一種高效隔熱節能而成本適中的門窗幕墻隔熱技術應該是最好的選擇。


　　現在的建筑市場上，存在兩種主要的隔熱鋁門窗技術。一種是源于歐洲的穿條式隔熱技術，另外一種是來自于北美的注膠式隔熱技術。目前大家普遍說到的“斷熱冷橋技術”一般是指穿條式隔熱技術。而對于注膠式隔熱技術，大部分人不了解該技術的特點。事實上，注膠式與穿條式都屬于“斷熱冷橋技術”范疇。而注膠式隔熱技術的技術雛形早在1937年就在美國誕生。到了七十年代，第一套注膠式隔熱鋁材生產線也從香港引入了中國廣東。所以說注膠式隔熱技術對于我們并不陌生。


　　那么，是不是所有的隔熱節能鋁窗和幕墻產品都是具有隔熱性能，但成本較高的節能產品呢？是不是隨著房價的不斷調整，隔熱鋁窗和幕墻產品就要被開發商慎重選用了呢？我們的答案是否定的。美國的“節能之星”計劃和日本建設工業部牽頭實施的“低息貸款建筑門窗節能計劃”都被指定采用注膠式隔熱技術來完成。這充分說明了注膠式隔熱技術是一種符合國際建筑節能標準，而成本適中的先進結構隔熱技術。


　　下面，我們僅從幾點來分析注膠式隔熱技術和穿條式隔熱技術的差異。


　　一．隔熱性能

　　對于隔熱鋁材來講，隔熱材料的K值對于整個鋁材的隔熱性能有著至關重要的影響。注膠式隔熱鋁材的核心-隔熱膠的K值是0.12.而穿條式隔熱鋁材的核心-PA66+空氣（或條形填充物）的K值比隔熱膠大一些。從而使得注膠隔熱鋁材和隔熱門窗的U值均低于穿條式隔熱鋁材和隔熱門窗。我們在國內采用這兩種不同的隔熱設計結構制作同樣一樘45mm內開窗（1500mm×1500mm）,并采用美國的專業計算軟件THERM 和WINDOW 進行隔熱性能模擬分析。從這兩種隔熱窗型的熱力學性能紅外分析圖和測試結果可以看出，在門窗型材寬度，玻璃系統配置及隔熱材料寬度均相同的前提下，注膠隔熱窗的隔熱性能明顯優于穿條式隔熱窗。


　　最后，我們發現在兩種隔熱窗隔熱性能相同的情況下，穿條式隔熱材料寬度至少比注膠式隔熱材料的寬度大4mm。這個特點為使用者在保持門窗隔熱性能不變的前提下，降低門窗成本提供了途徑。


　　二．門窗型材成本

　　從剛才的隔熱性能分析，我們可以發現在門窗型材寬度，玻璃系統配置及隔熱材料寬度均相同的前提下，注膠隔熱窗的隔熱性能明顯優于穿條式隔熱窗。那么更好的隔熱性能是不是就意味著更高的材料成本呢？答案是否定的。我們在國內選取了兩種相同框寬、相同隔熱材料寬度的型材設計，下面我們將對它們進行分析。


　　從以上兩個結構設計可以看出，由于注膠隔熱結構和穿條隔熱結構的設計規定尺寸有所差異，使得鋁材腔體尺寸A至少比B 小4mm。從而在相同腔體設計、相同壁厚的前提下，注膠隔熱鋁材的米重均小于穿條隔熱鋁材米重。而對于設計相同、中空玻璃配置也相同的隔熱鋁窗來講，注膠式隔熱鋁窗的重量大大低于穿條式隔熱鋁窗的重量。

　

　　對于隔熱鋁窗的平米單價來講，重量是至關重要的一項。由于注膠式隔熱鋁窗的重量低于穿條式隔熱鋁窗的重量，從而它的成本價格也大大低于穿條式隔熱鋁窗。


　　我們按照1500mm×1500mm的標準樣窗尺寸進行了分析性計價，結果發現注膠式隔熱窗比穿條式隔熱窗鋁材成本每平米低20%左右。這個成本價格基本可以滿足廣大用戶在鋁窗成本增加不多的前提下，達到國家規定的隔熱性能指標（K值或U值）。


　　三．型材強度（復合慣性矩）

　　對于隔熱鋁材能否作為主承重載體而用于大型和高層建筑用窗或幕墻的關鍵之一，是隔熱鋁材的強度（或復合慣性矩）能否達到設計方的規定。那么，注膠式隔熱鋁材、穿條式隔熱鋁材與普通鋁材的強度是否相等呢？我們對此也進行了計算和分析。我們參考了歐盟的相關標準（prEN 14024:2000《隔熱金屬型材性能要求和測試試驗》）和美國的相關標準（AAMA TIR A8：2004《隔熱建筑鋁合金型材結構性能與分析》）。為了可以公平性的考量隔熱鋁材的強度差異，在這里我們采用了歐盟prEN 14024:2000標準作為計算分析的理論依據。以下為該標準的部分原文翻譯：


　　隔熱型材的有效慣性矩計算方法

　　B.1 隔熱型材的撓度可以通過常用撓度公式計算出來，但是要考慮金屬型材彈性結合的組合慣性矩。

　　B.2 有效慣性矩計算公式為：

　　Ief = Is·（ 1-   ）/ （ 1-  · C ）                      （1）
其中：Is = I1+ I2 + A1  12 +A2   22                           （2）
        v= （A1  12 + A2   22 ）/ Is                          （3）
        C = λ2/（π2+λ2 ）                                     （4）
                                                              �。�5）
式中： Ief  ——— 有效慣性矩(單位為cm4)；

        Is ——— 剛性慣性矩(單位為cm4)；

        v——— 剛性慣性矩的組合參數；

        C ——— 彈性結合作用參數；

        λ——— 幾何形狀參數；

        l——— 梁的跨度(單位為cm)；

        c ——— 隔熱材料的彈性常數或組合彈性值(單位為N/mm2)；

E——— 鋁合金彈性模量(單位為N/mm2)；

A1 ——— A1區的截面積(單位為cm2)；

A2 ——— A2區的截面積(單位為cm2)；

1 ——— A1區形心到隔熱型材形心的距離(單位為cm)。

2 ——— A2區形心到隔熱型材形心的距離(單位為cm)；

I1 ——— A1區型材慣性矩(單位為cm4)；

I2 ——— A2區型材慣性矩(單位為cm4)。

注：  1) 因為λ取決于梁的跨度，所以有效慣性矩是跨度的函數。對于大的跨度,其值則接近剛性值。

          2) C的公式對于正弦形荷載是嚴格有效的，而對于不變載荷以及三角形載荷也具有較高的精確度。


B.3 計算示例：

面積A1=253.7mm2
        A2=336.3mm2
形心距a1=27.3mm
        a2=25.2mm                    

        a=52.5mm
慣性矩I1=12570.2 mm4
        I2=114422.0 mm4
則IS=I1+I2+A1a12+A2a22 =12570.2+114422.0+253.7×27.32+336.3×25.22=529636.2 mm4
υ=（A1a12+A2a22）/IS =（253.7×27.32+336.3×25.22）/529636.2= 0.76
λ2  =ca2 l2/ [（EIS）υ（1 -υ）]
取梁跨l=1000mm，隔熱膠彈性常數c=1600N/mm2，鋁合金彈性模量E=70000 N/mm2
λ2 = 1600×52.52×10002/[70000×529636.2×0.76×（1-0.76）]
   = 652.14
C=λ2/（π2+λ2）=652.14/（3.142+652.14）=0.99
所以該型材截面的組合慣性矩：

Ief=ISo(1-υ)/(1-υoC)
   =529636.2×（1-0.76）/（1-0.76×0.99）=513379.2 mm4

　　該澆注式隔熱型材，若將隔熱膠看作鋁合金，通過計算機計算得到的I值為549217.4 mm4，與上述梁跨l=1000mm的情況下的計算結果基本接近，而跨度l越大，通過該方法計算的結果越精確。


　　同樣，對于結構尺寸一致的穿條式隔熱鋁材，我們也作了計算分析。由于主要參數c（隔熱材料的彈性常數或組合彈性值）相差較遠，且其他相關參數的微量差異，使得兩種隔熱鋁材的復合慣性距相差較大。具體結果如圖所示：


　　四. 隔熱幕墻設計示例

　　Acrotower中心大廈（韓國）
　　Acrotower中心大廈位于韓國漢城。該建筑位于漢城最為著名的中心商務區內。整個建筑群由一棟48層和一棟64層的高樓組成。對于該建筑群的設計和要求，建筑師要求幕墻用材除能夠承受高風壓載荷外，可視面的寬度不能超過80mm。對于這種近于苛刻的要求，該工程的技術咨詢公司提出了如下圖的AZON隔熱技術方案。經過韓國工程試驗中心的性能校合，該方案能夠滿足工程甲方的設計要求和造價標準。


　　我們不希望在中國的建筑上看到有安全隱患的不合格產品存在。我們建議廣大用戶，選擇建筑門窗、幕墻用材時，始終要將質量和安全放在首位. 

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