第八节 铝合金窗断桥技术

一、技术原理及主要内容

1．基本概念

隔热断桥铝合金是在铝型材中间穿入隔热条，将铝型材断开形成断桥，以有效阻止热量的传导，隔热铝合金型材门窗的热传导性比非隔热铝合金型材门窗低40%～70%。中空玻璃断桥铝合金门窗自重轻、强度高，加工装配精密、准确，因而开闭轻便灵活，无噪声，密度仅为钢材的1/3，其隔音性好。

断桥铝合金窗指采用隔热断桥铝型材、中空玻璃、专用五金配件、密封胶条等辅件制作而成的节能型窗。其主要特点是采用断热技术将铝型材分为室内、外两部分，采用的断热技术包括穿条式和浇注式两种。

穿条式是由两个隔热条将铝型材内外两部分连接起来，从而阻止铝型材内外热量的传导，实现节能的目的。穿条用的隔热材料是隔热条，目前效果较好的隔热条是聚酰胺66（尼龙66），它的生产方法有两种：硬顶法和牵引法。硬顶法结构紧、外观好但比较脆；牵引法生产的韧性好但外观差，侧面有工艺凹陷。为了追求表面美观和精度，用PA66尼龙加超细玻璃纤维是目前国外隔热条的共同特点。国内把PA66加普通玻璃纤维作为主攻方向，也已经取得一定的突破。需要注意的是不能用PA6、ABS（苯乙烯丙烯腈、丁二烯三元共聚物）、PP（聚丙烯）等通用塑料来代替工程塑料PA66制造隔热条，特别要指出的是绝不能用PVC之类国家有关部门已明确规定不允许使用的、只可用作非结构性材料，否则会由于隔热条与铝合金的线膨胀系数存在巨大差异，以及其强度不足、抗老化性差等原因而造成外窗使用安全性无法保证。

浇注隔热材料以聚氨酯隔热胶为主，它的成分一般由树脂组分和异氰酸盐（酯）组分组成，其性能较完善。但由于原料在美国或韩国生产，使其成本增加，价格也偏高，因此国内生产的厂商比较少。对于铝合金窗受力构件则应经试验或计算确定，未经表面处理的型材最小实测壁厚要≥1.4mm。

2．技术特点

由于中国地域辽阔，气候环境各不相同，因此节能窗的选用应根据不同地区的气候特点，如冬季温度、夏季温度、风压、建筑物的功能要求、外窗的安装位置及方向等来综合考虑。

对于断桥铝合金窗来说，一般包括以下几个特点：

1）保温隔热性好

断桥铝型材热工性能远优于普通铝型材，其传热系数K值可到3.0W/（m2·K）以下，采用中空玻璃后外窗的整体K值可在2.8 W/（m2·K）以下，采用Low-E（低辐射玻璃）玻璃K值更可低至2.0 W/（m2·K）以下，节能效果显著。

2）隔声效果好

采用厚度不同的中空玻璃结构和隔热断桥铝型材空腔结构，能够有效降低声波的共振效应，阻止声音的传递，可以降低噪声30dB以上。

3）耐冲击性能好

由于外窗表面为铝合金材料，硬度高、刚性好，因此耐冲击性能优异。

4）气密性、水密性好

型材中利用压力平衡原理设计有结构排水系统，加上良好的五金和密封材料，可获得优异的气密性和水密性。

5）防火性能好

铝合金型材为金属材料，其防火性能要优于塑料和木门窗。

6）无毒无污染，易维护，可循环利用

断桥铝型材不易腐蚀，不易变黄褪色，并可回收重复再利用。

二、主要技术指标

1．安全性能

安全性能是建筑门窗的第一重要指标，主要表现在抗风压性能和水密性能等方面。

建筑窗户在使用过程中承受各种荷载，如风荷载、自重荷载、温差作用荷载和地震荷载等，应根据实际情况选择抵御以上荷载的最有利组合。

窗体的安全性能主要表现在两个方面：其一是框扇在正常使用情况下不失效，推拉扇必须有可靠的防脱落措施，平开扇安装必须牢固可靠，高层建筑应限制使用外平开窗。要根据受荷载情况和支撑条件采用结构力学弹性方法，对窗体构件的强度和刚度进行设计计算，对框扇连接锁固配件强度进行设计计算，对窗体安装进行强度和刚度的设计计算。其二是窗体的锁闭应安全可靠，在窗户结构不被破坏的情况下，窗体的锁闭机构应保证窗户不被从室外强行打开。玻璃的安全性能主要也表现在两个方面：其一是玻璃在正常使用情况下不破坏；其二是如果玻璃在正常使用情况下破坏或意外损坏，应不对人体造成伤害或伤害最小。要根据受荷载情况和使用位置对玻璃的强度和刚度进行设计计算，进行玻璃防热炸裂和镶嵌设计计算。玻璃的选用、镶嵌和安装执行《建筑玻璃应用技术规程》（JGJ113—2009）、《建筑用安全玻璃第1部分：防火玻璃》（GB15763.1—2009）等。

2．节能性能

对于寒冷和严寒地区，保温是主要问题，在该地区安装的窗户，主要的功能是在获得足够采光性能条件下，需要控制窗户在没有太阳照射时减少热量流失，即要求窗户有低的传热系数；而在有太阳光照射时合理得到热量，即要求窗户有高的太阳光获得系数。

对于夏热冬暖地区，室内空调的负荷主要来自太阳辐射，主要能耗也来自太阳辐射，隔热是主要问题。在该地区安装的窗户，主要的功能是在获得足够采光性能条件下，减少窗户阳光的得热量，即要求窗户有低的遮阳系数和太阳光获得系数。

夏热冬冷地区不同于寒冷严寒地区和夏热冬暖地区主要考虑单向的传热过程，既要满足冬季保温又要考虑夏季的隔热。该地区的门窗既要求有低的传热系数，又要求有低的遮阳系数。

对于任何地区，窗户的气密性能都是非常重要的，寒冷和严寒地区冬季建筑保温能耗中由窗户缝隙冷空气渗透造成的能耗约占窗户能耗的一半，并且影响居住舒适度和容易结露，因此对于严寒地区外窗的气密性等级应不低于国家标准《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》（GB/T7106—2008）中规定的6级，寒冷地区1～6层的外窗气密性等级不低于4级，7层及以上不低于6级。夏热冬暖地区窗户的气密性能主要影响夏季空调降温能耗，其气密性的要求同样要满足寒冷地区1～6层的外窗气密性等级不低于4级，7层及以上不低于6级的规定。

由于不同地域气候差异，因此各地的外窗节能性能要求并不完全一致。

节能窗的设计与选用应遵照以下建筑节能国家和行业的标准和规范：

《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ26—2010）、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》（JGI75—2012）、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134—2010）、《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2015）、《建筑采光设计标准》（GB50033—2013）、《民用建筑热工设计规范》（GB50176-1993）等。

3．使用功能

包括隔声、采光、启闭力、反复启闭性能等几个方面。

三、应用要点

1．窗型结构

目前国内建筑中常用的窗型，一般为推拉窗、平（悬）开窗和固定窗。

推拉窗是目前应用最多的一种窗型，其窗扇在窗框上下滑轨中开启和关闭，热、冷气对流的大小和窗扇上下空隙大小成正比，因使用时间的延长，密封毛条表面毛体磨损，窗上下空隙加大对流也加大，能量消耗更为严重。因此推拉窗的结构决定了它不是理想的节能窗。

平（悬）开窗主要有内平（悬）开和外平（悬）开两种结构形式，平（悬）开窗的框与扇之间采用外、中、内三级阶梯密封，形成气密和水密两个各自独立的系统，水密系统开设排水孔、气压平衡孔，可使窗框、窗扇腔内雨水及时排出，而独立的气密系统可有效地保证窗户的气密性。这种窗型的热量流失主要是玻璃和窗体的热传导和辐射。从结构上讲，平（悬）开窗要比推拉窗有明显的优势，是比较理想的节能窗，尤其是平（悬）开复合窗型具有更方便舒适的使用性能。

固定窗的窗框嵌在墙体内，玻璃直接安在窗框上。正常情况下，有良好的气密性，空气很难通过密封胶形成对流，因此对流热损失极少。固定窗是保温效果最理想的窗型。

为了满足窗户的节能要求和自然通风要求，应该将固定窗和平（悬）开窗复合使用，合理控制窗户开启部分与固定部分的比例；进一步开发新型门窗产品，比如呼吸窗、换气窗等。根据窗的开启方式不同，优缺点见表2-24。

2．玻璃选择

窗户的玻璃约占整窗面积的80%左右，是窗户保温隔热的主体。普通透明玻璃对可见光和近红外波段具有很高的透射性，而对中远红外波段的反射率很低，吸收率很高，这就使得热能很快地从热的空间传递到冷的空间，不论是寒冷还是炎热地区，其保温隔热性能都极低。可以采用如下几种方法提高玻璃的保温隔热性能。

1）选用低辐射镀膜玻璃（Low-E玻璃）降低热辐射或控制太阳辐射

①新近开始普及的低辐射镀膜玻璃（Low-E玻璃）以其独特的光学特性，集优异的保温隔热性能、无反射光污染的环保性能、简单方便的加工性能于一体，为建筑节能领域提供了一种理想的节能玻璃产品。

②在炎热气候地区，室内空调的主要能耗来自于太阳辐射，选用阳光控制低辐射镀膜玻璃，能有效地阻挡太阳光中的大部分近红外波辐射（太阳辐射）和室外中红外波辐射（热辐射），选择性透过可见光，降低遮阳系数，从而降低空调消耗。

③在寒冷气候地区，选用高透光低辐射镀膜玻璃，能有效阻止室内中红外波辐射，可见光透过率高且无反射光污染，对太阳辐射中的近红外波具有高透过性（可补充室内取暖能量），从而降低取暖能源消耗。

④中部过渡地区，选用合适的Low-E玻璃，在寒冷时减少室内热辐射的外泄，降低取暖消耗；在炎热时控制室外热辐射的传入，节约制冷费用。

2）降低玻璃的传热系数

虽然玻璃的导热系数较低，但由于玻璃厚度很小，自身的热阻非常小，传热量十分可观，故应采用优质的中空玻璃降低玻璃的传热系数，减小热传导。中空玻璃内密闭的空气或惰性气体的导热系数很低，具有优异的隔热性能，同时其热阻作用随内腔气体层厚度的变化而变化，在内腔没有增大到产生对流并成为通风道之前，玻璃间距越大，隔热性越好；但当内腔增大到出现对流时，隔热性反而降低，因此应尽可能合理地确定玻璃间距，普通中空玻璃充灌氪气、氩气和空气的最佳间距分别为9mm、12mm和15mm，镀膜中空玻璃充灌氪气、氩气和空气的最佳间距分别为9mm、12mm和12mm。

氩气比空气的导热系数低，可以减少热传导损失；氩气比空气密度大（在玻璃层间不流动），可以减少对流损失；氩气比较容易获得，价格相对较低，因而中空玻璃内腔应优先选择充灌氩气。

另外还需注意的一点是玻璃间的隔条问题，采用非金属隔条（暖边隔条）的中空玻璃的传热系数低于金属隔条的中空玻璃，因为金属隔条起了明显的热桥作用，它使普通中空玻璃损失通过边部隔条整个热流的7%左右，使镀膜中空玻璃损失14%左右，使充灌氩气的中空玻璃损失达到23%左右。不同组合的玻璃性能见表2-25。

3．密封材料

对于外窗来说，还有对性能影响比较大的部分是密封材料，主要包括三个方面：一是窗体与玻璃之间。玻璃装配主要有湿法和干法两种镶嵌形式。湿法镶嵌玻璃，即玻璃与窗体之间采用高黏度聚氨酯双面胶带或（和）硅酮结构玻璃胶粘为一体，在保证了极好的密封性能的同时提高了窗体的整体刚度；干法镶嵌玻璃，即玻璃与窗体之间采用耐久性好的弹性密封胶条。二是窗框与窗扇之间。平（悬）开窗一般采用胶条密封，目前国内优质胶条一般采用三元乙丙橡胶、氯丁橡胶和硅橡胶等制造，目前还在开发采用尼龙底板（或硬质塑料底板）与三元乙丙橡胶复合而成的优质胶条，其效果更好，可以长久保证窗户的气密和水密性能。三是窗框与墙体之间。窗框与墙体之间需采用高效、保温、隔声的弹性材料（硬质聚氨酯泡沫塑料、硬质聚苯乙烯泡沫塑料等）填充，密封采用与基体相容并且粘结性能良好的中性耐候密封胶。

4．五金配件

五金配件的好坏直接影响到门窗的气密性能，从而降低门窗的节能效果。选择质量可靠的五金配件，对门窗的节能也影响巨大。

5．安装

安装是确保窗户各项指标的最后一道环节，外窗只有完成安装后才能实现其所有功能，因此安装的重要性也是不言而喻的。在安装中重点要注意以下几个环节。

①窗户洞口墙体砌筑的施工质量，应符合现行国家标准《砌体结构工程施工质量验收规范》（GB50203—2011）的规定，洞口尺寸容许偏差为±5mm。

②窗户洞口墙体抹灰及饰面板（砖）的施工质量，应符合现行国家标准《建筑装饰装修工程质量验收规范》（GB50203—2011）的规定，洞口墙体的立面垂直度、表面水平度及阴阳角方正等容许偏差，以及洞口上檐、窗台的流水坡度、滴水线或滴水槽等均应符合相应的要求。

③窗户的品种、规格、开启形式和窗体型材应符合设计要求，各种附件配套齐全，并具有产品出厂合格证书。

④安装使用所有材料均应符合设计要求和有关标准的规定，相互接触的材料应相容。

⑤使用干法安装窗户时，应根据洞口墙体面层装饰材料厚度，具体确定窗户洞口墙体砌筑时预埋副框的尺寸及埋设深度，或确定窗户洞口墙体后置副框的尺寸及其与墙体的安装缝隙（一般可按5～10mm采用）。

⑥窗框与洞口之间的间隙要根据窗框材料合理确定，特别是顶部应保留足够的间隙。

⑦窗户的安装要确保窗框与洞口之间保温隔热层、隔气层的连续性，确保窗户的水密性。

⑧窗框在洞口墙体就位，用木楔、垫块或其他器具调整定位并临时楔紧固定时，不得使窗框型材变形和损坏；安装紧固件或紧固装置不应引起任何框构件的变形，也不可以阻碍窗的正常工作。

⑨窗框与洞口之间安装缝隙的填塞，宜采用保温隔热、隔声、防潮、无腐蚀性的材料，如聚氨酯泡沫、玻璃纤维或矿物纤维等，推荐使用聚氨酯泡沫。填塞时不能使窗框胀突变形，临时固定用的木楔、垫块等不得遗留在洞口缝隙内，要保证填塞的连续性。

⑩窗框与洞口墙体密封施工前，应先对粘接表面进行清洁处理，窗框型材表面的保护材料应去除，表面不应有油污、灰尘；墙体部位应洁净平整干净；窗框与洞口墙体的密封，应符合密封材料的使用要求。窗框室外侧表面与洞口墙体间留出密封槽，确保墙边防水密封胶胶缝的宽度和深度均不小于6mm，密封胶施工应挤填密实、表面平整；组合窗拼樘料必须直接可靠地固定在洞口基体上。

四、技术应用范围

断桥铝合金窗的适用范围是极为广泛的，采用不同组合的玻璃可适用于各类气候区域新建、扩建、改建的各类住宅建筑和公共建筑。