1 产品研发目的
我国有着广阔的夏热冬暖地区，主要分布在广东、广西、海南、福建及台湾等沿海地区。这些地区常年阳光照射强烈、风力强大、雨水充沛，因而抗风、防水、遮阳、隔热成为铝合金外窗研发的最主要关键点。目前在我国夏热冬暖地区普遍采用的外墙窗，主要以常规的50系列铝合金外平开窗为主，基本不具备遮阳、隔热的能力，抗风、防水性能较差。特别是低下的防水性能，据不完全的统计和各类传媒的报道，导致房屋住宅用外窗的漏水率达到80%以上，居民投诉率常年高居不下，已成为名副其实的社会公害，严重的影响居民的正常生活，大量的维护维修工作也造成了社会资源的浪费。
针对夏热冬暖地区的气候特点和现有铝合金窗的实际状况，以及铝门窗产品国家标准的要求和国家在建筑节能方面的规定，需要研发一系列具有以高防水性能为主，同时具有良好遮阳防晒、保温隔热、抗风压性能，并能确保高反复启闭耐久性能的新型铝合金外平开窗，来适应和满足我国南方地区用窗的需求，使我国的建筑门窗逐步形成完整体系，实现安全适用、高效节能、舒适环保、经济合理的目标。其产品主要技术性能指标应达到表1的要求。
2 产品结构及特点
2.1 阶梯形双腔三道密封构造设计
外窗窗体自身的防水性能主要依靠窗框和窗扇之间的有效密封和排水能力来实现。现有铝合金外窗的构造简单，窗框与窗扇之间仅为两道密封胶条密封的单腔构造，其外侧胶条主要起到挡水、密封的作用，内侧胶条起到密封、隔气的作用，且挡水高度低，构造示意见图1。由于加工装配、密封胶条等存在质量问题，内侧胶条通常起不到应有的密封效果，在空腔内无法形成有效的防水等压密封条件，造成现有外窗防水密封性能低下，通常水密性能在350Pa左右的范围内，难以胜任在沿海地区台风暴雨气候条件下的使用。
阶梯形双腔三道密封外平开铝合金窗的构造设计创新，在于采用了三道密封使窗框与窗扇之间形成了两个有较大高低差的阶梯形空腔，并并通过必有的气路设计，在两空腔内形成了有效的等压腔，从而大大的提高了窗的防水性能。构造示意见图2。 在正常的使用过程中，室外侧第一道密封主要起到密封挡水作用，防止大量雨水直接进入外侧空腔，同时在窗的下端留有较大的通气、排水口，使进入空腔内的雨水能顺畅的排出；中间第二道密封将外侧空腔与内侧空腔有效分隔，并通过气路的设置使内外两腔的气流处于导通的状态，起到分隔、导气、密封阻水的作用；室内侧第三道密封主要起到阻断室内外空气流通的密封作用，确保内外空腔中的气压始终与窗外侧气压相等，促成了等压腔的形成，为防水性能的提高提供必要的条件。
2.2 遮阳及隔热设计
为了保证整窗达到遮阳系数SC≤0.2、传热系数K≤2.5W/（m2K）的研发目标，根据《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》（JGJ/T 151-2008）中统一的边界条件，采用广东省建筑科学研究院开发的粤建科MQMC软件及美国LBNL实验室开的WINDOW6软件，对窗的遮阳及隔热进行计算和设计，并选用了内置百叶中空玻璃和隔热铝型材等作为遮阳隔热的材料。内置百叶中空玻璃是一种新型的遮阳产品，可通过手动或电动方式调节内置百叶的不同启闭状态，可容易取得窗的不同传热系数和遮阳效果，能根据不同季节的室外条件来营造更加舒适的室内光线和居住条件,使得窗具有更好的适用性。而且,在南方沿海台风暴雨气候条件下，遮阳百叶密封于中空玻璃内，不会受到风吹雨打而损坏，较外遮阳构件耐久性强，使用安全性好，能实现外窗本身遮阳一体化系统。内置百叶中空玻璃的传热系数和遮阳系数见表2。
2.3 窗扇启闭构造设计
窗扇反复启闭性能是表征门窗耐久性的主要标志，是建筑门窗重要的基本性能之一。门窗的设计使用年限主要是用门窗的反复启闭性能来判断和验证。目前我国建筑门窗质量和性能不高的主要问题是耐久性太差，不少门窗投入使用时间很短就出现问题，远远达不到产品使用寿命要求。门窗气密性、水密性和抗风压性能的三项基本性能检测试验，是在关闭状态下进行的短时期间内的检测试验，并不能完全代表门窗在长期反复启闭使用中可能存在的问题，甚至是安全隐患问题。三项基本性能检测试验合格，不能保证门窗的使用功能能满足设计使用年限的要求。
为了解决阶梯形双腔三道密封外平开铝合金窗因型材断面和玻璃自重较大，而影响窗扇启闭力和反复启闭性能，专门开发具有专利技术的具有一体化结构调节装置的滑撑铰链和合理的结构设计，使窗扇开启力控制在50N的要求以内，反复启闭次数达到20,000次以上。
3 产品主要性能
3.1 水密性能
超高水密性能是阶梯形双腔三道密封外平开铝合金窗系统结构设计的重要部分，也是最具有创新性的设计。通过实验室严格的波动加压试验验证表明，窗外侧雨水在风力作用下，在中间密封胶条和内侧等压腔的作用下，雨水进入不到内侧空腔，仅在内侧空腔的进气孔处可观察到微量的水蒸气附于铝型材壁上。图3为经过1000Pa±500 Pa波动加压水密试验后的窗框雨水分布情况，在窗框内侧空腔处不见有任何渗漏的水迹。表2为A1、B2、B3系统在波动加压（⊿P±50%）作用下的水密性能检测结果，其水密性能远高于研发的目标值。
3.2 抗风压性能
为了适应夏热冬暖地区，特别是沿海地区高风压的自然气候条件，阶梯形双腔三道密封外平开铝合金窗系统在结构设计上充分考虑了抗风压的基本性能要求。在研发过程中，根据相关规范的要求进行了抗风压结构计算和设计，图4为A1系列窗抗风压性能的结构计算结果。通过实验室检测验证，阶梯形双腔三道密封外平开铝合金窗系统A1、B2、B3、系列产品的抗风压性能均达到或超过国家标GB/T7106-2008规定的最高等级9级，具体检测结果见表3。
3.3 启闭性能
为验证阶梯形双腔三道密封外平开铝合金窗的启闭性能，针对型材断面和玻璃自重较普通铝窗要大的特点，根据JG/T 192－2006《建筑门窗反复启闭性能检测方法》规定的“试件宜采用门、窗最不利的型式、尺寸，玻璃或镶板宜采用产品设计或实际应用中最重的规格”的试件要求，专门设计制作了宽高为600mm×1450mm的单扇试件，对窗扇的启闭力和反复启闭性能进行检测。经检测，所有受检试件的启闭力均小于50N，满足GB/T 8478-2008《铝合金门窗》标准的要求；反复启闭次数均达到20,000次，超过了GB/T 8478-2008规定的10000次的要求。
3.4 热工性能
整窗热工性能通过对A1和B3两种产品的检测，均达到了产品的研发目标，检测结果见表4。
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