断桥隔热铝型材与塑料异型材的对比分析.docx

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断桥隔热铝型材与塑料异型材的对比分析

断桥隔热铝型材与塑料异型材的对比分析

摘要通过对断桥隔热铝型材的一些基本性能的调查与分析，运用图示、表格以及理论计算等手段，对断桥隔热铝型材与中财ASA/PVC共挤型材节能性能及成窗造价成本进行差异化对比分析，以期能更好地为市场营销提供宣传亮点。

关键词断桥隔热铝型材ASA/PVC共挤型材加工工艺传热性能断热成本分析

四滑道六密封

前言

随着国家各项节能政策推广力度的逐步加强，门窗节能也越来越受到房产开发与普通百姓的重视。

人们从对建筑能耗组成的分析中发现，通过房屋外窗所损失的能量是影响建筑热环境和造成能耗过高的主要原因。

传统建筑中，通过窗的传热量占建筑总能耗20%以上，节能建筑中，墙体采用保温材料热阻增大以后，窗的热损失占比更是加大。

而影响门窗热量损耗大小的因素很多，主要有：

1）门窗的传热系数；2）门窗的气密性；3）墙比系数与朝向。

目前人们普遍认可且普及较广的节能窗主要有两种：

断桥隔热铝窗和塑钢窗。

两者主要区别是采用的窗框材质、腔体结构设计和组装工艺不同。

一、断桥隔热铝型材

（1）断桥隔热铝型材的工艺简介：

断桥隔热铝型材就是铝合金与高分子隔热材料相结合的新型门窗和幕墙建材。

通过结合使铝合金型材的中央形成一道隔热夹层，进而实现“铝型材隔热”的目的。

隔热断桥式铝型材主要有穿条式与浇注式两种类型（也有的资料上将其称为三种类型）。

根据断热铝型材的加工方法的不同，可以分为三种形式，如图1、图2、图3。

表1：

三大加工方法的一些情况对比表

加工方法

主要原材料

工艺特点

目前使用情况

穿条式

（插条式）

带强化玻璃纤维的聚酰胺尼龙条（PA66）、以及PVC原料

要求型材挤压精度高，同时要求尼龙条膨胀系数接近铝（2.3×10-5），铝型材与隔热断桥之间依靠机械结合，易出废品。

适合于欧洲建筑风格----小窗型，而我国多为大窗型。

浇注式

聚氨脂（聚酰荃甲酸工脂）

浇后底面切除，接合强度高。

以美国亚松技术为代表，在美国已应用了40多年，目前中国也得到更广泛应用。

灌注式

灌注后撕去壁，接合强度高。

（注：

更多的时候，我们将浇注式与灌注式合称为浇注式加工工艺。

）

穿条式断桥隔热铝型材是由两个隔热条将铝型材内外两部分连接起来形成的，从而阻止铝型材内外热量的传导，实现节能的目的。

目前正规的隔热条是PA66，为了追求表面美观和精度，用PA66尼龙加超细玻璃纤维是国外隔热条的共同特点。

超细玻璃纤维，抗拉强度差只有60N/mm，而且价格昂贵；国内把PA66加普通玻璃纤维作为主攻方向，已经取得一定的突破。

在这里给出有关PA66的性能指标如下表：

表2：

PA66（带强化玻璃纤维的聚酰胺尼龙条）性能指标

项目

25﹪玻璃纤维增强尼龙66

拉伸强度（MPa）

170

断裂伸长率（﹪）

4

拉伸强度模量（MPa）

8680

弯曲强度（MPa）

133

热变形温度（℃）

252

线性膨胀系数（10-5/k）

2.38

热分解温度（℃）

300

耐紫外光性能

良好

耐有机溶剂性能

优

浇注式断桥隔热铝型材隔热节能技术上世纪30年代后期起源于美国，这项技术是把高分子聚合物和铝型材混合使用，达到阻热节能效果。

（2）浇注式与穿条式断桥隔热铝型材的对比分析

1.1基本性能对比

表3：

断桥隔热铝型材基本性能对比表

聚氨酯浇注式铝型材

穿条式铝型材

铝材强度

高

低（因需压合，硬了容易断裂）

隔热桥强度

大（横径8mm）

小（横径2mm×2）

型材横截面积

小

大

单位重量出材率

高

低

热膨胀系数

较小

较大（指PVC）

可塑性

可以制成各种异型门窗

形状受限制

隔热性能

二者相近

二者相近

内外双色

二者相同

二者相同

制作门窗的挡光面

小且清秀美观

憨大

1.1.1强度对比

聚氨酯浇注式断桥隔热铝的铝型材由于一次性挤出，这样减少了工艺缺陷，再加上一次性把聚氨酯浇注到铝型材隔热槽内，固化形成聚氨酯隔热桥，由于聚氨酯的高粘合性，聚氨酯隔热桥与铝型材完全成为一体，无须压合，所以铝材的强度高。

聚氨酯本身的强度比较高，而且隔热桥横截面积大，所以浇注式隔热桥的强度大于穿条式。

这样使得浇注式断桥隔热铝型材总体强度大于穿条式。

穿条式断桥隔热铝型材本身是通过两次挤压成形的，之后把隔热条穿到两块铝型材的工艺槽内，再经过辊压。

使得材料的内部组织有变化，产生应力使型材的整体强度差，甚至产生明显的裂纹使之成为废品。

1.1.2型材横截面积对比

聚氨酯浇注式断桥隔热铝型材结构紧凑，小巧美观；穿条式断桥隔热铝型材由于要经开齿、辊压工艺，它的截面积非常大，看起来臃肿、肥大。

1.1.3型材出窗率对比

型号及长度相同的穿条式与聚氨酯浇注式断桥隔热铝型材相比，穿条式的横截面积大，米重大于浇注式，这样它的出窗率就小于浇注式的断桥隔热铝型材[约13%]，制造1平方米门窗大约多消耗1公斤型材。

使用浇注式隔热铝型材制做门窗，每平方米节约铝材成本29元（断桥隔热铝型材售价按29000元/吨计算，下同）。

1.1.4可塑性（窗型）对比

目前，异型门窗的呈现形式越来越多，做异形门窗要求型材的可塑性一定要好。

聚氨酯浇注式断桥隔热铝型材可以加工成任何形状的门窗，包括圆弧窗；而穿条式由于隔热条与铝型材的连接不牢固，当铝型材形变大时，隔热条易从铝型材的连接槽内脱出，这样它能制作的窗形就受到限制。

1.1.5隔热对比

聚氨酯浇注式断桥隔热铝型材在长时间的试验与实践中都表现的令人满意，它在室外-20℃的情况下,室内仍保持18℃左右。

穿条式在室外-20℃时,室内保持在8℃上下。

可以看出浇注式比穿条式的隔热性能好。

1.2型材成本对比

铝材按20000元/吨计,PVC隔热条按8000元/吨,PA66隔热条按30000元/吨，聚氨酯浇注胶按22000元/吨。

铝的密度为2.7g/cm3，PVC的密度为1.4g/cm3，PA66密度为1.3g/cm3，聚氨酯的密度为1.2g/cm3，通常浇注腔的宽度比穿条腔的宽度小0.8cm，一般内外壁厚为0.15cm，中间的厚度为0.12cm。

型材长度按600cm计。

1.2.1浇注式铝型材每根比穿条式节省铝材成本为

每根节省铝材重量：

0.8cm×（0.15+0.12+0.12+0.15）×600cm×2.7g/cm3=699.9g=0.7kg，每根节省铝材成本：

0.7kg×20元/kg=14元/根

1.2.2穿条用量为

条厚为0.2cm,条宽为1.5cm,长为600cm

（1）每根铝型材PVC穿条用量：

（0.2×1.5）×2×600×1.4g/cm3=504g=0.5kg     

每根铝型材PVC穿条成本：

0.5kg×8.00元/kg=4.00元/根

（2）每根铝型材PA66穿条用量：

（0.2×1.5）×2×600×1.3g/cm3=468g=0.47kg

每根铝型材PA66穿条成本：

0.47kg×30元/kg=14.1元/根

1.2.3聚氨酯的用量为：

每根铝型材聚氨酯用量：

1.1cm×0.8cm×1.2g/cm3×600cm/根=633.6g=0.6336kg/根 

每根铝型材聚氨酯成本：

0.6336kg/根×22元/kg=13.94元/根

1.2.4浇注式铝型材比PVC穿条式每根节省：

14元/根—（13.94元/根—4.00元/根）=4.06元/根

1.2.5浇注式铝型材比尼龙66穿条式每根节省：

14元/根—（13.94元/根—14.1元/根）=14.20元/根

经过以上综合比较分析，可以证明浇注式隔热铝型材总体性能优于。

但市场上生产穿条式的铝材不在少数。

有专家也指出，有了断热设计的铝材，不等于就能制成好的保温窗，关键在于窗的结构设计，即组成窗后，保证“断热”的连续性并成封闭环形和环形连续密封。

这个原则对设计推拉窗来说更为关键。

如果成窗虽用断热铝材制作，但是不是连续断热的，还能形成热通道的，就无法作到真正的保温节能。

二、断桥隔热铝型材和塑料型材的成窗隔热性能对比

2.1断桥隔热铝合金窗的隔热性能计算

塑钢门窗具有强度高、耐冲击的特点,它的耐候性好,适用范围可达零下40摄氏度到零上70摄氏度,不脆化、不变色,使用年限可达50年以上;它的隔热性好,热传导率低,节约能源。

同时,塑钢门窗还具有优良的耐腐蚀性、气密性、水密性、隔音性和阻燃性,它电绝缘性能优于其他门窗材料。

另外,塑钢门窗还具有外观精致、不需着色、安装简便、使用轻巧、保养容易等特点,已成为今后门窗材料发展的主要方向

常用各种窗户传热指数

窗户

框/玻面积比

传热系数K﹝w/（m2·k）﹞

单玻

双层中空玻璃

Low-E中空玻璃

PVC塑料窗

3：

7

4.70

2.43

1.78

断热铝合金窗

3：

7

5.46

3.30

2.32

普通铝合金窗

3：

7

6.20

4.14

3.06

我国目前民用建筑门窗主要是以塑钢、断热铝合金、铝合金门窗为主。

铝合金门窗由于其保温及节能效果太差，在能源日益短缺的现状下，最终会被其他门窗产品所取代。

塑钢门窗和断热铝合金门窗是目前保温和节能效果较好的，并是在目前被广泛使用的产品，哪一种产品更适合我国的建筑特点，下面就塑钢门窗和断热铝合金门窗性能做一些比较。

门窗产品的型材材性和断面形式是影响门窗保温性能的重要因素。

金属与非金属的热工特性差别很大，与型材传热能力密切相关的材料导热系数λ（W/m·K）导热系数越大传热能力越强。

铝为203，PVC塑料为0.14，两者相差1000多倍。

从保温角度讲，型材断面最好设计为多腔结构，腔壁垂直于热流方向分布，因为型材内的多腔结构对通过的热流起到多重阻隔作用，腔内传热（对流、辐射和导热）相应被削弱，特别是辐射传热强度随腔数量增加而成倍减少。

现在的塑料PVC型材和断热铝合金门窗型材都是多腔结构，但铝型材保温效果并不理想，其一是铝材导热性能太好，断桥长度偏小（断桥长度不宜小于15mm），而我国目前一般断桥长度为5mm；其二是断热不彻底，主要是使用五金配件与铝合金断热型材不配套，装上五金件后又形成里外连通，导致传热能力加强，同时连接部位为螺接也导致了断热铝合金门窗的保温及密闭性能很差。

从环境保护角度讲，两种门窗型材的米重基本相同，单位重量的PVC能耗只是钢的1/8，铝的1/16。

而且因为PVC树脂是热塑性材料，因此可以反复加热成型，成为新的制品，循环使用，符合环保要求。

在回收重复利用时不需要如铝型材重新冶炼、铸锭，只需将型材破碎后，即可当做原料使用，能耗极少。

这一点对于我国资源短缺的情况十分有利。

断桥隔热铝合金窗主要由铝框架和玻璃组成，组成后窗的K值为，

……………………………………（公式）

标准测K值未考虑窗漏气问题，实际使用的K值还应加上气密性能的热损失。

即：

K（实际）=K+qn

上式K——门窗的传热系数W/（㎡·K）

KG——玻璃部分的传热系数W/（㎡·K）

KA——窗框架部分的传热系数W/（㎡·K）

FG——玻璃部分的面积㎡

FA——铝窗框架部分的面积㎡

qn——气密性能等级的热损失

2.1.1KA传热系数

一般空腔铝型材成窗传热K=6W/（㎡·K）左右。

要减少框的传热系数，就要把框、扇做成用非金属隔热材料将其隔断的“隔热”型材，断开尺寸宽度越大隔热效果就越好。

目前隔热材料是采用与铝型材热膨胀系数接近的尼龙-66，以减少其热应力；其高度尺寸有各种规格，通常用12mm的隔热条较多。

其热导率λ=0.35W/（㎡·K）。

假设型材断面如下：

型材有三个部分组成，二个空心铝型材中间夹两片尼龙-66隔条，型材在72㎜宽的断面上，仅有两个壁厚1.5㎜可导热，再由两片壁厚为1.8㎜的尼龙条传热至24㎜宽的另一铝型材上；同时，以两隔热条之间的宽度为13㎜为例，则KA为：

…………（公式2）

上式：

RSI---内表面热阻值（通常情况下取0.123W/（㎡·K））；

λA---铝型材热导率200W/（㎡·K）；

Ra---空气腔热阻值；

λp---尼龙-66隔热条热导率0.35W/（㎡·K）；

RSo----外表面热阻值；

外表面热阻值RSo取决于室外风速，如下表：

表4:

外表面热阻与室外风速关系表

表面

风力种类

风速

Ehr

hco

RSo=1/（Ehr+hco

（m/s）

W/（㎡·K）

W/（㎡·K）

）

（㎡·K）/W

窗、墙面

低速风

0.7

4.14

8.7

0.08

中速风

2.0

14.0

0.055

高速风

6.0

30.4

0.03

空气腔热阻值Ra取决于表面间的对流换热与辐射换热,其标准值见下表:

表5:

空气腔热阻与表面间的换热关系表

空气腔的宽度

表面辐射率

热阻值Ra（㎡·K）/W

水平热流或上行热流

下行热流

5㎜

高

低

0.11

0.18

0.11

0.18

≥20㎜

高

低

0.18

0.33

0.21

1.06

根据建筑情况,从表中可取各种数据,代入上述公式,即可求出KA值。

若取：

RSI=0.123W/（㎡·K）；

λA=200W/（㎡·K）；

Ra=0.18（㎡·K）/W；

λp=0.35W/（㎡·K）；

RSo=0.055（㎡·K）/W；

代入上式得：

KA=3.1W/（㎡·K）。

由于取值不同，KA值在3W/（㎡·K）左右，故一般12㎜断热铝型材K值在3W/（㎡·K）左右。

2.1.2玻璃的传热系数KG

玻璃占门窗面积的70～80%，除安全性、建筑艺术性外，选择采光量、控制热量和隔音量是主要问题。

表6:

玻璃的传热系数KG

玻璃类别

KG

W/（㎡·K）

玻璃类别

KG

W/（㎡·K）

普通玻璃

5.8

三层中空玻璃

8mm<双空间间距≤10mm

2.2

中空玻璃

6mm<空间距≤8mm

3.4

三层中空玻璃

10mm<双空间间距≤16mm

2.1

中空玻璃

8mm<空间距≤10mm

3.2

LOW-E中空玻璃

间距6mm

2.3

中空玻璃

10mm<空间距≤16mm

3.0

LOW-E中空玻璃

间距12mm

1.6

三层中空玻璃

6mm<双空间间距≤8mm

2.4

2.1.3空气渗漏的热损失qn

根据现行标准GB/T8484-2002检测保温性能分级时，采取缝隙密封后测量，实际缝隙漏气的热损失是很大的。

按下式计算，设比热为0.28，1m3室外为0℃，室内为20℃。

空气密度为1.16Kg/m3时得：

Q=0.28×（Th-TL）×1.16×1=6.5W

若同样的窗，气密如果差一个级的话，如0.5m3/（m·h）与1.5m3/（m·h），1.5m3/（m·h）与4.5m3/（m·h），则漏气的耗热量增大3倍，若K=3的窗，

当渗漏量为1.5m3/（m·h）时，则实际K值=3+（1.5×6.5）÷20=3.48W/（㎡·K）；

若渗漏为4.5m3/（m·h）时，则实际K值=3+（4.5×6.5）÷20=4.46W/（㎡·K）；

表7：

不同玻璃的传热能力

玻璃种类

夏季传入室内的热量W/㎡

冬季传入室内的热量W/㎡

LOW-E中空玻璃

215

41

热反射中空玻璃

245

64

单层热反射玻璃

368

69

普通中空玻璃

594

137

6m单层玻璃

710

154

一般情况下，隔热铝型材再配套中空玻璃，能使建筑物在升暖、降温时所需能耗下降30%（传热系数一般在3W/㎡·K）,同时,隔音效果大于32dB。

2.2塑料窗的隔热能力

节能建筑的窗墙面积比为２５～３５％，在节能建筑中一般采用单框双玻，传热系数为２.７～３.０Ｗ／㎡·Ｋ。

塑料窗是多腔体结构,具有良好的隔热性能，由于其本身材质的关系，传热系数甚小，仅为铝材的1/1250,在同样的玻璃配置等情况下，在节能方面有很大优势。

同时，由于塑料窗采用焊接工艺组装，气密性远比铝窗要高，也就是说，空气渗透热量散失要低于铝合金窗，综合上述因素，断桥铝合金窗的传热性能比塑窗稍逊一筹。

表8：

断桥隔热铝合金型材传热系数及PVC-U型材传热系数W/（m2·K）

断桥隔热铝合金型材

PVC-U塑料型材

PA66隔热条宽度B

型材传热系数

腔室数量

型材传热系数

B=10mm

3.5-4.5

二腔

2.1

B=12mm

2.8-3.72

三腔

1.8-1.91

B=24~30mm

2.05-2.8

四腔

1.6

B=32mm

＜2.04

五腔

1.5

表9：

窗户传热系数计算值W/（m2·K）

窗框材料

普通铝合金窗

隔热铝合金窗

PVC塑钢窗

窗框传热系数

6.21

3.72

1.91

窗框面积比

玻璃结构及传热系数

20

30

25

40

30

40

单层玻璃3mm

6.17

6.18

6.18

5.56

5.19

4.89

4.47

中空玻璃3+12+3

3.14

3.75

4.06

3.29

3.37

2.77

2.65

中空玻璃3+9+3

3.29

3.87

4.17

3.41

3.47

2.88

2.74

Low-E中空玻璃

5+12+3

1.88

2.75

3.18

2.34

2.62

1.88

1.89

Low-E中空玻璃

5+9+3

2.19

2.99

3.40

2.57

2.80

2.11

2.08

三、断桥隔热铝型材与中财双色共挤型材成窗的成本对比分析

3.1双色共挤出窗率的计算

3.1.1共挤平开窗出窗率计算

表10：

共挤平开窗出窗率

种类

编号

长度（m）

比重（㎏/m）

总用量（㎏）

单窗用量（㎏）

每平方米用量

（㎏/㎡）

出窗率（㎡/T）

框

P60-K

5.4

0.95

5.13

17.017

9.454

105.78

扇

P60-ZT

6.4

1.07

6.848

挺

P60-ZT

2.2

1.07

2.354

压条

P60-DY

9.8

0.274

2.6852

备注

1、上述结果是以窗型1200×1500（带亮500）外双平开为例进行计算的。

2、以上计算是以中财60系列平开窗为例进行计算的，不计损耗。

3.1.2共挤推拉窗出窗率计算

表11：

共挤推拉窗的出窗率

种类

编号

长度（m）

比重（㎏/m）

总用量（㎏）

单窗用量（㎏）

每平方米用量（㎏/㎡）

出窗率（㎡/T）

框

T80-PKC

6.0

1.165

6.99

15.432

6.859

145.79

扇

T80-S（Ⅲ）

9.0

0.70

6.30

压条

T80-DY

9.0

0.176

1.584

封边

T80-FBB

（1）

3.0

0.186

0.558

备注

1、上述结果是以窗型1500×1500（不带亮）双推拉为例进行计算的。

2、以上是以浙江中财80系列推拉窗为例且在不计损耗的情况下进行计算的。

3.2成本的对比分析

3.2.1从出窗率上看成本

表12：

成本对比二

型材类别

型材售价

（元/吨）

推拉窗出窗率（㎡/T）

平开窗出窗率（㎡/T）

推拉窗型材成本（元/㎡）

平开窗型材成本（元/㎡）

共挤彩塑/白色

13100/10400

145.79

105.78

87.95

119.82

隔热断桥铝

29000

88.90

89.84

326.21

322.79

断桥隔热铝成本上升

56.89

15.94

238.26

202.97

3.2.2承插件（铝合金角部连接件）方面的成本上升

表13：

承插件对比

承插件产品代号

承插件比重（㎏/m）

单窗承插件用量（m）

单价（元/吨）

成本（元）

共挤彩塑

隔热铝型材

M2332

0.79

每种各约0.2m

29000

55元

M2327

1.60

K1124

2.55

K1125

2.40

K1127

1.39

成本对比

1、针对上述窗型（1500×2000，带亮500，外双平开）隔热铝窗的成本上升约55元，

折合到每平方为米成本上升为18.33元/㎡。

2、承插件在平开与推拉上用量大致相同。

承插件成本是铝合金门窗所固有的，对塑料门窗而言，则无该项成本考虑。

3.2.3五金配件

普通铝合金平开窗的五金配件每一副大约需要成本10元钱（共挤彩塑双推拉窗的五金配件就滑轮和月牙锁两项约需5元钱），而对于隔热铝合金窗而言，对五金配件这一环节要求比较高，普通的五金配件在此处不能使用，适用在隔热铝窗上的五金配件采用铝合金＋尼龙作材料，其售价一般为平开铰链150元/副，推拉月牙锁50元/副，滑轮8元/个（此售价由广东兴发铝业技术部提供）。

对于上述双平开窗而言，使用隔热铝型材后，每平方米的五金件成本上升为（150－10）×2÷（1.5×2.0）≈93.33元/㎡。

对于上述推拉窗而言，使用隔热铝型材后，每平方米的五金件成本上升为（50＋8×4－5）÷（1.5×1.5）≈34.22元/㎡。

从上述三点对比中，可以看出隔热铝合金推拉窗相比于双色共挤推拉窗，在成本上上升了290.81元/㎡（平开窗相比上升了314.63元/㎡）。

此处未计型材定长生产及加工组装时的一些相关的成本差价，若综合以上部分，断桥隔热铝型材相比于双色共挤型材的成本上升约在300元/㎡左右。

目前市场上，共挤型材的成窗售价在280-300元/㎡左右，而隔热铝窗成窗的售价为600~700元/㎡左右，则除去成本上扬的部分后，在利润空间上，隔热铝窗的利润相比于共挤彩塑的利润还要高出50元/㎡。

（针对不同档次隔热铝合金窗，以及不同的窗型大小，成本上会有所不同，则利润空间亦会有所不同。

）

四、综述

我们可从以下几点看铝合金和塑窗的不同：

1、从门窗的五大性能上,断桥铝固然有它的优点,但它的不足之处也是比较显而易见的.

门窗性能

抗风压性能

气密性能

水密性能

隔热性能

隔音性能

断桥铝

较高

较差

较差

稍低

较差

共挤彩塑

较弱

较好

较好

稍高

较好

2、在铝合金国家标准中并没有对铝合金的耐候性能提出明确的要求，这并不是说铝合金的耐候性不存在问题，只是我们平常对于铝合金的耐候性能没有加以关注而已。

在冬天气温较低时，我们常能看到在铝合金的型材表面上会长出一层绿毛，这其实就是铝合金型材的褪色的表现形式。

3、从成品窗维修保养的角度去看，特别是推拉窗，在使用一段时间后，由于滑轮与型材的摩擦，铝合金窗的滑轨表面被磨损，经而氧化而成为黑色，在雨水和太阳光的进一步作用下，铝合金成窗的滑轨表面亦会生锈，若要对此铝合金窗整改，则只有拆除整樘铝合金窗，重新更换一樘，