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

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