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引言
現今，綠色環保、節能減排政策越來越嚴格，建筑節能也日漸成為極重要的熱點，是建筑技術進步的標志，也是保護環境、節能降耗和維護可持續發展的重要組成部分。門窗作為建筑中保溫性能最薄弱環節，被日漸重視。而提及建筑節能，人們首先想到的是北方寒冷地區和嚴寒地區，卻往往忽視了長江以南的夏熱冬冷地區和夏熱冬暖地區，而這些地區沒有采暖（詞條“采暖”由行業大百科提供）供暖設施。由于南方地區雨水較多，臺風天氣時常光顧，所以人們更多關注外窗的水密性能，弱化了外窗熱工（詞條“熱工”由行業大百科提供）保溫性能的設計。
鋁合金外平開窗（詞條“平開窗”由行業大百科提供）因其開啟方式、裝飾性及地域認同度等因素，在我國長江以南地區占有較大比例的市場。但市場現有傳統鋁（詞條“鋁”由行業大百科提供）合金外平開窗受其型材（詞條“型材”由行業大百科提供）斷面結構、密封方式、五金配件及角碼選擇等諸多方面影響，其保溫性能與鋁合金內平開窗，木質、塑鋼、鋁木等材質門窗等比較，不具任何優勢。
本文嘗試通過對某大型型材生產企業的某系列鋁合金外平開窗，從優化型材斷面結構，優化五金配件選型及更換專用角碼等諸多方面展開研究，并對調整后樣窗的保溫性能進行檢測，加以驗證，為提升鋁合金外平開窗保溫性能提供依據。此外，本文對完成優化后的鋁合金外平開窗其他方面物理性能等也進行檢測，以驗證調整方案是否對整窗其他物理性能造成不利影響。同時，相關方面調整，兼顧整窗內外可視面平齊、窗扇開啟順暢等外觀、操作等方面因素。希望能對鋁合金外平開窗整體性能提升起到指導性作用。[1]
1 現行鋁合金外平開窗保溫性能差影響因素分析
1.1傳統五金配件形成熱橋
傳統鋁合金外平開窗因其五金件槽口一般設計于轉接料外側，執手的撥叉需貫穿窗扇型材的室內外雙側，導致窗扇鎖閉結構通過外側型材傳動條、撥叉、執手等形成金屬“熱橋”，此時會因“熱橋”發生熱傳導（詞條“熱傳導”由行業大百科提供），導致熱量損失。如下圖1所示。
在合頁(鉸鏈)方面，傳統鋁合金外平開窗一般采用普通外露合頁，導致合頁通道間隙較大，合頁周邊三元乙丙膠條連接處不易于完全貼合，易發生空氣對流（詞條“對流”由行業大百科提供）及熱傳導（詞條“傳導”由行業大百科提供）。而普通外露合頁的安裝方式，勢必決定傳統鋁合金外平開窗室外側框扇可視面不平齊，在一定程度上影響美觀。如下圖2所示。
1.2 傳統框扇搭接方式為兩道密封
傳統鋁合金外平開窗的框扇搭接方式，因受扇料和轉接料五金配件槽口位置影響，致使其無法實現類似于內平開窗的等壓膠條設計，一般為一個腔體。這樣便會因搭接腔體內空氣對流等產生熱量損失。如上圖2所示。
如果牽強的將鋁合金外平開窗的等壓膠條設計在框料上，那么由于是外平開的開啟方式，導致窗扇在關閉時，窗扇的T型條與等壓膠條反向搭接。窗扇T型條會從室外側搭在室內側的等壓膠條上。當窗扇在正風壓狀態或承受雨水壓力時，等壓膠條會受到朝向室內側的作用力，窗扇的T型條與等壓膠條搭接作用力越來越松，是與窗扇反方向搭接的一種狀態。再加上等壓膠條自身性能隨時間變化而不斷老化，膠條會出現失效狀態，進而影響整窗的性能。
1.3 門窗制作加工細節方面
傳統鋁合金外平開窗在框扇組角及框梃連接處，各類三元乙丙膠條僅僅采用45°角對接，甚至是粗糙的直角對接方式。在窗扇關閉，框扇搭接，三元乙丙膠條受力擠壓變形后，在三元乙丙膠條連接處會存在較大縫隙，產生熱量損失。如下圖3所示。
鋁合金窗的框、扇組角部位，邊框與中梃的插接部位，同樣是容易出現熱量流失的薄弱環節。而傳統的組角角碼存在一定程度的設計缺陷，組角并注入組角膠后，不能實現組角處的完全密封。而未被完全封閉的組角縫隙處，同樣存在不同程度熱量損失，甚至影響整窗的水密性能、氣密性能等其他物理性能。如下圖4所示。
2 解決方案及實驗驗證方法
2.1 優化鋁合金型材斷面結構，更換五金配件，切斷金屬“熱橋”。
鑒于傳統鋁合金外平開窗受型材斷面結構影響，存在金屬“熱橋”現象，本文通過優化其型材斷面結構，將五金功能槽口由轉接料室外側調整設計至室內側，避免了在執手處形成金屬“熱橋”的問題。但五金槽口設計在室內的話，外開扇的開啟角度會受影響。為保證窗扇有較大的開啟空間，避免用合頁連接時，在合頁處膠條斷開部分出現透氣及滲水的問題，鉸接（詞條“鉸接”由行業大百科提供）部位設計使用鉸鏈取代外露合頁連接，這樣既保證了整窗的物理性能，又使得外開窗的開啟角度能夠有一個合理的范圍。另外，優化斷面設計，使得鋁合金外平開窗室內外側框扇可視面實現平齊，更加美觀。如圖5、圖6所示。
驗證試驗選取某大型鋁合金建筑型材生產企業的型材產品，一款是傳統65mm框厚系列外平開窗型材(采用普通外露合頁)，另一款是重新設計和更換五金槽口位置、采用鉸鏈連接的65mm框厚新型外平開窗型材，采用完全一致的窗型結構及玻璃配置，分別制作樣窗一樘。依據GB/T 8484-2008《建筑外門窗保溫性能分級及檢測方法》規定進行門窗傳熱系數(K值)檢測。
2.2 更換傳統框扇搭接方式為三道密封等壓設計
鑒于傳統鋁合金外平開窗的框扇搭接方式多為兩道密封，且搭接部位為單腔體結構，存在對流等熱量損失，本文嘗試將等壓膠條設計在扇料上。實現三道密封及等壓設計。增加腔體，隔斷空氣對流，減緩熱量損失。同時，窗扇關閉時，窗扇的等壓膠條呈現出向室內搭接在窗框的T型條上的一種狀態。在同樣承受風雨壓力時，等壓膠條受到室外側向窗框T型條的作用力，等壓膠條與窗框的搭接是越來越緊的。同時提升整窗水密性能、氣密性能等物理性能，并解決因膠條老化而引起的搭接縫隙等問題。
上述調整方案在考慮等壓原理提升整窗保溫性能的基礎上兼顧水密性。中間使用等壓膠條，目的是讓室外側與外界大氣形成氣壓平衡，但不贊成完全去掉外側膠條的做法。這雖可實現室外腔體與大氣完全等壓，但動能水會把等壓腔填滿而失去原有的效果。本次調整設計了一種與邊框似搭非搭的三元乙丙膠條，并且在上側膠條斷開兩個小缺口，這樣在雨水壓力下設計的水密腔會與外界相通，使腔體與外界壓力平衡，實現等壓原理。常規狀態下又能起到密封外側腔體，減少空氣對流，提升保溫性能的作用。[2-5]
驗證試驗選取某大型鋁合金建筑型材生產企業優化結構調整的新型外平開窗型材，按下圖7所示進行穿條生產，并制作樣窗一樘。依據GB/T 8484-2008《建筑外門窗保溫性能分級及檢測方法》規定進行門窗傳熱系數(K值)檢測。
2.3優化三元乙丙膠條組角方式及組角角碼
鑒于傳統鋁合金外平開窗三元乙丙膠條組角方式為45°角對接，甚至是粗糙的直角對接方式，窗框、扇組角過程選用普通角碼等，造成膠條及型材組角處搭接或密封不嚴密，存在空氣對流及熱量損失。本文嘗試在框、扇四角位置用膠角進行連接密封，并在膠角處打密封膠來密封，如下圖8所示。并在框、扇型材組角時，設計選用新型注膠角碼，如下圖9所示。該注膠（詞條“注膠”由行業大百科提供）角碼留有組角膠的專用流道，在角碼兩側邊使用角碼導流片，使得組角膠沿導流板設計的流道流淌，使組角膠均勻填充滿整個組角空間，組角處徹底膠封。
驗證試驗選取某大型鋁合金建筑型材生產企業所完成調整的新型外平開窗型材(斷面結構同2.2要求)，采用膠角密封及注膠角碼工藝，制作樣窗一樘。依據GB/T 8484-2008《建筑外門窗保溫性能分級及檢測方法》規定進行門窗傳熱系數(K值)檢測。
另注：所有試驗樣窗相關信息如下表1所示。
2.4 試驗方法
以上樣窗均依據GB/T 8484-2008 《建筑外門窗保溫性能分級及檢測方法》規定進行門窗傳熱系數(K值)檢測。所用試驗設備（詞條“設備”由行業大百科提供）為沈陽紫薇機電設備有限公司生產MW-BD1824型“建筑外門窗保溫性能檢測設備”進行檢測。設備如下圖10所示。
另對試驗結束后的所有樣窗，依據GB/T 7106-2008 《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》進行氣密性能、水密性能、抗風壓性能單樣窗檢測。試驗設備為沈陽紫薇機電設備有限公司生產的MW-W-3030A型門窗物理性能檢測設備。如下圖12 所示。
3、試驗結果
3.1 保溫性能試驗結果
各樣窗依據GB/T 8484-2008 《建筑外門窗保溫性能分級及檢測方法》規定進行門窗傳熱系數(K值)檢測;并觀察試驗結束，開啟溫室一側門后，觀察樣窗溫室一側各位置結露位置出現的先后順序。檢測結果統計如下表2所示：
3.2 物理性能試驗結果
各樣窗依據GB/T 7106-2008 《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》進行氣密性能、水密性能、抗風壓性能單樣窗檢測。結果統計如下表3所示。
注：因GB/T 7106-2008 《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》規定要求每項物理性能相同類型、結構及規格尺寸的試件，應至少檢測三樘。而上述試驗因受樣窗數量影響，為對檢測項目結果定級，僅記錄單樘試樣的檢測結果。
4、結果分析
經對比樣窗YC001、YC002 K值結果可知，優化型材結構，將五金功能槽口由轉接料室外側調整設計至室內側，切斷執手處金屬“熱橋”，采用隱藏鉸鏈替換外露合頁等措施，鋁合金外平開窗保溫性能并無提升，這應歸結為是兩道密封而室外側密封膠條為橫向密封的原因;而檢畢開啟溫室一側門后，YC002樣窗的合頁、執手處未先出現結露現象，則說明該處的熱傳導性能被明顯降低。經對比樣窗YC002、YC003、YC004 K值結果可知，通過優化斷面及搭接設計，改用三道密封，使用膠角及注膠角碼等工藝，樣窗的保溫性能被不斷提升，而YC004樣窗檢畢后開啟溫室一側門，其框、扇組角處不再先出現結露等現象，說明熱傳導性能被明顯降低。
另外，對比YC001、YC002、YC003、YC004樣窗物理性能檢測結果，可知，經上述調整后，樣窗的水密性能、氣密性能明顯提升，而抗風壓性能無明顯損失。
5、結束語
本文通過優化傳統鋁合金外平開窗型材結構，調整五件鎖點位置，應用三道密封等壓原理，并采用膠角及注膠角碼等先進的三元乙丙膠條密封及組角加工等方式，明顯降低了鋁合金外平開窗的傳熱系數，提高了保溫性能。同時，工藝改進后，鋁合金外平開窗的水密性能、氣密性能也有明顯提升，抗風壓性能無明顯損失。鋁合金外平開窗的整體性能得到明顯提升。
參考文獻
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[5] 潘學強，周瑜，呂傳利等，高效節能門窗節能性能研究與應用，《工業建筑》2016年增刊I。
