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摘要：隨著鋁包木門窗中的木型材需滿足鋁包木門窗系統(tǒng)對(duì)木型材斷面設(shè)計(jì)的基本要求，同時(shí)還需滿足鋁包木門窗在被動(dòng)式建筑使用上需要的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和保溫性能。目前國(guó)內(nèi)對(duì)被動(dòng)式門窗用型材保溫系數(shù)的要求K值不高于1.3W/㎡·K。為達(dá)到這個(gè)設(shè)計(jì)要求，被動(dòng)式鋁包木門窗的木型材主要通過增加木材厚度，木材和保溫復(fù)合材料壓合，木材和保溫復(fù)合材料彈性鏈接、或者空腔設(shè)計(jì)等多種構(gòu)造方式解決。
關(guān)鍵詞：被動(dòng)式鋁包木門窗、木型材、構(gòu)造
1. 前言
木材做為一種基礎(chǔ)原料，具有低導(dǎo)熱性，高隔音性等特點(diǎn)，同時(shí)由于木材的自然屬性，若處理不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)彎曲，扭曲等現(xiàn)象，從而影響門窗的正常使用。本文將從木材特性以及被動(dòng)式鋁包木門窗的生產(chǎn)和使用場(chǎng)景出發(fā)，就如何合理的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)用于被動(dòng)式鋁包木門窗用的木型材進(jìn)行描述，從而為鋁包木門窗在被動(dòng)式建筑中的使用提供理論依據(jù)。
2. 鋁包木門窗用木材
木材作為一種可再生的自然資源，其具有低導(dǎo)熱性、高隔音性、易加工等特點(diǎn)。全球已知的木材種類多達(dá)數(shù)萬種，且由于種類、生長(zhǎng)地域、環(huán)境不同，木材的質(zhì)地、紋理、吸水性、熱傳導(dǎo)性等性能也不同。因此根據(jù)門窗特殊的使用場(chǎng)景，需要選擇相應(yīng)的木材種類和質(zhì)量生產(chǎn)加工鋁包木門窗。德國(guó)VFF HO. 02：2008-12和VFF HO. 06-1/2 規(guī)范中對(duì)可用于德系鋁包木門窗中的木材種類和木型材質(zhì)量要求進(jìn)行了規(guī)定，其中共例舉了10種針葉林種類和23種闊葉林種類適用于加工鋁包木門窗。同時(shí)由于各種木材樹種的密度不同，其導(dǎo)熱系數(shù)和彈性模量也有差別。
根據(jù)德國(guó)DIN 68364標(biāo)準(zhǔn)，表Ⅰ列出鋁包木窗中常用的木型材種類的基本物理參數(shù)
3. 鋁包木門窗用木型材的結(jié)構(gòu)形式
木材本身是一種不均質(zhì)的基礎(chǔ)材料，木材中的水分會(huì)隨著周圍環(huán)境的變化而發(fā)生改變，水分的變化和木材干縮率的不同會(huì)使木材出現(xiàn)彎曲、扭曲等變形現(xiàn)象。因此控制木材中水分的任意吸收和流失以及木型材合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（詞條“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”由行業(yè)大百科提供）可以有效防止木型材的變形。目前，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上防止木型材變形，鋁包木窗的木型材主要構(gòu)造形式是單層指接和多層粘接壓合(3層以上)的工藝方式，同時(shí)多層壓合構(gòu)造時(shí)盡量選擇徑切紋理板作為外層表板，使木型材更穩(wěn)定。
圖Ⅰ例舉的是木門窗型材的結(jié)構(gòu)形式
4. 鋁包木門窗用木型材的表面處理
木型材含水率高于20%時(shí)，真菌容易在其體內(nèi)進(jìn)行繁殖，從而導(dǎo)致木材出現(xiàn)霉變、腐爛等現(xiàn)象。有效控制木材中水分的任意吸收和流失，是確保鋁包木門窗用木型材質(zhì)量的關(guān)鍵因素。實(shí)現(xiàn)這一質(zhì)量保證的重要技術(shù)手段是木材的表面處理——水性漆。一般鋁包木門窗用木型材都采用2底2面的水性漆施工工藝，德國(guó)HO.06-2/A1:2007-10的標(biāo)準(zhǔn)中要求木型材可視面(可接觸到紫外線)的漆膜干膜厚度不低于80μm. 非可視面(接觸不到紫外線)的漆膜干膜厚度不低于50μm. 只有達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)才可保證木窗在正常使用情況下具有20年以上的使用壽命。
5. 被動(dòng)式鋁包木門窗中的木型材設(shè)計(jì)
被動(dòng)式門窗整體門窗保溫系數(shù)K值低于1.0 W/㎡·K，其中要求型材K值低于1.3 W/㎡·K. 木型材的設(shè)計(jì)方面可通過增加木型材厚度、添加保溫復(fù)合材料以及空腔設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，這三種設(shè)計(jì)解決方案在實(shí)施過程中需要考慮型材的膠合強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及木型材在門窗使用中和五金、膠條等之間的配合。
5.1 純實(shí)木被動(dòng)式木型材構(gòu)造
純實(shí)木被動(dòng)木型材是通過單純?cè)黾幽拘筒牡暮穸葋韺?shí)現(xiàn)提高型材保溫性能，此設(shè)計(jì)方案充分利用木材只是低導(dǎo)熱性的優(yōu)勢(shì)。由于一味的提高木型材的厚度，增加了門窗的設(shè)計(jì)難度，特別是當(dāng)窗扇面積較小的情況下，如果門窗斷面設(shè)計(jì)不合理，開啟或閉合過程中易出現(xiàn)型材與膠條剮蹭等現(xiàn)象。
圖Ⅱ：純實(shí)木被動(dòng)式木型材節(jié)點(diǎn)圖，木結(jié)構(gòu)總厚度為102mm，保溫系數(shù)Uf值能到達(dá)1.05 W/㎡·K 。
*上述保溫系數(shù)采用的是歐洲所使用的U值，有別于國(guó)內(nèi)使用的K值
表II中根據(jù)DIN4108 T4標(biāo)準(zhǔn)給出了針葉林和闊葉林中有代表性的四種木材生產(chǎn)的木型材的保溫系數(shù)，IV56代表木型材厚度為56毫米，結(jié)構(gòu)形式18+20+18代表型材為三層壓合，每層厚度分別為18毫米、20毫米、18毫米。由于不同木材的導(dǎo)熱系數(shù)不同，同樣厚度的木型材達(dá)到的保溫效果不同。
通過本表可以看出如果要達(dá)到型材保溫系數(shù)K值小于1.3 W/㎡·K，使用赤松或者樟子松作為原料的木型材厚度最少要達(dá)到88毫米。
5.2 實(shí)木和復(fù)合材料復(fù)合壓合構(gòu)造
實(shí)木和保溫復(fù)合材料復(fù)合壓合是通過在多層木型材壓合過程中加入和木材干縮比相近但導(dǎo)熱系數(shù)更低的保溫材料（詞條“保溫材料”由行業(yè)大百科提供）。此設(shè)計(jì)方案可以在不增加木型材厚度的情況下，大大提高木型材的保溫性能。但是，由于不同材質(zhì)之間進(jìn)行多層膠合，需要考慮其它材質(zhì)和木材在膠合過程以及后期使用過程中的兼容性和穩(wěn)定性。在保證木型材的保溫系數(shù)的同時(shí)，兼顧型材的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
圖Ⅲ：在實(shí)木之間壓合保溫復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形式的節(jié)點(diǎn)圖，27mm厚木材+24mm厚復(fù)合保溫材料+27mm厚木材，若選用24mm厚Purenit M 550作為保溫材料，保溫系數(shù)Uf值能達(dá)到1.08 W/㎡·K。
*上述保溫系數(shù)采用的是歐洲所使用的U值，有別于國(guó)內(nèi)使用的K值
表Ⅲ中根據(jù)DIN4108 T4標(biāo)準(zhǔn)給出了紅松/樟子松和歐洲常用的三種木型材用保溫材料(高強(qiáng)度XPS、Purenit M 550、Puren RG 200) 復(fù)合壓合后的保溫系數(shù)。18+20+18代表型材為三層壓合，每層厚度分別為18毫米、20毫米、18毫米。由于不同木材的導(dǎo)熱系數(shù)不同，同樣厚度的木型材達(dá)到的保溫效果不同。
(IV 代表木型材厚度，IV68代表型材厚度為68毫米，以上表格的保溫系數(shù)為根據(jù)DIN4108 T4標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試出的Uf值)
5.3 實(shí)木和復(fù)合材料彈性鏈接構(gòu)造
實(shí)木和復(fù)合材料彈性鏈接構(gòu)造是在不改變木型材結(jié)構(gòu)的情況下，在門窗系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)單獨(dú)用螺絲或卡扣的形式將木型材和保溫材料鏈接。此設(shè)計(jì)方案可以在不改變木型材自身厚度的情況下，大大提高木型材的保溫性能。但是，由于是在現(xiàn)有型材通過螺絲或者卡扣等彈性鏈接方式和保溫材料相連，增加了型材的厚度，對(duì)開啟窗扇面積較小的門窗的設(shè)計(jì)增加了設(shè)計(jì)難度。
圖Ⅳ：實(shí)木和復(fù)合材料彈性鏈接的節(jié)點(diǎn)圖，其中木型材厚度為68mm，若選用24mm厚Purenit M 550作為保溫材料，保溫系數(shù)Uf值能達(dá)到0.97 W/㎡·K 。
*上述保溫系數(shù)采用的是歐洲所使用的U值，有別于國(guó)內(nèi)使用的K值
表Ⅳ中根據(jù)DIN4108 T4標(biāo)準(zhǔn)給出了紅松/樟子松和歐洲常用的三種木型材用保溫材料(XPS、Purenit M 550、Puren RG 200) 復(fù)合壓合后的保溫系數(shù)。18+20+18代表型材為三層壓合，每層厚度分別為18毫米、20毫米、18毫米。由于不同木材的導(dǎo)熱系數(shù)不同，同樣厚度的木型材達(dá)到的保溫效果不同。
5.4 空腔式木型材構(gòu)造
空腔式木型材是在木型材的型材結(jié)構(gòu)中引入空腔設(shè)計(jì)概念，結(jié)合木材本身的低導(dǎo)熱性以達(dá)到更好的保溫效果。此設(shè)計(jì)方案可以在不增加木型材厚度的情況下，提高木型材的保溫性能。但是，由于采用空腔設(shè)計(jì)理念，型材的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度受到影響，在進(jìn)行木型材結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮木型材在門窗使用過程中的結(jié)構(gòu)承重系數(shù)和抗風(fēng)壓能力，以及門窗組角時(shí)的角部強(qiáng)度等因素。 圖Ⅴ：空腔式木型材節(jié)點(diǎn)圖,型材厚度為68mm，保溫系數(shù)Uf值可達(dá)到1.12 W/㎡·K
*上述保溫系數(shù)采用的是歐洲所使用的U值，有別于國(guó)內(nèi)使用的K值
空腔式木型材，型材空腔設(shè)計(jì)斷面不同，木型材達(dá)到的保溫性能也各有不同，表Ⅴ是按照德國(guó)諾卡木業(yè)有限公司設(shè)計(jì)的斷面由德國(guó)IFT測(cè)量得到的數(shù)據(jù)。
其它高保溫木型材構(gòu)造
除以上四種形式構(gòu)造作為解決方案外，為滿足不同使用場(chǎng)景需求還可以將以上四種構(gòu)造形式組合使用，例如空腔型材設(shè)計(jì)加保溫材料等，用于被動(dòng)式建筑中鋁包木門窗的木型材。
6. 被動(dòng)式鋁包木門窗木型材的使用
目前國(guó)內(nèi)大部分的鋁包木門窗生產(chǎn)企業(yè)，一般生產(chǎn)IV78、IV68或者IV58系列，此三系列木型材中木材厚度分別為78毫米、68毫米和58毫米，在不采取其它技術(shù)措施的情況下，即使采用保溫系數(shù)低的樟子松或者紅松，保溫系數(shù)Uf值在木材厚度78毫米的情況下為1.31W/㎡·K，仍然無法滿足被動(dòng)式門窗的設(shè)計(jì)要求。
基于目前國(guó)內(nèi)被動(dòng)式門窗整窗K值不高于1.0W/㎡·K，以及型材保溫系數(shù)K值不高于1.3W/㎡·K的技術(shù)要求，鋁包木門窗企業(yè)如不改變?cè)虚T窗系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可直接采購(gòu)采用木材空腔設(shè)計(jì)或者實(shí)木和復(fù)合材料復(fù)合壓合型材設(shè)計(jì)的木型材。但使用這種構(gòu)造的木型材，門窗企業(yè)需和木型材生產(chǎn)企業(yè)確定木型材的設(shè)計(jì)斷面，已保證木型材的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和膠合強(qiáng)度。如采用增加木材厚度或?qū)嵞竞蛷?fù)合材料彈性鏈接，門窗企業(yè)則需要對(duì)門窗截面進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以保證門窗使用過程中不出現(xiàn)膠條與型材剮蹭等現(xiàn)象的出現(xiàn)。
作者單位：北京金諾迪邁幕墻裝飾工程有限公司
