鋁合金節能門窗的節能缺陷分析　——何志平?

　　在成都鴻鑫幕墻門窗技術交流研討會，主題：“抗震、節能”，研討會時間：2008年9月4日，研討會地點：成都世紀城新國際會展中心。

14：30-15：30 《淺述目前國內鋁合金節能門窗的節能缺陷》
　　演講人：中國·鴻鑫（北京）工程有限公司總工程師 何志平先生

　　縱觀國內鋁合金節能門窗的發展，已經有了長足的進步。由于能源匱乏，國家及地方逐步制定、發布新的節能標準，促使各門窗生產廠紛紛研發具有更高節能指標的門窗型材和相關配套方案，以求較大幅度的提高門窗的節能性能。但是，從門窗市場的產品實際情況觀察，門窗企業往往忽視門窗各連接部位的性能設計和工藝設計及工藝控制，造成整窗節能效果與預期希望形成較大差距，直接降低了節能鋁合金門窗的市場影響力。另外開放式等壓腔體在北方地區氣候干燥、風沙較大的情況下是否也是一個改進的方向。本文將從以下五個方面進行分析。
　　一、鋁合金節能門窗目前存在的節能缺陷；
　　二、節能缺陷的控制及優化設計；
　　三、節能缺陷的工藝設計及工藝控制；
　　四、開放式等壓腔的缺陷及改進；
　　五、追求高性能的鋁合金節能門窗是門窗企業的責任；
　　基于上述五個方面所進行的以下分析，恭請廣大行業人士指正。謝謝！

　　一、鋁合金節能門窗目前存在的節能缺陷

　　1、節能缺陷分布
　　①. 節能缺陷主要分布在框、扇的冷腔結構的設計；
　　②. 框、扇角部接合；
　　③. 中挺與外框的接合部位；
　　④. 鉸鏈合葉部位；
　　⑤. 框與開啟扇的密閉；
　　⑥. 排水孔及排水導流方式；

　　2、節能缺陷部位分析
　　①. 框扇的冷腔結構
　　首先框扇的冷腔結構及截面間隙的幾何尺寸，選取多大才能夠使空氣對流速度最低，且空氣間隙也能滿足要求（假設室內外空氣溫度差為±20ºC）。按熱工學原理得知，如果腔室過大，空氣形成對流的速度就大，腔室過小空氣間隔層保溫節能能力下降，造成冷腔空氣隔層及易穿透形成短路，從而形成快速傳導，使節能的效果大幅降低。既如此就應有一個范圍是上述兩個因素的最佳結構狀態，而這個最佳結構狀態也正是鋁合金節能門窗冷腔設計的關鍵所在。

　　②. 框、扇角部接合缺陷
　　框扇均為承力桿件，其角部受連接方式的影響，除應滿足角部強度應用組角膠外，對接密閉是節能的關鍵。現實中往往接縫難以密封到位，在加受成本影響，國外成熟的技術因價格較高顧客大多難以接受。在此情況下缺陷便暴露出來了，不但節能效果大幅下降，而且水密、氣密也大打折扣。主要原因在于鋁材接合面因材料、加工工藝、擠角或組裝位移誤差造成間隙，或整窗承力后承力桿件產生位移錯位，撕裂組角膠形成局部空氣貫通形成空氣對流，嚴重影響了整窗的綜合性能。此薄弱環節的U值也是最高的。
　　現有條件解決辦法：
　　a).改進冷腔設計，增加過渡空氣腔，使內外空氣溫度形成階段過渡，提高其保溫隔熱性能。
　　b).改進角碼截面設計，增加角部注膠，使擠角后能夠在腔體內注入專用密封膠。
　　c).提高（型腔與角碼配合）角碼切割下料精度（控制在0.05—0.15毫米），使擠角后同一平面最大誤差不大于0.15毫米。
　　d).保證擠角位置點，使一角單側保證4個擠角點，一個角共8個擠角點，增加結構強度及抗變形能力。
　　e).改進擠角定位（前后）精度，使誤差減小到0.5毫米以下。
　　f).增加擠角后固化時間，保證組角膠的完全固化。
　　g).保證正確的安裝固定方式，是確保安裝的整窗能否滿足高性能的關鍵。

　　③.中挺（加強中挺）與外框的接合部位缺陷
　　目前中挺與外框的連接多采用單體鋁角碼橫向固定后在縱向拉緊，由此產生如下幾個問題：
　　a). 一是由于硬質連接及型材懸臂輕微變形，造成氣密和水密極難滿足很高的要求。
　　b). 二是中挺與外框接合處形成貫通，造成空氣的冷熱傳導，影響節能效果。
　　解決辦法：
　　a).改進中挺與外框聯接的角碼連接形式，改進工藝使中挺與外框的接合部緊密閉合，如設計出過渡子口在腔體局部注入密封膠、或設計接頭密封件，阻斷空氣的冷熱傳導。
　　b). 在目前情況下應在門窗小分格及框、扇內下角外側打膠密封。
　　c). 提高外框與中挺榫接配合精度（0.05—0.15毫米），即可滿足同一平面最大誤差不大于0.15毫米，又可避免中挺軸向因承加玻璃荷載后的扭轉。

　　④.鉸鏈、合頁部位
　　鉸鏈、合頁部位因其開啟的方式所限，在密封上必然產生一定的縫隙，也直接影響到整窗的節能效果。
　　解決辦法：
　　a). 加強鋁型材生產、加工和安裝精度控制，保證材料基本參數的穩定及密封膠條完整與到位。
　　b). 采用隱藏式合頁或鉸鏈是最佳解決辦法，可以使開啟扇四周的膠條形成完整連續的壓接，減少能量損失。

　　⑤. 開啟扇的密閉
　　開啟扇由于型材在生產擠出、復合過程中的變形和在加工及安裝過程中存在的誤差積累，以及所采用五金件的不同，使膠條的密閉均勻程度產生較大的差別，從而影響密閉效果，降低節能性能。雖然采用多點鎖（根據實際情況確定數量，避免浪費）可以加強密閉程度，使性能有較大幅度的提高，但是由于增加成本較多，在使用中受到限制。
　　解決辦法：
　　a). 較大開啟扇采用多點鎖均勻鎖閉，使開啟扇的四周壓接量盡量均勻，增加密閉程度。
　　b). 鎖點安裝要視開啟扇大小和鎖點的數量確定最佳位置，在配合安裝膠條時，轉角處的膠條能夠均勻過度，使密閉達到最佳狀態。
　　c). 同一型材所使用的密封膠條，應針對不同形式的五金件鑒定其適用性。防止因五金件不同造成的密封缺陷。

　　⑥.排水孔及排水導流方式對能耗的影響
　　內開窗框外側雖然處于開放狀態，由于有等壓膠條的阻隔，可以在一定程度上減緩冷熱空氣的傳導（損失也較大）。而窗框、扇排水方式以直通式居多，少數企業開啟扇采用排水腔導流實現下排水。尤其是開啟扇直通式排水，由于銑通空氣腔，致使中空玻璃四周間隙處于開放狀態，造成冷熱空氣的直接傳導到開啟扇的內側形成冷熱空氣的快速交換，造成能量的消耗和節能效果的降低。
　　解決辦法：
　　a). 阻斷鑲嵌中空玻璃槽口內的空氣對流，使中空玻璃兩側的冷熱空氣直接交換途徑中斷，從而提高保溫性能。
　　b). 設計多腔結構，使排水腔獨立于空氣腔，對空氣的流通形成較大阻力，從而提高保溫性能。

　　二、節能缺陷的控制及優化設計
　　節能缺陷的控制及優化設計，筆者認為應考慮以下幾個問題：

　　1、窗框的設計
　　在外框設計時單獨設計外框的排水腔、組角腔。形成多腔結構使氣密性有一個較大的提高， 從而進一步提高節能性能。見圖1

　　2、內開窗在設計開啟扇外側面時，應考慮兩腔結構。即將空氣腔（角碼腔）和排水腔獨立設計——見圖2開啟扇外側局部

　　3、窗框和窗扇閉合后形成的開放式等壓腔，由于目前國內門窗生產采用的鋁合金擠出角碼，型腔內無法注膠，必然形成角部缺陷。并且開放式腔體在北方地區氣候干燥、風沙較大的情況下，在窗框內沉積的圬物難以清理。所以在門窗的等壓腔增加一道密封，將能極大地增強門窗各項性能指標。見圖3

　　三、節能缺陷的工藝控制及工藝設計

　　一個好的門窗產品體現在安裝完成后的各項指標和參數，既滿足國家各項標準的要求。但是，有好的設計不一定是好的產品。而優秀的設計是前提，產品的最終實現要靠好的工藝來實現。即通過好的加工方式及順序來完成，也就是根據不同產品制定不同的工藝——工藝設計。要考慮不同產品加工工藝標準的特殊性、差異性、同一性和相同產品差異性，如，采用磨具加工等。盡量減少人為因素的影響。將加工和安裝的積累誤差減至最小。就是生產和安裝所需工藝控制。沒有實質性的工藝和工藝控制， 這也是目前我國門窗行業的主要不足和缺憾。

　　四、開放式等壓腔的缺陷及改進

　　見圖3、圖4由于等壓腔與外界完全開放，在華北及西北地區使用的實際情況，可以看到使用過程中易形成的積塵和污垢難以清理。改進的目的有兩個：一是增加密閉式等壓腔，以減少塵垢淤積；二是因密閉式等壓腔的建立形成了一個有效的過渡腔室，使內外空氣溫度形成階段過渡，提高其保溫隔熱性能。為了極大地增強節能性能，將排水腔設置為暗排水。我們都知道塑料平開窗的節能性能高于隔熱鋁斷橋門窗，就其原因一是塑料型材固有的低傳導，二是密閉式等壓腔的存在，將外界的影響降到最低點，從而提高節能性能。等壓腔密閉后為了順利排水，必須設置氣壓平衡孔。氣壓平衡孔分為暗通式和直通式，建議均采用暗通式。在解決塵垢淤積的同時，門窗的節能性能必定也有所提高。從﹙圖4﹚可以看出由于增加了一道密封，在冷空氣襲來時大部分被阻擋于外，只有少部分通過型材、排水孔、氣壓平衡孔、膠條傳導或經過縫隙進入參與冷熱交換，而這種交換必須經過三個階段才能完成（室內冷熱空氣析出也需經歷此過程），故而形成了幾個不同的溫度帶，使冷熱交換減慢提高節能性能。為了較大幅度提高保溫性能應在以下幾方面進行改進。

　　1、在門窗型材（外側）懸壁上形成腔室儲存一定的空氣，大幅提高保溫性能。
　　2、阻斷鑲嵌中空玻璃槽口內的空氣對流。
　　3、盡可能采用20毫米以上尼龍隔條。
　　4、盡可能采用12毫米間隔以上中空玻璃。
　　5、組角部位的注膠處理，增強角部密封。
　　6、搭配合理的優質五金件、等壓膠條、密封膠條。
　　7、避免直通式排水和直通式氣壓平衡孔。

　　五、追求高性能的鋁合金節能門窗是門窗企業的責任

　　作為國內門窗企業的一員，時刻關注自身門窗綜合指標的改進和提高，使之滿足我國對能源控制的要求是我們的責任。而企業追求自主知識產權的門窗系統也是業界孜孜追求的目標，隨著國內企業技術設計與加工、安裝技術及工藝的提高實現這一目標也將指日可待。

中國·鴻鑫（北京）工程有限公司企業簡介：

　　鴻鑫幕墻工程有限公司是經國家建設部審定批準成立的大型建筑裝飾企業，可獨立承接大型工程的專業設計與施工。公司目前擁有高級工程師、設計師、高級建筑師、高級經濟師、會計師等高中級技術管理人才80多人、技術工人400多人。

　　公司擁有建筑幕墻專項工程設計甲級、建筑幕墻工程專業承包壹級；建筑裝飾專項工程設計甲級、建筑裝修裝飾工程專業承包壹級；鋼結構貳級等資質。通過了英國--UKAS國際質量體系ISO9001：2000標準認證，并多次榮獲“中國建筑工程魯班獎”和省“裝飾設計一等獎”及市“優良工程獎”等多種獎項。

　　公司被工商局多次評為“重合同守信用”單位，被中國資信評價中心、中國調查統計事務所及中華建筑報社等機構評為“AAA”級企業，多次獲山東省建設廳、裝飾協會多種榮譽稱號及獎勵。是山東省勘察設計協會常任理事、中國建筑金屬結構協會高級會員。

　　公司自成立以來，始終堅持“合作、共贏”的宗旨，“建魯班精品，強民族經濟”的價值觀，“誠信與創新”的企業精神，緊跟市場，不斷提高客戶滿意度。公司整合國際先進的管理理念及資源，為公司高速穩定地運作提供了堅實的保證。

　　秉持“提升建筑價值”的經營理念，公司在激烈的市場競爭中不斷提升鴻鑫的品牌價值，公司將一如既往地服務于社會，實現我們建筑產業報國的愿景。

產品簡介：

　　１．框架式幕墻STICK CURTAIN WALL

　　框架式幕墻是將車間內加工完成的構件，運到工地，按照施工工藝逐個將構件安裝到建筑結構上最終完成幕墻安裝。框架式幕墻按照外視效果分為全隱式、半隱式和明框式幕墻三種，按照裝配方式分為壓塊式、掛接式兩種。
性能說明：
　　一.壓塊式框架幕墻（也叫元件式框架幕墻）
　　1.板塊采用浮動式連接結構，吸收變位能力強。
　　2.定距壓緊式壓塊，保證使每一玻璃板塊壓緊力均勻，玻璃平面變形小，鍍膜玻璃的外視效果良好。
　　3.硬性接觸處采用彈性連接，幕墻的隔音效果好。
　　4.能夠實現建筑上的平面幕墻和曲面幕墻效果。
　　5.拆卸方便，易于更換，便于維護。
　　二.掛接式框架幕墻（也叫小單元式框架幕墻）：
　　1.安裝簡捷，易于調整。
　　2.連接采用浮動式伸縮結構，可適應變形。
　　3.適用于平面幕墻形式。
　　4.硬性接觸處采用彈性連接，幕墻的隔音效果好。

框架式幕墻STICK CURTAIN WALL產品展示：

標準節點：

　　２．LED幕墻

　　LED視頻彩幕適用于影視演播廳數字舞臺作為舞臺背景，呈現虛擬景象與色彩效果的多媒體LED顯示系統。該系統因其獨有的透、輕、薄等設計特點在舞臺應用領域已表現出獨有的藝術魅力。安裝、拆卸方便快捷，具有成本優勢，適合大面積造景。表現的景物形象逼真、抽象畫面可營造出夢幻效果；它主要應用在高檔娛樂迪廳、大型歌舞晚會、時裝發布會、戶外廣告招牌、大廈幕墻等場所。

 
視頻彩幕配合全彩同步控制系統及專用電源

 
連接示意圖

　　性能參數：
　　工作電壓 AC 110V-220V 　損耗功率 <100W/平方米　工作溫度 -35℃-55℃　顏色范圍 16.7百萬　正常壽命 >50,000小時　像素間距 37mm　單元重量 2.9Kg　標準配置 4:3 / 16:9　外形尺寸 600mm X 1200mm

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　　研討會主題：“抗震、節能”，2008年9月4日，研討會地點：成都世紀城新國際會展中心。主辦方中國·鴻鑫（北京）工程有限公司專門邀請了國內的幕墻門窗技術專家，就《反思汶川地震對門窗幕墻的影響》、《隔熱鋁門窗技術問題分析》、《淺述目前鋁合金節能門窗的節能缺陷》等“抗震、節能”主題進行演講與幕墻行業同仁共同探討共同探討讓賴以生存的建筑更安全、更抗震。