欧美型材门窗标准及性能特点的比较.doc

欧美型材门窗标准及性能特点的比较我国塑料门窗是上世纪80年代开始从欧洲和美国引进成套的设备、模具、配方、工艺以及门窗的组装技术等生产技术，到目前主要形成两种完全不同风格的型材和门窗体系。1988年2月13日，我国轻工部批准颁布GB881488标准，它等效采用日本工业标准JISK67851985窗框用硬PVC型材。1995年开始对该标准进行修订，本次修订标准的主要依据仍是JISK6785，于1998年公布，1999年开始执行。1994年12月5日，我国建设部批准颁布PVC塑料门JGT301794标准和PVC塑料窗JGT301894标准，它们等效采用德国DIN18055、DIN4108及DIN4109中有关门(窗)的技术要求。GB881498标准、JGT301794标准和JGT301894标准构成了我国塑料型材及门窗标准体系的框架，上述标准的颁布、实施，推动了我国塑料型材和门窗的发展。但是在生产实践中，用一个标准指导两种不同生产技术的欧式和美式型材及门窗制造，实在有一定的难度，为了更加完善标准的准确性，合理性，笔者就对欧美型材标准的比较以及对型材和门窗的理解，提出一些粗浅看法，与同行商榷。欧、美型材及门窗的设计理念完全不同 在塑料门窗的发展过程中，无论是欧洲的国家(德国、奥地利)、还是北美的国家(美国、加拿大)都是根据自己国家的建筑风格和气候等国情，已经形成了一套适用于各自国情的塑料门窗体系。例如，美国别墅建筑比例较大，而且木质结构房子较多，因此，要求窗型美观秀丽，小巧灵活，精美豪华，个性化突出，窗型多以推拉、上下提拉为主，部分使用平开窗，平开窗多以摇机开启、多启锁闭为主。符合美国，工业技术发达、多民族、多文化、地域跨度大，追求自由和个性的国情。而欧洲砖石建筑和古典风格建筑、较多，早期欧洲建筑多用木窗，窗洞口小，不少窗洞口安装单扇窗，窗型以平开为主。例如，在德国的塑料窗几乎全部是60系列左右的内平开下悬翻转窗，其造型也是相当简洁统一。体现了德国人严谨务实、追求规范统一的精神，符合德国区域小、差别小的现实。 美式异型材外廓造型细腻、活泼、框材内、外可见面大多以斜面或曲面造型；通过多设内筋造成多腔室结构，以期增加其断面的惯性矩和减少热传导，同时具有精美的装饰个性，可视面的壁厚大多在165180mm之间，比重较小。美式窗的中挺大多采用螺钉连接，不采用V型焊接，组装工艺及设备较复杂。例如欧创S4000型78系列双提拉翻转窗型材若没有专用的断面铣床和工装夹具很难将两侧框与底框焊在一起。美式异型材种类繁多，各厂家自成系统很难通用，推拉窗分双推、单推，提拉窗不仅分单提、双提，而且还有带不带翻转之分。扇框材有锁扇、扣扇、手柄扇、侧扇、上下扇之分，使用功能不同，其外观形状也不同。 在欧洲尤其是在德国的冬季比较寒冷，人们习惯于使用平开窗，塑料窗基本上全部是60系列内下悬翻转窗，其型材外廓以平面造型，直线构图，简洁统一，对壁厚要求非常严格。在欧洲PrENl26082000E标准中给出了主型材外壁厚的3个级别，A级：可视面28mm，非可视面25mm；B级：可视面25mm，非可视面20mm；C级：对可视面、非可视面均无要求。在德国标准中也有明确的规定。欧式窗的中挺大多采用V型焊接，组装工艺和设备较简单，尤其在下料或焊接中一般不需要更换工装、夹具等。 因此，欧式与美式型材及门窗在发展中形成的各自技术体系，在门窗风格、型材结构、配方体系、组装方法、安装方法以至于标准体系等方面都存在很大的差异，欧式与美式的设计理念也是完全不同的。欧、美型材及门窗的标准对比欧式与美式型材及门窗的标准均有各自的体系框架。理论上存在许多的差异。以下就欧洲PrENl26082000E标准和美国ASTMD47269l标准进行对比。(1)在引用标准中，欧洲标准中没有引用门窗标准，但它引用了EN514，即“门窗用未增塑聚氯乙烯(UPVC)型材焊角和T形接头强度的测定”，而美国ASTM标准中引用了“D4099PVC窗规范”。(2)在欧洲标准和美国ASTM标准中都对用于型材挤出的材料有明确要求和规范标准。从而从根本上就保证了型材的质量。同时形成了各自严格、科学的配方体系。我国标准GB881498中没有对型材的挤出材料要求的条款或规范附件。部分中小型材生产厂家用低劣铅盐系列配方生产仿美式型材，其产品质量问题严重、出现壁厚不匀、外形尺寸差、塑化不好易产生降解，在内腔形成气泡等问题，缺少美式型材应有的光泽和细腻的手感。随着塑料门窗的发展应该对原材料、各种助剂、填加剂有所规范。 欧洲标准和美国A5TM标准都对型材抗老化性能有严格要求，尽管试验方法上有所差异，但其重视程度是一致的。(3)不论是德国标准还是欧洲标准都会对型材壁厚有明确的规定，而且是非常严格、但是在美国A5TM标准中却没有规定。为什么存在如此大的差异呢，笔者认为主要在以下两方面的不同，一是窗型结构上的不同，二是门窗组装工艺的不同。 在窗型结构上，德国塑料窗几乎全是中空玻璃内平开下悬翻转窗。平开窗为侧悬开启，其型材惯性矩要考虑包括玻璃在内的整个窗扇重的悬臂作用，外开时考虑风荷载，所以型材截面惯性矩要大，五金配件质量要求较高。以6001500的中空窗扇为例：双层5mm玻璃重约225kg，PVC窗扇的钢衬的重量约10kg，平开窗总重约30kg，很长难控制窗扇不下垂和坠落。因此，对PVC型材的壁厚必须有严格的要求，同时平开下悬翻转窗需要安装复杂的五金件，对型材的相应部分壁厚也有一定的要求。欧式型材五金件固定方式一般有三种，一是型材一般都设有五金件安装槽，在槽的背面设有螺钉固定筋。这样能使五金件的安装简便、可靠，不易造成错误，在螺钉固定筋上固定螺钉，螺钉难以松动。二是通过型材上的两个或三个壁来固定螺钉。三是通过一个或两个型材壁和钢衬固定螺钉。在门窗组装工艺方面，欧式门窗在窗扇、门窗组装工艺上是采用密封胶条和玻璃压条扣压固定玻璃，这样要求型材必须有较大的截面和厚度，来满足型材具有较大的截面和惯性矩、弹性模量和焊角强度。 在美国塑料门窗是以推拉提拉为主，少量使用平开窗。推拉、提拉窗窗扇是中心受力，无悬臂构件，负荷载破坏力远小于平开窗，所以型材惯性矩要求较低，有利于合理缩小型材截面，节约原材料，降低造价。美式推拉提拉窗除了固定锁扣、插销和入装外，一般不需要上固定螺钉。美式平开窗采用摇机开启辅以多组连秆风撑，其五金件连接一般采用通过型材上的两个或三个壁来固定。 在门扇、窗扇组装工艺上与欧式门窗完全不同，是采用玻璃胶或双面胶带将玻璃粘结在扇框上，使整个门扇、窗扇一个整体，这时玻璃压条主要起装饰作用，即使压条脱落，玻璃也不会坠落。其安全性可以与幕墙玻璃相比，因此美式型材截面的惯性矩、弹性模量相对欧式型材来说就不需要那么大了。自然。壁厚在美国ASTM标准中没有硬性规定。相反，在欧式推拉窗上虽然没有安装太多的五金件，但由于玻璃安装方式与美式门窗不同，其必须要求扇框的角强度要有足够大，以保证门窗扇在推拉运动过程中焊角不会开裂。因此，对型材的壁厚也必须有硬性规定。若欧式型材壁厚减小，那它的安全性就会受到怀疑。美式窗本身的设计本无加钢衬之意，但为适合我国国情，各生产厂都设计了安装钢衬的型腔，按国际的要求加钢衬，这样美式门窗的安全性能又有很大的增强。(4)在欧洲标准中对型材的焊接性即焊角强度有严格要求，在欧式型材、门窗标准体系中、角强度是塑料门窗的性能指标之一，也是PVC重要的力学性指标。在美国ASTM标准体系中，无论是型材，还是门窗标准中都没有焊角强度指标要求。在我国JGT301794中对门窗角强度也作类似的规定，“角强度不低于3000N，最小值不低于平均值的70”。角强度这个指标无论是5000N也好，还是3000N也好，它主要起什么作用呢？如果当门窗安装完毕，角强度对窗框、门框的作用相对于窗扇作用减少，因为这时框与墙体连接牢固，焊角一般都不会开裂。欧式门窗由于其玻璃是靠玻璃压条的压力固定在扇框上，若窗扇的角强度不够大时，受到重力、推拉力等力的作用，在开启过程中，可能会造成焊角开裂，而且门窗扇越高，其焊角开裂的可能性就越大。即对焊角强度的要求也就越高。而美式门窗的玻璃是粘结在其扇框上，与扇框成为一个整体，其焊角不易在开启过程中受到外力的破坏。 欧式推拉窗型材宽40mm左右，高60mm左右；美式推拉窗型材宽28mm左右，高33mm左右，欧式型材断面的截面积明显大于美式型材材断面的截面积，其焊角强度显然是欧式远大于美式。若美式扇焊角试件粘结上相应的三角玻璃，将试样在1828的环境中至少存放16小时，再用GBll793389中规定的测试方法做角强度试验，其结果绝对大于3000N。型材的截面形状不同，窗框厚度从45mm到100mm都达到一个相同的角强度指标，窗扇和窗框也要达到一个角强度指标，显然是不合理的，也是不可能的，应该将焊角强度与窗的大小，与玻璃安装方式等作为一个整体、一个系统来规范要求。门、窗框是因定的，门窗、窗扇是经常在使用中开启运动，所以应该加强对门窗扇框的角强度测试。在德国，塑料窗基本上是60系列内平开下悬翻转窗，规定一个角强度指标，非常合理。而且平开扇框型材的断面大于其门窗框型材的断面，在相同的焊接环境下，扇框角强度应大于门窗框的角强度。目前在我国较多采用欧式、美式各种风格不同系列的塑料门窗，很难将欧式美式作为一个平台来评价。 在欧洲标准中：“552辅型材，当按EN429测试时，每个试样的加热变化率应小于30，建议在外部使用的玻璃压条加热变化率极限为2”。在欧式门窗中，压条作用是非常重要的，它直接关系到门窗的安全性。而在美国ASTM标准中没有类似的规定，其玻璃压条的安全性要求相对较小，装饰性要求相对较大。欧式门窗的玻璃压条大都安装在室内，美式门窗的玻璃压条大都安装在室外；欧式门窗扇材上大都设计有排水腔，美式门窗扇材上一般没有设计排水腔。我国国内部分中小门窗厂将美式玻璃压条安装在室内，由于使用的玻璃胶质量较差，使门窗水密性能降低，造成窗内返水，还有的在美式推拉窗上安装简易双玻，这也是十分危险的。欧、美推拉窗性能比较 抗风压性能包括空气渗透性、雨水渗透性及风压变形三个项目，综合反映塑料门窗维持正常使用的功能，其好坏直接影响到建筑物室内的小气候，甚至关系到人身的安全。欧式推拉窗为扇包框结构，美式推拉窗为框包扇结构，从其结构本身的原因，比较动风压性能。在85系列中，美式推拉窗的水密性、气密性指标优于欧式推拉窗，欧式推拉窗的抗风压性能优于美式推拉窗。在美式推拉窗框包扇结构中，框内滑轨有效地减弱了室外空气通过排水孔入侵室内，形成一个减压腔结构，进一步削减压力的渗透，加上独特的锁、扣扇的设计大大提高成窗的水密性和气密性。欧式的一对推拉窗扇框只要用一种扇材，美式的一对推拉窗扇框则要用三到四种扇材。这样设计的优点是：1.避免了锁扣封盖在推拉过程中易掉的毛病。2提高密封性能。3独有的手柄扇方便了门窗开启。欧创93系列双推拉窗1999年经浙江省建设工程质量监督站检测，其成窗(15001500)空气渗透性属于GB710786第1级，雨水渗透性属于GB710886第H级，风压变形性属于GB710686第B级，综合性能根据GBll793189属于A2级。美式型材种类丰富，如在美式单推窗设计，整个设计将用中框把框一分为二：一个固定扇，一活扇。固定扇直接在框上这样就省了双推窗所用料，开启面积、通风量和双推窗等量，抗风压、气密性、水密性均优于双推，这也是美式窗最大的优点之一。欧式型材断面结构尺寸规格较为简洁单一。许多同一规格的型材，若去 掉厂家标识，一般人很难辨认出是谁家的产品。 我国门窗标准体系还不能涵盖美式门窗的技术优点 目前我国塑料型材及门窗标准体系，对于欧式型材及门窗在国内发展具有比较系统科学的指导意义，但它还不能完全满足对美式门窗生产指导的要求，如对由于美式窗扇玻璃安装所用的玻璃胶和双面胶带没有技术规定。美式窗重要的性能要求之一，“玻璃脱离”没有检测要求和试验方法，这将不能全面评价美式门窗的技术性能，同时对于控制美式门窗的质量及安全性能，缺少标准依据。笔者在某公司样品室中，看到其美式85样品的窗中玻璃与窗框完全脱离。若是在使用中出现这样严重的质量问题，可能将会导致危险的后果。 在美国ASTMD409995塑料门窗标准规范中：“85玻璃脱离按115方法试验，玻璃四周部件如无破损(100脱离)，沿操作方向施加脱离力低于70磅力(3114N)，沿其余方向的脱离力不低于50磅力(2224N)”。“玻璃脱离实验按E987实验方法并符合门窗性能检测要求表中所列要求进行试验，确定窗的可视面是否从四周边框中脱出”。由此可以看出“玻璃脱离”在美式门窗标准体系中是非常重要的。据笔者所知，有大部分美式门窗生产者都没有作过玻璃脱离试验，甚至有的中小生产者使用劣质玻璃和双面胶带。 我国地域垮度大，温差大，风压差异大，民族多，文化素质不同，要研究新型材断面和窗型。在日照时间长、温度高的南方产品要延长抗老化的时间，在沿海及高层建筑中应提高抗风压强度，在严寒地区要提高型材的抗低温冲击性能。大部分生产企业照搬欧式体系，型腔结构互相模仿或是克隆式生产，缺乏新颖性和创造性，造成市场竞争的同腔型、同一窗型的价格之争，有碍于行业的发展。应该根据我国各地区的气候的差别和建筑风格的多样化，形成既有欧式，也有美式的多系列窗型，在此基础上取长补短，研究发展适应中国国情体系窗。 通过以上的分析讨论，欧式与美式是二条完全不同的塑料门窗技术路线，而对我国塑料门窗发展状况，应进一步完善塑料型材及门窗的标准体系，使之有效而全面地覆盖各式塑料型材门窗。