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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)對木型材斷面設(shè)計的基本要求，同時還需滿足鋁包木門窗在被動式建筑使用上需要的結(jié)構(gòu)強度和保溫性能。目前國內(nèi)對被動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)到這個設(shè)計要求，被動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)計等多種構(gòu)造方式解決。

　　關(guān)鍵詞：被動式鋁包木門窗、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，同時由于木材的自然屬性，若處理不當(dāng)，會出現(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式鋁包木門窗的生產(chǎn)和使用場景出發(fā)，就如何合理的設(shè)計、生產(chǎn)用于被動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。全球已知的木材種類多達(dá)數(shù)萬種，且由于種類、生長地域、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VFF HO. 02：2008-12和VFF HO. 06-1/2 規(guī)范中對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（詞條“結(jié)構(gòu)設(shè)計”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，同時多層壓合構(gòu)造時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，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. 被動式鋁包木門窗中的木型材設(shè)計

　　被動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)計來實現(xiàn)，這三種設(shè)計解決方案在實施過程中需要考慮型材的膠合強度、結(jié)構(gòu)強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 純實木被動式木型材構(gòu)造

　　純實木被動木型材是通過單純增加木型材的厚度來實現(xiàn)提高型材保溫性能，此設(shè)計方案充分利用木材只是低導(dǎo)熱性的優(yōu)勢。由于一味的提高木型材的厚度，增加了門窗的設(shè)計難度，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：純實木被動式木型材節(jié)點圖，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 實木和復(fù)合材料復(fù)合壓合構(gòu)造

　　實木和保溫復(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，兼顧型材的結(jié)構(gòu)強度。

　　圖Ⅲ：在實木之間壓合保溫復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形式的節(jié)點圖，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)測試出的Uf值)

　　5.3 實木和復(fù)合材料彈性鏈接構(gòu)造

　　實木和復(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)計時單獨用螺絲或卡扣的形式將木型材和保溫材料鏈接。此設(shè)計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，對開啟窗扇面積較小的門窗的設(shè)計增加了設(shè)計難度。

　　圖Ⅳ：實木和復(fù)合材料彈性鏈接的節(jié)點圖，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)計理念，型材的結(jié)構(gòu)強度受到影響，在進(jìn)行木型材結(jié)構(gòu)設(shè)計時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，以及門窗組角時的角部強度等因素。 圖Ⅴ：空腔式木型材節(jié)點圖,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，有別于國內(nèi)使用的K值

　　空腔式木型材，型材空腔設(shè)計斷面不同，木型材達(dá)到的保溫性能也各有不同，表Ⅴ是按照德國諾卡木業(yè)有限公司設(shè)計的斷面由德國IFT測量得到的數(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)計加保溫材料等，用于被動式建筑中鋁包木門窗的木型材。

　　6. 被動式鋁包木門窗木型材的使用

　　目前國內(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，仍然無法滿足被動式門窗的設(shè)計要求。

　　基于目前國內(nèi)被動式門窗整窗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)如不改變原有門窗系統(tǒng)設(shè)計，可直接采購采用木材空腔設(shè)計或者實木和復(fù)合材料復(fù)合壓合型材設(shè)計的木型材。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)計斷面，已保證木型材的結(jié)構(gòu)強度和膠合強度。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)則需要對門窗截面進(jìn)行重新設(shè)計，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