鋁合金窗高性能的突破

楊豐亮

摘? ? 要：“十一五”“十二五”省課題高性能外平開鋁合金窗的自主研發，論述窗幾項主要重要性能的的研發設計及其性能值的突破，其中著重介紹了等壓腔原理在外平開窗中應用的突破。

關鍵詞：等壓腔原理應用突破、高性能

1? 引言

建筑門窗、幕墻節能是建筑發展的重要趨勢，我國在國民經濟和社會發展的“十一五” “十二五”規劃也強調了節能減排的重要性及一系列措施。針對我國南方的夏熱冬暖、夏熱冬冷地區，由廣東省建筑科學研究院為主，廣州鋁質裝飾工程有限公司等聯合，進行了省課題高性能外平開鋁合金窗的自主研發。

2? 高性能外平開窗自主研發重點

針對我國的夏熱冬暖、夏熱冬冷地區，研發要解決的重點：

（1）窗的遮陽、保溫高性能。

（2）窗的氣密性能高性能。

（3）窗的水密性高性能。

3? 針對重點研發設計的解決方法與創新

3.1? 高性能窗的遮陽、保溫

型材設計采用了遮陽型100系列隔熱斷橋用于主要用于夏熱冬冷地區，而夏熱冬暖地區則主要可以采用遮陽型80系列普通鋁合金型材。

近年來內置百葉中空玻璃異軍突起，在玻璃面板上給建筑節能提供了很好的材料選擇。內置百葉中空玻璃，是將鋁制百葉簾安裝于中空玻璃的中空腔體內，通過磁力或電動控制，來實現內置百葉簾的收攏、展開及調光功能。

高性能窗根據不同的功能與經濟條件，可選擇采用：Low-E中空玻璃、內置手動百葉中空玻璃;內置電動百葉中空玻璃。

3.2? 高性能窗的氣密性能

為了提高鋁合金窗的高性能窗的氣密性能，關鍵在于減少室內和室外之間窗的縫隙，窗通過室內外的縫隙主要在于兩大部分：玻璃的固定部位和窗扇開啟部位。

3.2.1? 玻璃的固定部位

玻璃的固定部位通過室內外的縫隙主要是：玻璃壓條鋁合金型材間的配合間隙、玻璃四周與鋁合金型材間的構造尺寸。設計針對玻璃四周與鋁合金型材間采用聚氨酯泡沫填縫劑填縫，使得通過室內外的縫隙幾近致密，大大提高了窗固定部位的氣密性能。

3.2.2? 窗扇開啟部位

目前工程鋁合金門窗、幕墻采用多為兩道密封膠條單腔，本設計采用階梯形雙腔三道密封構造，如圖2所示。

3.3? 高性能窗的水密性能

我國南方雨水多，且大多地區還處于臺風地區，所以南方建筑門窗、幕墻工程的防水設計和施工是一個重要環節。

3.3.1? 外平開窗工程的現狀和分析

目前建筑門窗工程應用的平開窗的水密性能多為300Pa～500Pa，很少超過500Pa，即使超過，幅度也不大。試驗和工程應用中都表明，漏水的部位幾乎都在窗扇的開啟部位。室內邊鋁合金的擋水邊高度在此區間的水密性能中起了關鍵作用，適當提高擋水邊高度，可以提高窗的水密性能，但由于通過玻璃的透光率、視覺、美觀等關系，擋水邊不可能提高太大。

3.3.2? 高性能窗的水密性能提高解決方法

防水措施歸結到底就是對水的堵和排。如何利用堵和排，便是解決方法的思路。從事門窗、幕墻的設計者都知道，最好的防水措施就等壓腔原理的應用。但目前工程采用的門窗都是采用了等壓腔原理的應用，但為何水密性能試驗值都為300Pa～500Pa，難以提高？如何改變窗的構造和方法去利用等壓腔原理，便是對這窗的水密性能提高解決方法的思路。

3.3.3? 等壓腔原理在外平開窗中的突破應用

在針對窗的玻璃的不同部位：固定部位和窗扇開啟部位，設計分別采用了以下途徑，使窗的構造形成雙空腔：

（1）固定部位：在玻璃四周與鋁合金型材間采用聚氨酯泡沫填縫劑填縫，這既能提高了窗的氣密性能，也提高了固定部位的水密性能。在室外側的鋁合金固定轉換框開排水孔，在固定轉換框與玻璃、泡沫填縫劑間形成一空腔，與室外形成等壓腔。而玻璃、泡沫填與室內側鋁合金壓條則形成另一空腔（如圖1）。

（2）窗扇開啟部位：目前普遍的窗采用兩道密封膠條單腔的等壓腔原理的密封結構，為單腔半封閉腔體。當水灌入腔體時，由于內側膠條封閉，一方面阻擋了風或水由內外窗軌間的縫隙進入內窗軌中，另一方面，形成一等壓腔體，借助室內側鋁合金擋水邊的高度差，避免了積水積聚于腔體內，使得水由其開口端向外流出。

但是這種構造在壓力差達到室內側擋水高度H后，由于腔體與室內側存在壓力差，所以當水灌入腔體時，室內側密封膠條不可能完全致密，存在一定縫隙，這時窗就會開始漏水，這也是目前普通窗水密性能值一直不能大幅度超過500Pa的主要原因。

本設計窗窗扇開啟密封膠條采用三道密封形成雙腔（如圖2）。

而重要的解決手段在于開啟密封膠條一下部切一段，密封膠條二也切斷部分，使得空氣一、空腔二都與室外側等壓，形成了兩個等壓腔，當壓力差使水灌入腔體一時，一部分的水從密封膠條斷口處流出，一部分則由于壓力作用留住空腔一內，但由于空腔一與空腔二是等壓腔，沒有壓力差即使密封膠條二有些微的縫隙，水也很難進入空腔二，密封膠條三隔絕室內外密封。

在檢測站的試驗中，總共試驗9樘窗，只有1樘窗在高壓力下從開啟部位漏水，其余都在固定部位處漏水，且幾乎空腔二中都只是出現少量的水珠。如此可證明這樣的構造，使得等壓腔原理在平開窗中被充分的利用成功，這正是一次門窗構造應用等壓腔原理的突破。

4? 高性能外平開窗的性能指標值突破

“十二五”課題高性能外平開窗試驗送檢三個系列各3樘窗，共試驗9樘窗，窗的主要性能數值均超過了現行規范標準分級的最高級。

4.1? 高性能窗的氣密性能

現行標準GBT 7106—2008《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》第4.1條規定：采用在標準狀態下，壓力差為10Pa時的單位縫長空氣滲透量[q1] 和單位面積空氣滲透量[q2]作為分級指標，分級表最高8級指標值為：[q1]≤0.5m3/（m·h）;[q2]≤1.5m3/（m2·h）;試驗的9樘窗均超出標準，高于8級。

以下為其中一個系列3樘窗的氣密性試驗結果：

[80系列外平開鋁合金窗氣密性試驗結果 項目 +[q1] +[q2] -[q1] -[q2] 試件一 0.16 0.33 0.13 0.27 試件二 0.04 0.08 0.02 0.04 試件三 0.09 0.20 0.05 0.11 平均值 0.10 0.20 0.07 0.14 國標等級 ≥8 ≥8 ≥8 ≥8 上表中+[q1]、-[q1]分別是正負壓下單位縫長空氣滲透量指標值;+[q2]、-[q2]分別是正負壓下單位面積空氣滲透量指標值;單位m3/（m2·h）。 ]

4.2? 高性能窗的水密性能

水密性能檢測采用波動加壓法（工程所在地為熱帶風暴和臺風地區的工程檢測），GBT 7106-2008分級表最高6級指標值為：△P≥700 Pa，試驗的9樘窗均超出標準，高于6級。

以下為三組中試驗性能值最差的一個系列3樘窗的水密性試驗結果：

[80系列外平開鋁合金窗氣密性試驗結果 項目 △P （Pa） 漏水情況 試件一 1000 900Pa時，下固定部位下部水珠滲出;1000Pa時，水持續滲出并流出試件界面 試件二 1600 1600Pa時下固定部位豎邊滲出水珠;加壓至1600Pa后不再加壓，定級為1600OPa 試件三 1200 1000Pa時，下固定部位下部水珠滲出并聯成線;1200Pa時，水持續滲出并流出試件界面 平均值 1200 - 國標等級 ≥6 - ]

參考文獻：

[1] 杜繼予，石民祥.階梯形雙腔三道密封外平開鋁合金窗.2012年全國鋁門窗幕墻行業年會論文.

[2] 譚國湘，宋詠明，梁邵華.高性能新型鋁合金平開窗節能技術[J].建筑工程技術與設計，2016.