鋁合金窗與塑料窗國內外發展應用及性能特點綜合比較分析(下)?

    四、鋁窗、塑窗性能特點綜合比較

    鋁、塑建筑用窗都是采用擠壓（出）成形的中空型材組成杠架體系，其開啟方式和結構配合原理是一樣的，型材斷面結構形式是相似的，只不過鋁窗是機械聯接框、扇構件，塑窗是焊結框、扇構件。但由于一種是無機材料的輕有色金屬，一種是有機高分子化學材料，材質特性的巨大差異造成產品性能特點的不同。然而，材料的性能參數不一定等同于整窗產品的性能參數。
    1、鋁窗、塑窗型材特性比較(見表1)
表1 鋁窗型材與塑窗型材特性比較
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    2、鋁窗、塑窗產品性能特點比較（見表2）
表2 鋁窗與塑窗產品性能特點比較








注：
    1.本表中窗的抗風壓、水密、氣密性能是企業送檢的普通單玻鋁、塑標準樣窗(推拉窗1500×1500； 平開窗1200×1500）檢測結果的一般水平，其中性能較低的多為推拉窗；較高者多為平開窗。
    2.本表中所指性能的好、差、高、低只是鋁、塑窗比較相對而言。
    3.鋁窗、塑窗性能特點綜合分析
    （1）抗風壓強度和水密性能：由上二表中可見，塑料窗由于材質強度和剛性低，雖經加入襯鋼增強，但其抗風壓和水密性能要比鋁窗低約二個等級。由企業送檢的標準樣窗是這樣，而施工現場抽檢的也是這樣。上海市建筑幕墻檢測中心對進入工地安裝的鋁、塑窗采用見證取樣方式進行"三性能"實測的平均值表明（4）；"除氣密性外，塑料窗的水密性和抗風壓性能均比鋁合金窗的差，這一結果實出意外，但經進一步分析，卻正反映了塑料窗質量方面的重要問題"。而且，由于塑料窗的襯鋼并未在其型材內腔角部聯接成完整的框架體系，窗框、扇四角及丁字節點的塑料焊接角強度比較低，因此，文獻（5）根據1998年度上海市企業送檢的425批塑料窗三性能實測情況分析后嚴肅指出："塑料窗在高層建筑上應慎重使用"。[page]
    （2）氣密性能：塑料窗由于框、扇構件是焊接的，故其氣密性應比螺接的鋁合金窗略好一些，但鋁窗型材尺寸精度較高，框、扇配合較嚴密，所以二者還是在一個等級水平上。
    (3)保溫性能：鋁窗的保溫性能不如塑窗好，但二者整窗的傳熱系數之比只是1.36倍(單層玻璃窗）和1.44倍(單框雙玻窗)，并不等同于鋁型材與塑料型材的導熱系數之比1250倍。因為，根據窗的傳熱系數計算公式K=1/(1/ai+RW+1/ae)，窗的傳熱系數K值不僅取決于窗體本身的傳熱阻RW(窗體本身傳熱系數的倒數)，還取決于窗體與其室內外表面換熱系數ai和ae；而又根據另一計算公式K=K框·f+K玻·(1-f)，窗的傳熱系數K值由窗框．扇構件與窗玻璃二部分的K框和K玻組成，直接與窗框扇占整窗面積比f有關，而鋁窗的框扇占整窗面積比塑窗小10%左右，再者窗框扇型材也不是實心的，且空心鋁型材壁厚（實際熱橋）比塑料型材壁厚又小40%左右。
    (4)采光性能：塑料窗的采光性能比鋁窗差，其框扇構件遮光面積比鋁窗大10％左右，視野和裝飾效果較差，不利于建筑照明節能降耗。
    (5)隔聲性能：窗的隔聲性能主要在于占窗面積80%左右的玻璃的隔聲效果。鋁窗與塑窗的縫隙密封水平基本一致，其隔聲性能也是基本一致的。上海市建筑科學研究院對塑料窗和鋁合金窗進行了一系列的隔聲性能實測及比較試驗(6) ；5mm厚單玻塑窗隔聲量為21-24dB；5+12A+5的中空單框雙玻塑窗為24-29dB；雙的隔聲量比單玻大5dB左右；塑料窗與鋁合金窗"在玻璃厚度、構造相同以及密封相類似的情況下，其計權隔聲量RW值相近"。
    (6)防火性能：難燃性的PVC塑料窗的防火性能相對于可燃的木窗是比較好，但與非燃燒性的鋁合金窗相比是差的。聚氯乙烯塑料是難燃材料，在火災作用下，遇到明火后即進行緩慢的燃燒，如離火會自息。其阻燃的機理就是燃燒時釋放出的氯化氫，具有捕捉H、OH、自由基的功能，而變得難燃(7)。燃燒時放出HCI、CO、CO2等有毒氣體。煙氣的危害是建筑發生火災時造成人員重大傷亡事故的主要原因。因此，歐洲有些國家規定公共建筑不得使用PVC門窗，以免造成不必要的傷害。
    (7)關于防雷和靜電問題：鋁合金是良好的導電體，故其作建筑外圍護結構時，采取有效的接地措施，可以作為避雷設施，并可防止靜電現象產生；PVC塑料是不導電的絕緣體，當其用于高層建筑(一類防雷建筑30m以上，二類45m以上，三類60m以上)時，無法解決防側雷擊問題。而且，如果未經防靜電處理，則用于民用建筑時，靜電有吸塵積垢難以清洗，影響外觀裝飾；對于工業建筑，則不能用于粉塵等易爆車間．電子或電器裝配車間及計算機房等。據資料介紹，對塑料的靜電消防，可在其表面涂抹含有季胺鹽的防靜電油劉，能吸附空氣中的水分，增加導電率。但目前國內塑料窗均未經防靜電涂料等處理。
    (8)裝飾性：塑料窗作為建筑外窗，只能以白色為主。因為白色或淺灰色PVC型材耐侯性和光照穩定性較好，不易吸熱。著色PVC型材耐熱、耐侯性大大降低，只能適于室內使用。色彩裝飾性對建筑藝術效果是至關重要的，塑料窗單一的白色是一個巨大的缺陷，不能滿足豐富多彩的各類建筑外墻裝飾需要。
    (9)老化問題：PVC塑料型材確實會老化。現在我國的塑料門窗基本是采用德國、奧地利的鉛鹽體系配方，部分企業使用美國的有機錫體系配方。國內的人工加速光老化試驗表明：凡含鉛鹽穩定體系的白色型村，經光老化后易著色而污染，經過1500小時光照射后，顏色顯著變黃。鉛鹽體系價格稍低，但外觀前面色和耐久性遠不如有機穩定體系。文獻(8)說明，德國的塑料窗在頭一年里產品的光滑表面受到風化作用會變得粗糙些，十幾年后的對比照片表明PVC型材表面風化的過程。風化層厚至0.3-0.4mm，下面一層聚氯乙烯的分解會停止。高分子PVC樹脂在紫外線作用下，大分子鏈斷裂，使材料表面失去光澤，變色粉化，型材的機械性能下降。
    (10)變形與膨脹問題：塑料窗易受熱變形、遇冷變脆，尺寸及形狀穩定性較差，往往需要利用玻璃的剛性來防止窗框變形。所以，國外都是將塑料窗在工廠內裝好玻璃后出廠，以防保管、運輸、安裝過程中產生變形。而且安裝時在窗框與洞口之間采用發光塑料填充后固化的彈性體密封。但我國建筑行業施工習慣造成塑料窗出廠時不裝玻璃，安裝時采用水泥砂漿窗框與洞口間隙進行密封，"面PVC塑料窗框的熱膨脹系數遠比鋼、鋁、水泥大，在晝夜冬夏溫差變化達20-70℃的情況下，PVC塑料窗框會被'擠'得不能自由伸縮而產生變形(2)" 。
    (11)產品重量：塑料窗重量并不比鋁合金窗輕。由于塑料型材的拉伸強度是鋁型材的1/3，彈性模量是鋁型材的1/36，因此，塑料型材的截面尺寸和壁厚不得不設計得比鋁型材的大，而且還要再在其型材空腔中加增強鋼襯，以滿足窗的抗繆骨慷群妥芭湮褰鷥郊�的需要�?我國以歐式窗改進的塑料窗，型材壁厚2-2.5m，型材耗量9-12kg/m2，按鋼襯耗量是型材重量的85%計，鋼襯的耗量是7.65-10.2kg/m2。所以塑料窗型材加鋼襯重量已超過鋁窗型材重量4.5-7.5kg/m2。
    (12)生產能耗與使用能耗：鋁窗與塑窗體積型材生產能耗之比是8.8倍，但單位面積窗用型材的生產能耗之比是2.55倍。對于窗的使用能耗，以冬季保溫條件下測得的傳熱系數比較，只能說是塑料窗的采暖保溫能耗比鋁窗低27-31%。因為夏季窗的傳熱系數與冬季不同，不能簡單地說夏季空調降溫能耗效果也是如此。窗的夏季隔熱性能與冬季保溫性能不相同，不能簡單地混為一談。
    （13）型材模具費用：從型材擠壓模具開模費用來看，塑窗是鋁窗的3倍左右。鉛窗產品開發更新換代的經濟性和靈活性要比塑窗好。
    （14）產品的性能/價格比：鋁窗產品的性能/價格比高于塑窗。國外的鋁窗價格是塑料窗的1.5倍，即塑窗價格比鋁窗便宜33%。然而，我國的情況卻正相反。從表2中可看出，單玻塑窗比鋁窗價格高25-33%；中空雙玻鋁窗比鋁窗價格高36-44%，當然，這二種類型塑窗比鋁窗的保溫性能要好，但是其它性能塑窗卻不如鋁窗好。中空雙玻鋁窗比單玻塑窗價格高約25%左右，然而，前者的保溫和隔聲及其它性能都好于后者。對于同類結構形式的內平開窗，在鋁合金隔熱型材中空雙玻窗的保溫性能指標（K=2.8）達到塑料中空雙玻窗水平（K=2.7）的情況下，后者的價格還比前者高約24%；然而前者的高強度、高性能、優良的耐腐蝕性（噴涂漆）和裝飾效果（金屬質感和非金屬質感等各種顏色且框、扇型材可室內、外二種色彩）、長久的使用壽命等綜合性能遠遠好于后者。[page]
    五、關于"劣質窗"問題
    前些年，全國一窩蜂地上鋁窗；近幾年，從我國北方到中部地區，人們又一窩蜂地上塑窗，興起了"中國式"的"塑窗熱"，已經形成了供大于求的激烈竟爭局面。"一些規模很大、全套引進設備的知名企業，為了迎合市場的競爭，不惜以降低產品質量為代價，改變原有配方，拼命降低成本，降低型材壁厚，由原來的2.5mm降到2.0mm左右，來提高出窗率，這勢必逼迫塑料門窗市場走向絕路。在這一點上，鋁合金窗的興衰歷史應該作為前車之鑒[9]。市場競爭，利益驅動，大廠尚且如此，更何況我國各地眾多的作坊小廠和街頭巷尾的游擊隊。"偽劣的超薄鋁合門窗型材損壞其聲譽的教訓不可在塑料門窗行業內重現"的問題，已經成為現實。
    目前，鋁、塑門窗行業都面臨著一個共同的"劣質窗"問題，而且它們存在著許多相似或相同的問題。
    實際上，塑料型材造假的可能性比其它材料更大，且一二年甚至更短的時間就變脆的型材，用木料代襯鋼，用手工電熱板焊接塑料窗，劣質塑料窗的危害比其它劣質窗的危害更大。
    目前，我國劣質鋁合金窗價格只有150元/ m2 左左右；劣質PVC塑料窗價格也只有200元/m2左右，從而將整個普通單玻鋁、塑窗合格質量的產品價格水平分別拉低到250元/ m2 和300元/ m2左右，嚴重制約了鋁、塑門窗行業的健康發展。
表3 劣質鋁窗、塑窗問題

    六、關于"高檔窗"問題
    １、PVC塑料窗不是"塑鋼窗"
    "塑鋼窗"的叫法，使不了解塑料窗的人以為"塑鋼窗"是一種由塑、鋼復合材料型材焊接而制成的窗。其實，它只是一種由鍍鋅鋼板冷軋成型的襯鋼插入塑料型材空腔中，以增強其剛性，而并未形成結構性連接的塑料窗。而且，只是部分構件中放置了鋼襯，不是所有塑料型材構件中都有鋼襯，不能叫塑鋼窗。世界塑料門窗發源地的德國和我國行業標準都將裝有鋼襯的PVC型材制造的窗戶命名為"塑料窗"，而不是什么"塑鋼窗"。
    目前，國外有一種鋼芯與PVC經復合共擠成的型材制作的窗戶叫塑鋼窗，國內也已經研制出"硬聚氯乙烯結皮發光鋼塑共擠型材(JFC)及門窗產品(10)。這種PVC結皮微發光與異型鋼襯共擠成形的型材，經高強鋼角連接件聯接成整體的門窗結構，才是真正的"塑鋼窗"。
    2、鋁窗、塑窗都有高檔窗
    近幾年由于低質、劣質的普通單玻鋁窗性能低、質量差、價格低，而造成的惡劣影響，再加上許多人的大力宣傳，給人造成的印象是；普通的鋁窗是"低檔窗"；現在時髦的"塑鋼窗"才是"高檔窗"、"豪華窗"。
    所謂高檔窗，應該是采用高檔次的型材、高檔次專用五金配件、加工精細、裝配精密、實現一窗可多方向開啟功能，具有高強度、高性能、高使用壽命，表面裝飾豪華、價格高昂的高級建筑藝術品，給人以美的觀感、舒適的享受。
    作為不同材質特性的鋁合金窗與塑料窗，都有自己的高、中、低檔窗。國外的高檔塑料窗型材，配方設計不同，采用價格較高的有機錫類穩定體系，具有高抗沖擊性、高耐候性及表面光潔度；中、低檔型材為降低造價，采用鉛類穩定劑。國外的高檔鋁合金窗型材，采用精密的鋁、塑復合隔熱型材，表面為高耐腐蝕性的氟碳噴漆處理，即使是陽極氧化的其膜厚也在20μm以上。國外的鋁、塑窗都采用自己的高檔專用五金配件，其價格占整窗價格的40-50%，窗的價格高達人民幣幾千元/m2。
    我國目前價格水平分別在250元/m2和300元/m2左右的普通單玻鋁、塑窗，就國內相對水平來看，只能說是屬于中低檔窗；如果與國外的鋁、塑窗相比，則只能是叫低檔窗。
    七、鋁窗、塑窗面臨的新形勢
    1.國家對建筑外窗的新要求-高性能的節能窗
    我國《民用建筑節能管理規定》于2000年10月1日起施行，要求必須執行國家建筑節能設計有關標準，鼓勵發展包括"節能窗的保溫隔熱和密閉技術"等建筑節能技術。建設部等四部委局聯合發布《關于在住宅建設中淘汰落后產品的通知》規定：自2000年12月1日起，在大中城市新建住宅中，禁止使用不符合建筑節能要求的32系列實腹鋼窗和25、35系列空腹鋼窗。推廣應用具有節能、密封、隔音等優良性能的、符合《民用建筑節能設計標準(采暖居住建筑部分)》要求的建筑用窗。當前重點推廣應用PVC塑料窗、彩色涂層鋼板窗等新型節能窗。積極開發生產、推廣應用木塑和鋁塑復合窗、鋼塑復合共擠節能保溫窗及隔熱保溫型鋁合金窗等新型節能窗。
    北京市于1999年率先規定了對建筑外窗的抗風壓、水密、氣密、保溫和隔聲五大性能指標要求(11)(12) ：
    （1）抗風壓性能：低層和多層≥III級(2500Pa) ；中高層和高層≥II級(3000Pa)
    （2）水密性能： ≥III級(250Pa)
    （3）氣密性能： ≥II級(≤1.5m3/m·h)
    （4）保溫性能： 傳熱系數K≤3.5(W/m2·K)
    （5）隔聲性能： 主干路兩側：IV級(30≤Rw≤35) 次干路兩側：V級(25≤Rw≤30) [page]
    上述規定，標志著我國對建筑外窗由"三項基本性能"要求發展到"五項基本性能"的強制性要求。因此，我國現有的低性能普通鋁、塑窗不能滿足國家對建筑外窗節能、環保、高性能的要求和人民提高生活水平的需求。鋁、塑窗都面臨著要迅速改變目前產品設計不合理、結構簡單落后、性能及質量低的局面，要盡快實現產品的技術進步。
    2、高性能節能窗的發展方向--復合材料窗
    單一材質的窗不可能實現綜合的高性能。目前，國內外最有發展前景的高性能節能窗是鋁、工程塑料復合的隔熱型鋁合金窗：一種是采用帶增強玻璃纖維的聚酰胺塑料(PA)尼龍66隔熱條，用輥壓法合成的斷熱鋁型材，可室內外二種不同的顏色 ；另一種是采用在鋁型材空腔中灌注發泡固化的聚氨酯（PT）塑料隔熱體，再銑削切斷鋁合金熱橋的灌注法制成的斷熱鋁型材。這二種隔熱型鋁合金窗國內已有一些廠家生產出來，抗風壓及氣密性能均達Ⅰ級，水密性能為I-III級，隔聲性能達30-40dB以上，而傳熱系數K值達3.0W/m2K以下。
    八、廣東地區建筑外窗的選擇
    廣東省的大部分地區屬于我國夏熱冬暖地區[3]的華南沿海臺風多雨地帶，建筑物必須充分滿足夏季遮陽隔熱要求[14]。建筑外窗首先要滿足抗風壓、水密性的耐日曬老化要求，所以塑料窗不適合廣東地區。冬季最冷的一月份平均氣溫高于10℃，窗戶都要打開通風，不存在結露問題，所以不必考慮窗戶的保溫性能，而是要考慮夏季空調降溫的隔熱性能。但夏季空調降溫時的溫差不超過10℃，遠遠小于北方冬季保溫時的幾十度溫差，溫差得熱少，太陽輻射熱是主要的。所以，對于間歇空調降溫的建筑，使用氣密性好的單玻或中空雙玻鋁合金窗即可以滿足隔熱和隔聲（30dB以上）的要求；而對于需要連續空調降溫或要求高的建筑，則可采用高檔的隔熱型鋁合金窗而完全滿足要求。
    九、結束語
    1、鋁合金窗與塑料窗各有其優異的性能特點和明顯的不足而得到其適合的應用范圍，不能強求某一種窗適用于各種不同氣候地區、不同環境的所有建筑物，應實事求是地將各種窗的優、缺點告訴人們，消費者有知情權利選擇權，應讓市場和用戶選擇。
    2、鋁、塑型材的材料性能參數不一定等同于其整窗的產品性能參數，評價窗的使用效果應以整窗的綜合性能指標為準，應考慮整窗的、長期的技術、經濟綜合效果。
    3、PVC塑料窗的突出優點是保溫性能和耐化學腐蝕性能好，并具有良好的氣密性和隔聲性能。但其明顯的不足是抗風壓、水密性能低，遮光面積大，存在光熱老化問題，單一白色的裝飾性較差，在明火下會燃燒放出毒氣體，防火性能較差，所以，塑料窗的應用范圍應是寒冷地區、低風壓、少雨水、有腐蝕介質或潮濕環境的低層民用住宅建筑。塑料窗的應用場合，還要注意其防雷和靜電消防處理問題。
    4、鋁合金窗的突出優點是重量輕、強度高、剛性好，采光面積大，耐大氣腐蝕性好，綜合性能高，使用壽命長，裝飾效果好。其明顯的不足是保溫隔熱性能差，耐化學腐蝕性不如塑料窗好。但是，采用高性能的工程塑料與鋁合金復合而成的隔熱型鋁合金型材，經粉末噴涂、氟碳噴漆等表面處理，有效的克服了以上缺點，使高檔的隔熱型材鋁合金窗成為高檔建筑用窗的首選產品。
    5、夏熱冬暖的廣東地區建筑外窗，要在首先滿足高的抗風壓、水密性能和耐候性能的前提下，考慮夏季空調降溫隔熱節能和隔聲效果。一般的民用住宅建筑，可采用質量優良的氣密性能達到或接近I級、隔聲量在30dB左右的單玻普通鋁合金窗；要求較高的一般公共建建筑，采用隔聲量在35dB左右、密封性能高的中空玻璃鋁合金窗；高檔公共建筑和民用住宅建筑，采用高檔的隔熱型鋁合金窗。塑料窗可用于風壓低的低層、別墅式、獨立的民用住宅外窗，公共建筑不應采用。既使是用于潮濕的廚房、衛生間等的塑料內門、窗，也應由用戶根據防火的要求考慮，自愿去采用。
    6、高性能的節能門窗是人類節能、環保、改善建筑熱環境，提高人民生活水平，實現社會可持續發展的必然選擇。需要整個社會取得共識，給予其在建筑造價中應有的比例，達到其應得的價格水平。否則，以目前的低造價不可能造出高性能、高質量的窗。
    7、高分子塑料化學建材是繼木材、水泥、金屬之后的第四大類建材，但PVC塑料門窗與金屬門窗是不同材質特性的產品，不能橫向對比來排出是什么"繼木、鋼、鋁之后取代鋁合金門窗是不同材質特質的第四代新型門窗"。門窗行業不應開展"鋁、塑大戰"，做過頭的宣傳。應首先戰勝各自的"優質窗"、"劣質窗"，認清各自產品應用發展的方向，設計開發出適合國情的、能發揮各自材料特長的高性能節能窗去滿足市場的不同需要，接受用戶的挑選，共同造福于人民，使整個建筑門窗行業得到健康發展。
    參考文獻
    [1]王關鑫、再論發展中國體系的塑料門窗、新型建筑材料，1991.1
    [2]胡顯榮、塑料門窗的裝配及安裝。化學工業出版社，1999
    [3]GB50176-93民用建筑熱工設計規范。
    [4]上海市建筑幕墻檢測中心陸津龍 樂美龍 顧炳原 建筑外窗質量問題探析，新型建筑材料，1999.1
    [5]上海建筑門窗檢測站 施伯年。塑料窗在高層建筑上應慎重使用，中國建材，1999.11
    [6]上海市建筑門窗科學院 劉明明 李德榮 陸善后 建筑外墻與塑料窗的隔聲性能，新型建筑材料，1999.7
    [7]伍作鵬 李書田 建筑材料火災特性與防火保護，中國建材工業出版社，1999
    [8]西德L.克林德教授柯尼希教授著.高錫九等譯。塑料窗的設計制造與安裝。四川科學技術出版社，1985
    [9]塑鋼門窗不要走絕路，新型建筑材料。2000.1
    [10]楊瑜、鋼塑共擠門窗，新型建筑材料。2000.1
    [11]京建材[1999]148號"北京市'九五'住宅建設標準"建筑外窗部分補充規定。
    [12]京環保輻字[1999]564號"關于我市道路兩側新建筑采用隔聲窗的通知"
    [13]GB50178-93建筑氣候區劃標準
    [14]GB 50189-93旅游旅館建筑熱工與空氣調節節能設計標準