Алюминиевые окна

Окна из алюминия (окна с переплетами из алюминия) 

• Окна с переплетами из алюминия
• Алюминиевые сплавы, как материал для производства оконных профилей
• Конструктивные решения оконных профилей из алюминия

Разберемся с терминологией: название «алюминиевые окна» - скорее обиходное, а не профессиональное. Ведь на самом деле из алюминия изготавливают только профиль (раму) окна, поэтому правильнее было бы говорить не «алюминиевые окна», а «окна с алюминиевым профилем», а если уж совсем точно - "светопрозрачные конструкции с переплтами из алюминия". Однако будем придерживаться привычной "разговорной" терминологии.
Алюминиевые окна применяются достаточно широко как в жилом, так и в нежилом строительстве. Вы можете увидеть их в самых различных зданиях - в многоэтажных и частных домах, в офисных зданиях (особо часто в современных многоэтажных гигантах), в оформлении витрин магазинов, баров, кафе, центров здоровья и красоты, при устройстве зимних садов - короче, де угодно. Особенно часто можна встретить их там, где окна имеют большую площадь, ведь именно алюминиевые окна могут беспроблемно выдерживать большие нагрузки.

 

Производятся алюминиевые окна во многих странах мира. Самые распространенные производители – Германия, Турция, Бельгия, Италия, Россия, Остановимся подробнее на преимуществах алюминиевых окон, благодаря которым эта современная технология находит все больше поклонников по всему миру. Преимущества алюминиевых окон объясняются определенными свойствами материала, из которого они изготовлены, - алюминия. Первое такое преимущество алюминиевых окон – легкость и прочность. Алюминий одновременно имеет небольшой вес и высокие показатели прочности, что крайне важно для оконного профиля. Алюминиевые окна просто и легко транспортировать и устанавливать, благодаря их малому весу, однако при этом они прослужат Вам долгое время (до 80 лет). Этому поспособствует также стойкость алюминиевых окон к воздействию окружающей среды  - особенно влаги, перепадов температур (алюминиевые окна без проблем переносят температуры в диапазоне от минус 50 до плюс 50 градусов), химических веществ (кислот, растворителей, масел). Прочность и стойкость алюминиевых окон, их способность держать форму – важный плюс при выборе материалов профиля окон.

В процессе эксплуатации алюминиевые окна проявляют себя как нельзя лучше. Этот материал безопасен для Вашего здоровья, он нетоксичен. Алюминиевые окна огнеустойчивы. На алюминиевых окнах практически не скапливается грязь и пыль, поэтому эти профиля требуют минимальных усилий и затрат по уходу и чистке.
Окна с переплетами из алюминия очень разнообразны по дизайну – цвета (более 150), формы (прямоугольная, трапецеидальная, треугольная, арочного типа), а также размер (от маленьких до очень больших) не оставят равнодушными ценителей красивых элементов в интерьере. Алюминиевые окна имеют прекрасный внешний вид как непосредственно после установки, так и при длительной эксплуатации.
У алюминиевых окон прекрасная звукоизоляция, не уступающая окнам с металлопластиковым профилем. Ваш дом будет надежно защищен от посторонних звуков и шумов.
Теплопроводность алюминиевых окон до недавнего времени была их слабым местом. Именно по теплопроводности алюминиевые окна уступали металлопластиковым. Однако на сегодняшний день развитие технологии изготовления алюминиевых окон позволило сократить разницу между двумя типами окон.
Сегодня существует два вида алюминиевых окон – «холодные» и «теплые». В чем разница?

Системы алюминиевых оконных профилей образуются тонкостенными профилями, геометрия которых определяется функциональным назначением системы и ее профили могут выполняться одно- и многокамерными. При этом высокая теплопроводность алюминия определяет разделение профилей на две основные группы по теплотехническим характеристикам: «холодный профиль», применяемый при изготовлении окон для неотапливаемых объектов, при остеклении витрин и балконов, в конструкциях внутренних перегородок и дверей, показанный на рис. 1 и «теплый профиль» для окон и остекленных дверей отапливаемых помещений.

Теплый профиль отличается от холодного наличием термоизолирущей вставки (в некоторых источниках — «термовставка» или «термомост»), разделяющей наружную и внутреннюю части профиля. В силу такого построения теплый профиль называют иногда «комбинированным профилем». В наиболее распространенном варианте термовставка представляет из себя две изолирующие планки из армированного стекловолокном полиамида

 

Конструкция алюминиевых окон из "теплого профиля"

Рис. 2:  Конструкция алюминиевых профилей с термовставками (система Yawal PI 50) I - профиль рамы; II - профиль створки; 1 - рама, 2 - створка, 3 - полиамидные вставки, Г и 2' - «внутренние» образующие профили соответственно рамы и створки, Г'и 2" - «внешние» образующие профили соответственно рамы и створки, 4 - штапик, 5 - уплотнители, 6 - подкладка под стеклопакет

Еще одно эстетическое преимущество двойных алюминиевых окон – возможность двойной покраски (снаружи и изнутри) в разные цвета. Конечно, «теплые» алюминиевые окна стоят дороже, но эти траты оправдывают себя в процессе эксплуатации.
Существует несколько конструкционных типов алюминиевых окон, в зависимости от способа открывания окна. Существуют такие алюминиевые окна:

• глухие (вообще не открываются)
• открывающиеся – поворотные, откидные, поворотно-откидные, фрамужные (могут открываться как вовнутрь, так и наружу)
• комбинированные – часть окон открывается, часть нет, либо комбинируются открывающиеся створки разных типов.

Для окрашивания алюминиевых окон чаще всего применяется порошковое напыление. Благодаря этой методике (в отличие от анодирования – второго способа окраски) алюминиевые окна имеют широкую гамму цветов.

Особое внимание следует уделить качественной фурнитуре алюминиевых окон. От нее во многом будет зависеть удобство и долговечность алюминиевых окон.
Конечно, алюминиевые окна имеют и недостатки. Если это «холодные» окна, то основной недостаток – несохранение такими окнами тепла помещения. Если это «теплые» алюминиевые окна, основная проблема – высокая стоимость. Но, несмотря на эти недостатки, алюминиевые окна – это удобство и качество, поэтому Вы не ошибетесь, сделав выбор в пользу окон с алюминиевыми профилями.

Алюминиевые сплавы, как материал для производства оконных профилей

Алюминиевые сплавы, как материал для производства оконных профилей

По сравнению со сталью алюминий является мягким пластичным материалом. Плотность его составляет р = 2700 кг/м³, а модуль упругости Е = 71 ООО Па, что почти в три раза меньше плотности и модуля упругости стали. Алюминий очень пласти­чен - удлинение при разрыве достигает 40-50%, но прочность его весьма низка (пре­дел прочности о_в составляет порядка 60-70 МПа). Алюминий имеет очень высокую, даже по сравнению с другими металлами, теплопроводность. Его коэффициент теплопроводности составляет X = 220 Вт/м °С, что почти в 4 раза превышает коэффициент теплопроводности стали. Чистый алюминий быстро покрывается очень прочной окисной пленкой, препятствующей дальнейшему развитию коррозии.

Вследствие низкой прочности технически чистый алюминий в строительных конструкциях применяется крайне редко. Для повышения прочности в него вводят легирующие добавки - магний, марганец, медь, кремний цинк и некоторые другие элементы. Алюминиевые многокомпонентные сплавы имеют в 2-5 раз большую прочность по сравнению с чистым алюминием, однако их относительное удлинение при этом в 2-3 раза ниже.

Для производства оконных профилей используются сплавы на основе системы Al-Mg-Si, которые по своему химическому составу относятся к деформируемым алю­миниевым сплавам, упрочняемым термической обработкой. Так, практически все зарубежные производители используют сплав AlMgSi 0.5F22 (сплав N 6060 в соот­ветствии с «Международным регистром сплавов и химических композиций для алюминиевых сплавов», издаваемым Вашингтонской Ассоциацией Алюминия), арос-сийские производители используют сплав АД-31. Прочностные характеристики ука­занных сплавов принципиально не отличаются между собой и приведены в таблице:

Прочностные характеристики алюминиевых сплавов

Характеристика	единица измерения	AlMgSi 0.5F22	АД-31
Объемный вес	кг/м3	2700	2700
Модуль упругости	мПа	710000	71000
Предел прочности	мПа	220	160
Относительное удлинение	%	10	8
Коэффициент температурного расширения	1/°С		20х 10"6

Оконные профили из алюминиевых сплавов получают методом прессования - путем механического продавливания заготовки, нагретой до определенной температуры, через матрицу с заданным сечением. В современной терминологии, употребляемой зарубежными производителями, по аналогии с ПВХ применяется такое понятие как «экструзия». Поскольку алюминиевые сплавы, используемые для производства оконных профилей, очень пластичны, метод прессования (экструзии) позволяет получать профили сложного сечения, конструкция которых будет рассмотрена ниже.
Для подготовки к последующей окраске поверхность профилей подвергают электролитической очистке - анодированию. В дальнейшем на профиль при помощи порошкового напыления в термокамере наносится окраска в любой из цветов по каталогу RAL.

Конструктивные решения оконных профилей из алюминия

Конструктивные решения оконных профилей из алюминия

Системы алюминиевых оконных профилей образуются тонкостенными профилями, геометрия которых определяется функциональным назначением системы и ее профили могут выполняться одно- и многокамерными. При этом высокая теплопроводность алюминия определяет разделение профилей на две основные группы по теплотехническим характеристикам: «холодный профиль», применяемый при изготовлении окон для неотапливаемых объектов, при остеклении витрин и балконов, в конструкциях внутренних перегородок и дверей, показанный на рис. 1 и «теплый профиль» для окон и остекленных дверей отапливаемых помещений.

Рис. 1: «Холодные» алюминиевые профили для витринного и балконного остекления.

Раздвижная система: 1 - профиль створки; 2 — профиль рамы; 3 - рельс; 4 - одинарное стекло; 5 - уплотнители; 6 — верхний и нижний ограничители движения створки; 7 — щеточное воздухопроницаемое уплотнение между подвижными створками

Теплый профиль отличается от холодного наличием термоизолирущей вставки (в некоторых источниках — «термовставка» или «термомост»), разделяющей наружную и внутреннюю части профиля. В силу такого построения теплый профиль называют иногда «комбинированным профилем». В наиболее распространенном варианте термовставка представляет из себя две изолирующие планки из армированного стекловолокном полиамида*, характеристики которого приведены в табл. 2.5.

Прочностные характеристики стеклонаполненного полиамида-6

ХАРАКТЕРИСТИКА	ЕДИНИЦА ИЗМЕРЕНИЯ	ВЕЛИЧИНА
Объемный вес	кг /м3	1300
Коэффициент температурного расширения	1/°С	15... 25 х 10"6
Предел прочности (временное сопротивление разрыву)	МПА	98... 215
Относительное удлинение при разрыве	%	1.5-2
Коэффициент теплопроводности	Вт/м 0 С	1.25... 1.46
Предел прочности при сжатии	МПА	105... 165

Термовставки закатываются между алюминиевыми профилями на вальцовозакаточной линии с высокой степенью прочности и точностью по геометрии комбинированного профиля. В зависимости от фирмы-изготовителя ширина термоизолирущей вставки колеблется в пределах 18—34 мм. Сечения готовых профилей с термовставками и комбинация «теплых» рамы и створки показаны на рис. 2

Рис. 2:  Конструкция алюминиевых профилей с термовставками (система Yawal PI 50)

I — профиль рамы; II — профиль створки; 1 — рама, 2 — створка, 3 — полиамидные вставки, Г и 2' - «внутренние» образующие профили соответственно рамы и створки, Г'и 2" — «внешние» образующие профили соответственно рамы и створки, 4 — штапик, 5 — уплотнители, 6 — подкладка под стеклопакет

• Используемый в конструкции «теплых» алюминиевых профилей стеклонапол-ненный полиамид относится к группе слоисто-волокнистых композитов — конструкционных композитных материалов, состоящих из двух компонентов и более с сохранением индивидуальности каждого компонента.

Основным элементом композита является армирующий (усиливающий) наполнитель, удерживаемый в заданных форме и размерах полимерной матрицей, называемой на стадии изготовления композита связующим. Армирующие наполнители могут быть в форме волокон, нитей, жгутов, сеток, тканей, лент, холстов, листа бумаги и др., получаемых из стекла, керамики, углеродных и органических (полимерных) материалов. Прочность этих наполнителей может составлять от 2 до 32 гПа.
Армирующие наполнители, воспринимая основную часть внешней нагрузки, обеспечивают прочность и жесткость композита. Свойства волокон, их размеры и форма, характер расположения в полимерной матрице и содержание определяют упругопрочностные и деформационные свойства композиции.

Полимерная матрица определяет химостойкость композита, его рабочую температуру и технологические параметры производства изделий из него, механические свойства при сдвиге и в направлениях, отличных от ориентации волокон.
Полиамид, используемый в качестве полимерной матрицы для композита, применяемого в термовставках алюминиевого профиля, относится к группе синтетических полимеров, содержащих в молекуле амидные группы — СО—NH-, твердых роговидных или прозрачных стеклообразных веществ. Полиамиды устойчивы к действию многих химических реагентов, имеют малую гигроскопичность, повышенную электризуемость, невысокую термо- и светостойкость. Основное направление использования полиамидов — производство тканей, трикотажа, шинного корда, фильтровальных материалов и др. Наиболее известные из полиамидов — капрон, нейлон, дедерон.
За счет полиамидных вставок осуществляется разрыв горизонтальных стенок профиля, через которые тепло теряется вследствие высокой теплопроводности алюминия. Армированный стекловолокном полиамид, имеющий в 150 раз меньший коэффициент теплопроводности, исключает возможность промерзания профиля по горизонтальным стенкам. Вместе с тем, армированный полиамид, относящийся к композитным материалам, не уступает алюминию по прочностным характеристикам и обеспечивает совместную работу внутреннего и наружного профиля при восприятии горизонтальных ветровых нагрузок.
Следует отметить, что, несмотря на применение изолирующих вставок, термическое сопротивление профилей из алюминия остается более низким по сравнению с оконными профилями из других материалов. Так, приведенное термическое сопротивление наиболее распространенных ПВХ-профилей в зависимости от количества камер колеблется в пределах 0.5 — 0.7 м2 °С/ Вт, а у большинства теплых алюминиевых профилей изменяется в среднем от 0.35 до 0.45 м2 °С/ Вт.
Такое соотношение величин в основном определяется влиянием двух факторов:
1) интенсивным радиационным и конвективным теплообменом между стенками наружного и внутреннего профиля, обращенными внутрь камеры с термовставками;
2) более холодным (по сравнению с профилями из ПВХ) режимом краевой зоны стеклопакета.
На рис. 2.17 показаны комбинации рамы и створки алюминиевых профилей с повышенными теплозащитными характеристиками, достигаемыми:

• снижением интенсивности теплообмена во внутренней камере за счет заполнения пространства между вставками вспененным полиуретаном, имеющим низкий коэффициент теплопроводности — X = 0.04 ... 0.05 Вт/м °С (рис.3. а)
• за счет установки единой комбинированной термовставки с промежуточными продольными стенками (рис. 3. б).

Из рис. (см. рис. 2 и 3) хорошо видно, что алюминиевые профили не имеют ярко выраженной дренажной камеры. Из этого вытекает принципиальное отличие от профилей из ПВХ в решении узла примыкания наружного уплотнения к стеклопакету. Низкие прочностные характеристики ПВХ обуславливают необходимость применения пространственной структуры в решении наружной дренажной камеры. В алюминии такая необходимость отпадает, и остекление закрепляется в профиле изнутри штапиком, а снаружи — тонкой стенкой рамного или створочного профиля со вставленным уплотнителем.
Таким образом, алюминиевый профиль не имеет наружной воздушной прослойки в месте примыкания стеклопакета, которая создается в ПВХ-профилях за счет дренажной камеры и защищает краевую зону стеклопакета от промерзания. Вместе с тем, для алюминиевых профилей, также как и для ПВХ, необходим дренаж, что соответственно влечет за собой и все сопутствующие проблемы, описанные выше для ПВХ.

Рис. 3.  Алюминиевые профили с повышенными теплозащитными характеристиками:
а) с заполнением пространства между термовставками вспененным полиуретаном (система HUECK); б) с многокамерной термовставкой (система ВСМПО): 1 — профиль рамы; Г — профиль импоста; 2 — профиль створки; 3 и 3' — штапики; 4 - термовставка; 5 — уплотнители; 6 — дополнительный профиль; 7 — заполнение полиуретаном;
8 — стеклопакет