專利名稱：建筑組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑組件，其包括具有90%密度處于300至460kg/m3的木材，即低密度木材。更具體地說，本發(fā)明涉及包括低密度木材的建筑組件，如窗戶組件(即，框格(sashes)和框架)和門組件(如門框)及窗戶保溫物質(zhì)。本發(fā)明還涉及一種挑選具有低密度的木材的方法。
背景技術(shù)：
當今對建筑組件的保溫性的要求不斷提高。對于窗戶而言，這種提高的要求意味著2015年之后在新建房屋上不再安裝傳統(tǒng)的構(gòu)件。必須使用新構(gòu)件和新材料。在建造新房屋時，通常被稱為“被動房屋(passive houses) ”的房屋越來越被視為是未來的標準形式。被動房屋是指具有最小熱損失的建筑物，這意味著并非在短時期內(nèi)不需要額外加熱。由于不用額外加熱，內(nèi)部的舒適度要求在窗戶或冷外墻處沒有倒灌風(fēng)。被動房屋還應(yīng)防風(fēng)，致使不產(chǎn)生氣流，因此對于例如窗戶的框格和框架更緊密的配合的要求也有所提聞。窗戶的U-值主要受玻璃封裝件、框格和框架的結(jié)構(gòu)以及進入墻內(nèi)的固定物的影響。影響因素的示例是玻璃板之間的氣體和隔離物、框格和框架之間的密封以及進入墻內(nèi)的框架固定物的位置和緊密度。當今，玻璃和隔離物的保溫性能受技術(shù)和經(jīng)濟方面的可行性的影響，預(yù)計不再能作出任何重大的改進。作為建筑組件的窗戶的當今開發(fā)方向最主要的是框架和框格。近年來，已推出許許多多改進隔熱性的新框格和框架結(jié)構(gòu)。被粘合于框格和框架中的保溫材料層或復(fù)雜的中空構(gòu)件被用來減小通過窗戶結(jié)構(gòu)的熱傳遞。這類構(gòu)件比傳統(tǒng)的基于木材、鋁或PVC的窗戶復(fù)雜得多，也增加了成本。同時，材料的不同類型的混合物使得再生和銷毀更加困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種改進的或可供選擇的建筑組件，該建筑組件可消除或避免現(xiàn)有建筑材料的至少一些缺陷。本發(fā)明的具體任務(wù)是提供一種改進的或可供選擇的窗戶組件。本發(fā)明由所附獨立權(quán)利要求限定。在所附從屬權(quán)利要求和隨后的描述和附圖中陳述了 一些實施例。根據(jù)第一方面，提供一種具有低導(dǎo)熱系數(shù)值的建筑組件，其包括具有密度分布顯示為90%處于300至460kg/m3之間的木材。90%意味著可能存在木材的90%低于該值(或分數(shù)(score))。“木材密度”是指每單位體積的含有水分的木材的總重量。感到意外的印象是，密度處于300至460kg/m3之間的木材通常被認為是密度非常低的木材，由于形狀穩(wěn)定性的要求，通常這種木材被認為是不適合建筑組件的材料，實際上這種木材不僅可作為用于建筑組件的穩(wěn)定和耐用材料，而且還可提供呈現(xiàn)低U-值的組件。因此，這些建筑組件可以通過具有固體物質(zhì)密度特別低的木材提高隔熱性能。已確立的一些用于設(shè)計和生產(chǎn)木質(zhì)窗戶方法在很大程度上基于慣例和利用部分地基于二次參數(shù)的質(zhì)量控制系統(tǒng)。這些二次參數(shù)是密度和年輪寬度，選擇具有高密度和窄年輪的木材以提供具有良好的耐用性、尺寸穩(wěn)定性和令人喜歡的表面性能的窗戶。這種次要要求的一個示例是丹麥的需求規(guī)定，即，必須有20%的木材密度不低于480kg/m3。為了生產(chǎn)好的窗戶，高木材密度通常被認為是必不可少的前提條件。但是，利用現(xiàn)代的挑選和掃描技術(shù)，有可能直接針對象耐用性或尺寸穩(wěn)定性之類的主要參數(shù)來選擇原材料。不再需要二次參數(shù)?！暗蛯?dǎo)熱系數(shù)值”是指窗戶組件具有低U-值。U-值是作為通過如墻或窗戶或給定厚度的材料之類的建筑部分的熱傳輸?shù)臏y量值的標準化值，數(shù)值越低表明保溫性能越好。不應(yīng)將組件的U-值與材料的λ值混淆，λ值與材料的厚度或尺寸無關(guān)。低密度木材還可來自木材，例如從常規(guī)生產(chǎn)中挑選出的原木，因而可使建筑組件生產(chǎn)成本非常低廉且對環(huán)境有利。常規(guī)生產(chǎn)是指可從通常用于生產(chǎn)如窗戶組件的材料中挑選和分割的材料。出乎意料的結(jié)果表明，由低密度木材制作的建筑組件可以用來經(jīng)濟而穩(wěn)定地替代更復(fù)雜的復(fù)合設(shè)計，在所述復(fù)合設(shè)計中將木材和保溫物質(zhì)組合，或者用作進一步提高這些復(fù)合設(shè)計的性能的部件。組件可由實木材料制成。這樣，木材可來自例如松木或云杉木源。而且，也選擇這些類型的木材中最輕的原木形成建筑組件。與所有已知的選擇用于建筑組件的木材的規(guī)則相反，這不同于傳統(tǒng)的觀點，因為眾所周知的是具有高密度的木材，即重的材料能提供較好的建筑組件。根據(jù)一個實施例，木材的λ值可以在0.07至0.llff/mK的范圍內(nèi)。根據(jù)第一方面的一個實施例，建筑組件是窗戶組件。因此這意味著可從已被用作窗戶組件的木材中挑選具有低密度的木材，這樣就意味著全部木材的較高百分比如今也能用于此目的。因此，這不同于使用具有固有低密度的木材，例如西印度輕木(balsa wood)，或使用如西印度輕木之類的低密度木材的薄片(lamella)，如果材料太輕，即具有太低的密度，通常也認為不能承擔重荷載。通常用于窗戶組件的木材的低λ值大約在0.09-0.lW/mK。根據(jù)該實施例，所述窗戶組件的至少一個框格或框架可包括由具有90%密度處于300至460kg/m3之間的所述木材制成的木質(zhì)薄片。根據(jù)一可供選擇的實施例，所述組件可以是門組件。而且，該門組件可以是門框。根據(jù)第一方面的另一可供選擇的實施例，所述組件可以是由具有90%密度處于300至450kg/m3之間的所述木材制成的保溫物質(zhì)。這種保溫物質(zhì)可以與其它的常規(guī)類型的窗戶組件(如標準密度的云杉或松木)一起使用，或者甚至是復(fù)合窗戶(composite windows)的形式。此保溫物質(zhì)還可以與具有低密度的其它窗戶組件一起使用。因此可將這種保溫物質(zhì)安排為例如窗戶組件中的保溫層?？捎脽岱椒ㄊ菇ㄖM件改性。
組件的熱改性或“熱處理”還可提供更好的形狀和成型穩(wěn)定性，因為經(jīng)熱處理的木材不易吸收水分，即吸收的水分少于未經(jīng)熱處理的木材。這意味著其濕脹和干縮小于常規(guī)的、未經(jīng)熱處理的木材。對于窗戶或窗戶組件來說，這意味著可將框格和框架之間的縫隙或間隙制造得更小而不存在窗戶濕脹到有時不能開啟的程度的風(fēng)險?？p隙越小，熱傳輸越少，因此保溫性越好。熱處理還提供更進一步地減小組件密度的途徑，以及提供防止材料腐爛保護的途徑。窗戶結(jié)構(gòu)的形狀穩(wěn)定性允許框格和框架之間很少活動，甚至能獲得其他優(yōu)點?？捎贸Ｒ?guī)方法執(zhí)行熱處理工藝，EP0695408中公開了高溫下用蒸汽處理木材的方法?？梢杂眠@種方法處理的木材包括松木、云杉、樺木、山楊和赤楊。所述熱改性或熱處理可提供具有比未經(jīng)改性的組件更低密度的窗戶組件。此外，熱處理可提供更好的形狀和成型穩(wěn)定性，因為經(jīng)熱處理的木材不易吸收水分，即吸收的水分少于未經(jīng)熱處理的木材。這意味著其濕脹和干縮程度小于常規(guī)的、未經(jīng)熱處理的木材。所述木材還可包括具有赤松素含量高于5mg/g的松木心材。赤松素可起天然木材防腐劑的作用，使得松木更能抵抗腐爛和腐朽。來自瑞典松木的心材通常被認為是用于上述范圍的極能抵抗腐朽的材料，因此被認為是用于例如窗戶的好材料。于是，具有低密度和高赤松素含量的木材的組合可以提供具有低U-值的窗戶組件，還非常適用于必須抵擋環(huán)境的耗損和腐蝕的組件。根據(jù)第二方面，提供一種包括至少一個木質(zhì)薄片的窗戶框架，該木質(zhì)薄片由具有90%密度處于300至460kg/m3之間的木材制成。根據(jù)第三方面，提供一種木質(zhì)薄片，其由具有90%密度處于350至440kg/m3之間的木材制成。這種材料可以是具有低密度的經(jīng)熱處理或熱改性的云杉或松木。這種木材的入值可進一步在0.085-0.1ff/mK的范圍內(nèi)。根據(jù)第四方面，提供一種木質(zhì)薄片，其由具有90%密度處于350至400kg/m3之間的木材制成。這類材料可以是具有低密度的經(jīng)熱改性或熱處理的松木。這種木材的λ值可進一步在0.085-0.093ff/mK的范圍內(nèi)。另外，提供一種木質(zhì)薄片，特征在于其由經(jīng)熱處理的木材制成并在相對濕度(RH)為35% -95%的范圍內(nèi)、在材料寬度上的濕脹性和干縮性小于1%。濕脹性和干縮性是指根據(jù)歐洲標準EN1910 “木材、鑲木地板、木鑲板以及覆層-尺寸穩(wěn)定性的石角定(Wood and parquet flooring and wood paneling andcladding-determination of dimensional stability) ” 測量的相對尺寸變化。根據(jù)第五方面，提供一種用于挑選具有90%密度為300_460kg/m3木材的方法，其包括步驟:選擇合適等級的原木；利用用于測量原木密度的X射線設(shè)備分析被選出的原木；以及將原木切割成板材。根據(jù)第五方面的方法可進一步包括利用密度測量裝置執(zhí)行板材密度測量的步驟。合適的等級是指適合生產(chǎn)窗戶組件的原木，例如具有較少木節(jié)部分的原木。
密度測量裝置可以是伽瑪輻射裝置或微波操作裝置。根據(jù)一種可供選擇的方法，可以根據(jù)以下步驟生產(chǎn)由具有低密度(即，密度處于300-460kg/m3范圍內(nèi))的木材制成的窗戶組件?？蓮某Ｓ糜谏a(chǎn)窗戶組件的木料中挑選具有低密度的木料或原木，并切割成板條(planks)或板材。通過第二密度測量，然后基于其密度可進一步將這些板條或板材進行分類。任選地，可將板條或板材劈開，并從板條或板材上切除任何木節(jié)和其它混雜物。然后將由此獲得的板條或板材件端部接合在一起以形成相同木板或板條的單件薄片且沒有混雜物。之后例如通過粘合這些薄片將兩個或更多薄片彼此附聯(lián)，以形成例如較寬的或L-形的坯料。


以下參考所附示意圖以示例的方式描述本技術(shù)方案的一些實施例。圖1為窗戶系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖，該窗戶系統(tǒng)具有在框格和框架內(nèi)設(shè)有保溫層的木質(zhì)框架；圖2為具有實木框格和框架的窗戶系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖；圖3是計算窗戶系統(tǒng)中溫度分布的示意性側(cè)視圖，該窗戶系統(tǒng)具有標準密度的松木的木質(zhì)框格和框架；圖4是計算窗戶系統(tǒng)中溫度分布的示意性側(cè)視圖，該窗戶系統(tǒng)的木質(zhì)框格和框架設(shè)有保溫層；圖5是計算窗戶系統(tǒng)中溫度分布的示意性側(cè)視圖，該窗戶系統(tǒng)具有低密度木質(zhì)框格和框架；圖6的圖表示出了斯道拉恩索松木制品(Stora Enso pinewood products)的密度和發(fā)表的(declared) λ值之間的線性關(guān)系。
具體實施例方式可從通常用于窗戶的木材中挑選用于本窗戶組件的材料。可通過以下方法挑選這些材料，不應(yīng)將所述方法看作是可對木材進行選擇的唯一方式而應(yīng)看作示例。在第一步中,選擇合適等級的原木,其心材的比例足夠高且木節(jié)結(jié)構(gòu)合適。期望的是，相比于散布于整個材料的許多小木節(jié)具有很少的大木節(jié)，以便能切割掉它們而提供完全無木節(jié)的材料。在第二步中，發(fā)送原木使其通過X-射線掃描儀，并在大型鋸機處進行分選(at thesorting)?？梢源_定通過X-射線測出的木材密度,之后選擇低密度的原木。然后將具有低密度的木材和具有高密度的木材以不同批次切割成較小的件或板材。X-射線測量的精度可能受木料中存在的水分影響，但其仍能有效地分別選擇具有高和低密度的原木。在第三步中，在組件生產(chǎn)線(component line)上將板材切割成毛還(blanks),利用密度測量裝置檢查板材的密度。因為組件生產(chǎn)線上的木材是干燥的，將極大減小材料中的濕度變化。減小的濕度變化改善了密度測量的準確度并因此允許材料密度分布的“上尾部(upper tail)”減小。此密度測量裝置可以基于例如伽馬輻射或微波。
于是，原材料(即供給木料)可以是常規(guī)的松木或云杉木料。分選步驟的有利之處是，其主要影響密度分布的上端。密度分布的下端不受影響，這產(chǎn)生的積極效果是，盡管受每一參數(shù)的5%限制，材料的特征強度性能受影響的程度很小。為了生產(chǎn)窗戶組件，切割毛坯以便切除木節(jié)和其它瑕疵部(defect)，然后端接成期望的長度。然后可以將薄片和毛坯放在一起以形成低導(dǎo)熱系數(shù)的建筑組件或窗戶組件，而從根本上降低成本并減小對環(huán)境的影響。依據(jù)如EP0695408中披露的常規(guī)方法，通過高溫處理可以更進一步地提高建筑組件的保溫性能，以具備熱改性。就此而言，借助低導(dǎo)熱系數(shù)，由木材制成的建筑組件具有的λ值低于0.lW/mK，而窗戶框架和框格具有低于1.2ff/m2K的組合U-值。隨后，對于不同的窗戶設(shè)計，確定材料的選擇對窗戶框格和框架的熱傳導(dǎo)的影響，這些試驗結(jié)果示出如下。對不同型材的U-值進行計算并對材料各種組合的影響進行比較。圖1示出了窗戶系統(tǒng)1，其被用于測量和模擬窗戶組件和型材的導(dǎo)熱系數(shù)。圖1所示的窗戶系統(tǒng)設(shè)有木框格2、木框架8和布置在框格2和框架8兩者中的保溫層3。窗戶系統(tǒng)I還包括玻璃封裝件4，在模擬中，由保溫層表示的對應(yīng)于玻璃封裝件的厚度為三重4_玻璃(triple 4mm glass)和 16mm 的間隔。圖2示出了具有實木框格7和框架9的窗戶系統(tǒng)I。在該實施例中的窗戶封裝件4還可以是三層玻璃的窗戶。在圖1和2中，窗戶系統(tǒng)面向外部(即外側(cè)6)和內(nèi)部(即內(nèi)側(cè)5)。結(jié)果顯示由低密度木材制成的窗戶可以作代替木材和保溫物質(zhì)組合的更復(fù)雜的復(fù)合設(shè)計的經(jīng)濟代用品，或作為進一步改善這種復(fù)合設(shè)計性能的部件。借助利用熱改性或熱處理的尺寸穩(wěn)定性可以實現(xiàn)附加改進，以使框格和框架之間的間隙最小，減小由空氣運動弓I起的對流傳熱。這些結(jié)果明確指出了采納常用材料的設(shè)計的重要性。低密度木材、經(jīng)過熱處理的低密度木材、或?qū)⒌兔芏饶静呐c保溫物質(zhì)組合的有效利用都將受益于具體設(shè)計。方法根據(jù)歐洲標準EN IS010077-2進行計算。所述計算是利用來自Physibel的軟件“Bisco”模擬二維穩(wěn)態(tài)熱傳遞得出的。針對四種不同變異進行計算:1.具有標準密度和0.13ff/mK的λ值的實松木。2.具有標準密度的實松木進一步包括λ值為0.04ff/mK的19_厚的保溫層，用例如F1UR表示。3.低密度木材，松木，具有0.095ff/mK的λ值。4.低密度木材，松木，進一步包括λ值為0.04ff/mK的19mm厚的保溫層。表I顯示了與包括具有常用于形成窗戶組件的密度的松木的普通窗戶組件相比，采用低密度松木或者作為包括保溫層的框架或者作為實木框架明顯改善U-值，即窗戶組件或框架的導(dǎo)熱系數(shù)。表I還顯示了通過僅利用低密度松木材可獲得與具有保溫層的常規(guī)窗戶框架不相上下的U-值；通過使低密度木材(例如松木)與保溫層組合可顯著改善U-值。這些值確實能滿足對所謂被動式房屋設(shè)置的要求。表I窗戶框架的U-值計算結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種具有低導(dǎo)熱系數(shù)值的建筑組件，其特征在于，包括具有密度分布顯示為90%處于300至460kg/m3之間的木材；該組件由實木材料制成。
2.如權(quán)利要求1所述的具有低導(dǎo)熱系數(shù)值的建筑組件，其中，所述木材的λ值在0.07至0.llff/mK的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1-2中任一項所述的具有低導(dǎo)熱系數(shù)值的建筑組件，其中，所述建筑組件是窗戶組件。
4.如權(quán)利要求3所述的具有低導(dǎo)熱系數(shù)值的建筑組件，其中，所述窗戶組件的至少一個框格或框架包括由具有90%密度處于300至460kg/m3之間的所述木材制成的至少一個木質(zhì)薄片。
5.如權(quán)利要求1所述的具有低導(dǎo)熱系數(shù)值的建筑組件，其中，所述組件是門組件。
6.如權(quán)利要求1所述的具有低導(dǎo)熱系數(shù)值的建筑組件，其中，所述組件是由具有90%密度處于300至450kg/m3之間的所述木材制成的保溫物質(zhì)。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項所述的具有低導(dǎo)熱系數(shù)值的建筑組件，其中，所述木材還包括具有赤松素含量高于5mg/g的松木心材。
8.一種窗戶框架，其特征在于，包括由具有90%密度處于300至460kg/m3之間的木材制成的至少一個木質(zhì)薄片。
9.一種木質(zhì)薄片,其特征在于,其已由具有90%密度處于350至440kg/m3之間的木材形成。
10.一種木質(zhì)薄片，其特征在于，其由具有90 %密度處于350至400kg/m3之間的木材形成。
11.一種挑選具有90%密度處于300至460kg/m3之間的木材的方法，包括以下步驟: d)選擇合適等級的原木， e)利用用于原木密度測量的X-射線設(shè)備分析被選擇的原木，及 f)將原木切割成板材。
12.如權(quán)利要求11所述的挑選具有90%密度處于300至460kg/m3之間的木材的方法，還包括步驟: g)利用密度測量裝置執(zhí)行對所述板材的密度測量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有低導(dǎo)熱系數(shù)值的建筑組件，其包括90％密度處于300至460kg/m3之間的木材，即低密度木材。本發(fā)明還涉及包括低密度木材的建筑組件，如窗戶組件(即，框格和框架)和門組件(如門框)及窗戶保溫物質(zhì)。本發(fā)明進一步涉及一種挑選具有低密度的木材的方法。
文檔編號E06B1/52GK103206141SQ20121059913
公開日2013年7月17日 申請日期2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者B·卡蘭德, J·西倫, M·布蘭斯托姆, M·米里拉南, J·蒂格斯特蘭德 申請人:斯托拉恩索公司