铝合金节能门窗的节能缺陷分析　——何志平?

　　在成都鸿鑫幕墙门窗技术交流研讨会，主题：“抗震、节能”，研讨会时间：2008年9月4日，研讨会地点：成都世纪城新国际会展中心。

14：30-15：30 《浅述目前国内铝合金节能门窗的节能缺陷》
　　演讲人：中国·鸿鑫（北京）工程有限公司总工程师 何志平先生

　　纵观国内铝合金节能门窗的发展，已经有了长足的进步。由于能源匮乏，国家及地方逐步制定、发布新的节能标准，促使各门窗生产厂纷纷研发具有更高节能指标的门窗型材和相关配套方案，以求较大幅度的提高门窗的节能性能。但是，从门窗市场的产品实际情况观察，门窗企业往往忽视门窗各连接部位的性能设计和工艺设计及工艺控制，造成整窗节能效果与预期希望形成较大差距，直接降低了节能铝合金门窗的市场影响力。另外开放式等压腔体在北方地区气候干燥、风沙较大的情况下是否也是一个改进的方向。本文将从以下五个方面进行分析。
　　一、铝合金节能门窗目前存在的节能缺陷；
　　二、节能缺陷的控制及优化设计；
　　三、节能缺陷的工艺设计及工艺控制；
　　四、开放式等压腔的缺陷及改进；
　　五、追求高性能的铝合金节能门窗是门窗企业的责任；
　　基于上述五个方面所进行的以下分析，恭请广大行业人士指正。谢谢！

　　一、铝合金节能门窗目前存在的节能缺陷

　　1、节能缺陷分布
　　①. 节能缺陷主要分布在框、扇的冷腔结构的设计；
　　②. 框、扇角部接合；
　　③. 中挺与外框的接合部位；
　　④. 铰链合叶部位；
　　⑤. 框与开启扇的密闭；
　　⑥. 排水孔及排水导流方式；

　　2、节能缺陷部位分析
　　①. 框扇的冷腔结构
　　首先框扇的冷腔结构及截面间隙的几何尺寸，选取多大才能够使空气对流速度最低，且空气间隙也能满足要求（假设室内外空气温度差为±20ºC）。按热工学原理得知，如果腔室过大，空气形成对流的速度就大，腔室过小空气间隔层保温节能能力下降，造成冷腔空气隔层及易穿透形成短路，从而形成快速传导，使节能的效果大幅降低。既如此就应有一个范围是上述两个因素的最佳结构状态，而这个最佳结构状态也正是铝合金节能门窗冷腔设计的关键所在。

　　②. 框、扇角部接合缺陷
　　框扇均为承力杆件，其角部受连接方式的影响，除应满足角部强度应用组角胶外，对接密闭是节能的关键。现实中往往接缝难以密封到位，在加受成本影响，国外成熟的技术因价格较高顾客大多难以接受。在此情况下缺陷便暴露出来了，不但节能效果大幅下降，而且水密、气密也大打折扣。主要原因在于铝材接合面因材料、加工工艺、挤角或组装位移误差造成间隙，或整窗承力后承力杆件产生位移错位，撕裂组角胶形成局部空气贯通形成空气对流，严重影响了整窗的综合性能。此薄弱环节的U值也是最高的。
　　现有条件解决办法：
　　a).改进冷腔设计，增加过渡空气腔，使内外空气温度形成阶段过渡，提高其保温隔热性能。
　　b).改进角码截面设计，增加角部注胶，使挤角后能够在腔体内注入专用密封胶。
　　c).提高（型腔与角码配合）角码切割下料精度（控制在0.05—0.15毫米），使挤角后同一平面最大误差不大于0.15毫米。
　　d).保证挤角位置点，使一角单侧保证4个挤角点，一个角共8个挤角点，增加结构强度及抗变形能力。
　　e).改进挤角定位（前后）精度，使误差减小到0.5毫米以下。
　　f).增加挤角后固化时间，保证组角胶的完全固化。
　　g).保证正确的安装固定方式，是确保安装的整窗能否满足高性能的关键。

　　③.中挺（加强中挺）与外框的接合部位缺陷
　　目前中挺与外框的连接多采用单体铝角码横向固定后在纵向拉紧，由此产生如下几个问题：
　　a). 一是由于硬质连接及型材悬臂轻微变形，造成气密和水密极难满足很高的要求。
　　b). 二是中挺与外框接合处形成贯通，造成空气的冷热传导，影响节能效果。
　　解决办法：
　　a).改进中挺与外框联接的角码连接形式，改进工艺使中挺与外框的接合部紧密闭合，如设计出过渡子口在腔体局部注入密封胶、或设计接头密封件，阻断空气的冷热传导。
　　b). 在目前情况下应在门窗小分格及框、扇内下角外侧打胶密封。
　　c). 提高外框与中挺榫接配合精度（0.05—0.15毫米），即可满足同一平面最大误差不大于0.15毫米，又可避免中挺轴向因承加玻璃荷载后的扭转。

　　④.铰链、合页部位
　　铰链、合页部位因其开启的方式所限，在密封上必然产生一定的缝隙，也直接影响到整窗的节能效果。
　　解决办法：
　　a). 加强铝型材生产、加工和安装精度控制，保证材料基本参数的稳定及密封胶条完整与到位。
　　b). 采用隐藏式合页或铰链是最佳解决办法，可以使开启扇四周的胶条形成完整连续的压接，减少能量损失。

　　⑤. 开启扇的密闭
　　开启扇由于型材在生产挤出、复合过程中的变形和在加工及安装过程中存在的误差积累，以及所采用五金件的不同，使胶条的密闭均匀程度产生较大的差别，从而影响密闭效果，降低节能性能。虽然采用多点锁（根据实际情况确定数量，避免浪费）可以加强密闭程度，使性能有较大幅度的提高，但是由于增加成本较多，在使用中受到限制。
　　解决办法：
　　a). 较大开启扇采用多点锁均匀锁闭，使开启扇的四周压接量尽量均匀，增加密闭程度。
　　b). 锁点安装要视开启扇大小和锁点的数量确定最佳位置，在配合安装胶条时，转角处的胶条能够均匀过度，使密闭达到最佳状态。
　　c). 同一型材所使用的密封胶条，应针对不同形式的五金件鉴定其适用性。防止因五金件不同造成的密封缺陷。

　　⑥.排水孔及排水导流方式对能耗的影响
　　内开窗框外侧虽然处于开放状态，由于有等压胶条的阻隔，可以在一定程度上减缓冷热空气的传导（损失也较大）。而窗框、扇排水方式以直通式居多，少数企业开启扇采用排水腔导流实现下排水。尤其是开启扇直通式排水，由于铣通空气腔，致使中空玻璃四周间隙处于开放状态，造成冷热空气的直接传导到开启扇的内侧形成冷热空气的快速交换，造成能量的消耗和节能效果的降低。
　　解决办法：
　　a). 阻断镶嵌中空玻璃槽口内的空气对流，使中空玻璃两侧的冷热空气直接交换途径中断，从而提高保温性能。
　　b). 设计多腔结构，使排水腔独立于空气腔，对空气的流通形成较大阻力，从而提高保温性能。

　　二、节能缺陷的控制及优化设计
　　节能缺陷的控制及优化设计，笔者认为应考虑以下几个问题：

　　1、窗框的设计
　　在外框设计时单独设计外框的排水腔、组角腔。形成多腔结构使气密性有一个较大的提高， 从而进一步提高节能性能。见图1

　　2、内开窗在设计开启扇外侧面时，应考虑两腔结构。即将空气腔（角码腔）和排水腔独立设计——见图2开启扇外侧局部

　　3、窗框和窗扇闭合后形成的开放式等压腔，由于目前国内门窗生产采用的铝合金挤出角码，型腔内无法注胶，必然形成角部缺陷。并且开放式腔体在北方地区气候干燥、风沙较大的情况下，在窗框内沉积的圬物难以清理。所以在门窗的等压腔增加一道密封，将能极大地增强门窗各项性能指标。见图3

　　三、节能缺陷的工艺控制及工艺设计

　　一个好的门窗产品体现在安装完成后的各项指标和参数，既满足国家各项标准的要求。但是，有好的设计不一定是好的产品。而优秀的设计是前提，产品的最终实现要靠好的工艺来实现。即通过好的加工方式及顺序来完成，也就是根据不同产品制定不同的工艺——工艺设计。要考虑不同产品加工工艺标准的特殊性、差异性、同一性和相同产品差异性，如，采用磨具加工等。尽量减少人为因素的影响。将加工和安装的积累误差减至最小。就是生产和安装所需工艺控制。没有实质性的工艺和工艺控制， 这也是目前我国门窗行业的主要不足和缺憾。

　　四、开放式等压腔的缺陷及改进

　　见图3、图4由于等压腔与外界完全开放，在华北及西北地区使用的实际情况，可以看到使用过程中易形成的积尘和污垢难以清理。改进的目的有两个：一是增加密闭式等压腔，以减少尘垢淤积；二是因密闭式等压腔的建立形成了一个有效的过渡腔室，使内外空气温度形成阶段过渡，提高其保温隔热性能。为了极大地增强节能性能，将排水腔设置为暗排水。我们都知道塑料平开窗的节能性能高于隔热铝断桥门窗，就其原因一是塑料型材固有的低传导，二是密闭式等压腔的存在，将外界的影响降到最低点，从而提高节能性能。等压腔密闭后为了顺利排水，必须设置气压平衡孔。气压平衡孔分为暗通式和直通式，建议均采用暗通式。在解决尘垢淤积的同时，门窗的节能性能必定也有所提高。从﹙图4﹚可以看出由于增加了一道密封，在冷空气袭来时大部分被阻挡于外，只有少部分通过型材、排水孔、气压平衡孔、胶条传导或经过缝隙进入参与冷热交换，而这种交换必须经过三个阶段才能完成（室内冷热空气析出也需经历此过程），故而形成了几个不同的温度带，使冷热交换减慢提高节能性能。为了较大幅度提高保温性能应在以下几方面进行改进。

　　1、在门窗型材（外侧）悬壁上形成腔室储存一定的空气，大幅提高保温性能。
　　2、阻断镶嵌中空玻璃槽口内的空气对流。
　　3、尽可能采用20毫米以上尼龙隔条。
　　4、尽可能采用12毫米间隔以上中空玻璃。
　　5、组角部位的注胶处理，增强角部密封。
　　6、搭配合理的优质五金件、等压胶条、密封胶条。
　　7、避免直通式排水和直通式气压平衡孔。

　　五、追求高性能的铝合金节能门窗是门窗企业的责任

　　作为国内门窗企业的一员，时刻关注自身门窗综合指标的改进和提高，使之满足我国对能源控制的要求是我们的责任。而企业追求自主知识产权的门窗系统也是业界孜孜追求的目标，随着国内企业技术设计与加工、安装技术及工艺的提高实现这一目标也将指日可待。

中国·鸿鑫（北京）工程有限公司企业简介：

　　鸿鑫幕墙工程有限公司是经国家建设部审定批准成立的大型建筑装饰企业，可独立承接大型工程的专业设计与施工。公司目前拥有高级工程师、设计师、高级建筑师、高级经济师、会计师等高中级技术管理人才80多人、技术工人400多人。

　　公司拥有建筑幕墙专项工程设计甲级、建筑幕墙工程专业承包壹级；建筑装饰专项工程设计甲级、建筑装修装饰工程专业承包壹级；钢结构贰级等资质。通过了英国--UKAS国际质量体系ISO9001：2000标准认证，并多次荣获“中国建筑工程鲁班奖”和省“装饰设计一等奖”及市“优良工程奖”等多种奖项。

　　公司被工商局多次评为“重合同守信用”单位，被中国资信评价中心、中国调查统计事务所及中华建筑报社等机构评为“AAA”级企业，多次获山东省建设厅、装饰协会多种荣誉称号及奖励。是山东省勘察设计协会常任理事、中国建筑金属结构协会高级会员。

　　公司自成立以来，始终坚持“合作、共赢”的宗旨，“建鲁班精品，强民族经济”的价值观，“诚信与创新”的企业精神，紧跟市场，不断提高客户满意度。公司整合国际先进的管理理念及资源，为公司高速稳定地运作提供了坚实的保证。

　　秉持“提升建筑价值”的经营理念，公司在激烈的市场竞争中不断提升鸿鑫的品牌价值，公司将一如既往地服务于社会，实现我们建筑产业报国的愿景。

产品简介：

　　１．框架式幕墙STICK CURTAIN WALL

　　框架式幕墙是将车间内加工完成的构件，运到工地，按照施工工艺逐个将构件安装到建筑结构上最终完成幕墙安装。框架式幕墙按照外视效果分为全隐式、半隐式和明框式幕墙三种，按照装配方式分为压块式、挂接式两种。
性能说明：
　　一.压块式框架幕墙（也叫元件式框架幕墙）
　　1.板块采用浮动式连接结构，吸收变位能力强。
　　2.定距压紧式压块，保证使每一玻璃板块压紧力均匀，玻璃平面变形小，镀膜玻璃的外视效果良好。
　　3.硬性接触处采用弹性连接，幕墙的隔音效果好。
　　4.能够实现建筑上的平面幕墙和曲面幕墙效果。
　　5.拆卸方便，易于更换，便于维护。
　　二.挂接式框架幕墙（也叫小单元式框架幕墙）：
　　1.安装简捷，易于调整。
　　2.连接采用浮动式伸缩结构，可适应变形。
　　3.适用于平面幕墙形式。
　　4.硬性接触处采用弹性连接，幕墙的隔音效果好。

框架式幕墙STICK CURTAIN WALL产品展示：

标准节点：

　　２．LED幕墙

　　LED视频彩幕适用于影视演播厅数字舞台作为舞台背景，呈现虚拟景象与色彩效果的多媒体LED显示系统。该系统因其独有的透、轻、薄等设计特点在舞台应用领域已表现出独有的艺术魅力。安装、拆卸方便快捷，具有成本优势，适合大面积造景。表现的景物形象逼真、抽象画面可营造出梦幻效果；它主要应用在高档娱乐迪厅、大型歌舞晚会、时装发布会、户外广告招牌、大厦幕墙等场所。

 
视频彩幕配合全彩同步控制系统及专用电源

 
连接示意图

　　性能参数：
　　工作电压 AC 110V-220V 　损耗功率 <100W/平方米　工作温度 -35℃-55℃　颜色范围 16.7百万　正常寿命 >50,000小时　像素间距 37mm　单元重量 2.9Kg　标准配置 4:3 / 16:9　外形尺寸 600mm X 1200mm

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　　研讨会主题：“抗震、节能”，2008年9月4日，研讨会地点：成都世纪城新国际会展中心。主办方中国·鸿鑫（北京）工程有限公司专门邀请了国内的幕墙门窗技术专家，就《反思汶川地震对门窗幕墙的影响》、《隔热铝门窗技术问题分析》、《浅述目前铝合金节能门窗的节能缺陷》等“抗震、节能”主题进行演讲与幕墙行业同仁共同探讨共同探讨让赖以生存的建筑更安全、更抗震。