Основные характеристики алюминиевых окон

Конструкция алюминиевого профиля и роль терморазрыва

Системы алюминиевого остекления дома (алюминиевое остекление дома) представляют собой сборную конструкцию, основу которой составляет профиль, изготовленный из алюминиевых сплавов. В отличие от ПВХ или дерева, алюминий обладает высокой теплопроводностью — коэффициент теплопроводности составляет около 200 Вт/(м·К). Это означает, что без специальных мер металлический каркас будет активно передавать тепло из помещения наружу в холодное время года и внутрь в жару. Для решения этой задачи в конструкцию профиля вводится элемент, называемый терморазрывом.

Материал и способы изготовления профилей

Профили для окон производят методом горячего прессования (экструзии). Нагретую до температуры 450–500 °C заготовку из сплава алюминия (наиболее распространены сплавы серии 6060 или 6063 по международной классификации, содержащие магний и кремний) продавливают через формующую матрицу, получая сложное сечение с внутренними полостями. Толщина стенок профиля, регламентируемая ГОСТ 22233-2018, обычно составляет от 1,5 до 3,0 мм в зависимости от класса системы. После прессования профиль может подвергаться искусственному старению (закалке) для повышения прочностных характеристик: предел текучести достигает 160–200 МПа.

Сечения разрабатываются для обеспечения необходимой жёсткости и возможности установки терморазрыва. В «холодных» системах (без терморазрыва) профиль представляет собой единую алюминиевую камеру. В «тёплых» системах профиль состоит из двух отдельных алюминиевых частей — наружной и внутренней, соединённых термовставкой. Материалом для термовставки служит стеклонаполненный полиамид (PA66 GF25 — полиамид 6.6 с 25% стекловолокна), коэффициент теплопроводности которого составляет около 0,3 Вт/(м·К), то есть более чем в 600 раз ниже, чем у алюминия.

Терморазрыв из полиамида PA66 GF25 имеет ширину от 20 до 40 мм. Чем шире камера терморазрыва, тем ниже общий коэффициент теплопередачи профиля.

Соединение двух алюминиевых частей с термовставкой выполняется механическим способом — закатыванием, после чего конструкция дополнительно фиксируется полимерным клеем. Такая сборка выдерживает циклические нагрузки, возникающие при перепадах температур.

Как терморазрыв прерывает тепловой поток

Тепловой поток через оконный профиль распространяется по пути наименьшего термического сопротивления. В сплошном алюминиевом профиле это сопротивление ничтожно мало — термическое сопротивление 1 м² профиля без терморазрыва составляет менее 0,01 м²·К/Вт. Терморазрыв создаёт барьер, разрывающий металлическую цепь. За счёт низкой теплопроводности полиамида термическое сопротивление тёплого профиля возрастает до 0,6–0,9 м²·К/Вт.

Это позволяет снизить коэффициент теплопередачи оконной системы (включая профиль, стеклопакет, фурнитуру) до значений 1,0–1,5 Вт/(м²·К) для сертифицированных изделий. На внутренней поверхности профиля температура поднимается выше точки росы (при стандартных условиях 20 °C и влажности 55% точка росы составляет около +10 °C), благодаря чему исключается образование конденсата даже при наружной температуре до -25 °C. Эффективность терморазрыва подтверждается расчётами тепловых полей методом конечных элементов, которые выполняются при проектировании каждой системы.

Остекление, уплотнители и энергоэффективность

Типы стеклопакетов и их влияние на теплозащиту

Доля теплопотерь через остекление составляет до 70% от общих потерь окна. Поэтому стеклопакет — ключевой элемент, определяющий энергоэффективность конструкции. В алюминиевые оконные системы устанавливаются стеклопакеты с одной, двумя или тремя камерами. Наиболее распространены двухкамерные стеклопакеты толщиной 32–44 мм с дистанционной рамкой из тёплых материалов (нержавеющая сталь с термовставкой или полимерные композиты).

Для повышения теплозащиты применяются:

• стёкла с низкоэмиссионным покрытием (i-стекло): напыление оксидов металлов толщиной в несколько сотен ангстрем снижает излучательную способность поверхности с 0,84 до 0,03–0,08;
• заполнение камер инертными газами (аргон, криптон, ксенон): теплопроводность аргона (0,0177 Вт/(м·К)) почти вдвое ниже, чем у сухого воздуха (0,026 Вт/(м·К));
• мультифункциональные покрытия, одновременно отражающие инфракрасное излучение и снижающие солнечную нагрузку.

Коэффициент теплопередачи стеклопакета (U_sg) может составлять от 0,5 до 1,2 Вт/(м²·К) для лучших образцов. В сочетании с тёплым профилем приведённое сопротивление теплопередаче всего окна достигает 0,9–1,1 м²·К/Вт для типовых размеров створки 1200×1500 мм.

Уплотнители EPDM и герметизация конструкции

Герметичность оконной системы обеспечивается контурами уплотнителей, устанавливаемых в пазы профиля. Наиболее распространённый материал — этилен-пропиленовый каучук (EPDM), сохраняющий эластичность в диапазоне температур от -50 до +100 °C. Ресурс EPDM-уплотнителей составляет 15–20 лет без видимого растрескивания при условии защиты от прямого контакта с растворителями.

Стандартное решение — два контура уплотнения: наружный (притворный) и внутренний, иногда добавляется третий контур со стороны помещения. Уплотнители профилируются по форме притвора (например, губчатая резина с внутренними полостями). Сопротивление воздухопроницанию оконного блока при перепаде давления 100 Па должно быть не менее 600 м²·ч/кг для класса B по ГОСТ 26602.2-99. Герметизация обеспечивается не только уплотнителями, но и их правильной стыковкой в углах — на каждое соединение наносится вулканизирующий клей, а прямые участки свариваются встык.

Долговечность, коррозионная стойкость и уход

Анодирование и порошковая эмаль как защита

Алюминий сам по себе образует естественную оксидную плёнку толщиной 0,01–0,1 мкм, которая защищает металл от дальнейшего окисления в нейтральной среде. Однако для эксплуатации в условиях атмосферных воздействий (дождь, УФ-излучение, загрязнения) требуется искусственное покрытие. Применяются два основных метода.

• Анодирование — электрохимический процесс, при котором на поверхности алюминия формируется оксидная плёнка толщиной 15–25 мкм. Плёнка имеет пористую структуру, которая затем заполняется красителем и запечатывается в горячей воде. Такое покрытие обладает высокой твёрдостью (до 400 HV) и стойкостью к истиранию.
• Порошковая окраска — на профиль электростатически наносится полимерный порошок, который затем полимеризуется при температуре 180–200 °C. Толщина слоя составляет 60–120 мкм. Порошковые эмали устойчивы к УФ-излучению, не выцветают в течение 10–15 лет и могут быть глянцевыми или матовыми.

В морском климате (повышенное содержание хлоридов) рекомендуется анодирование с толщиной плёнки не менее 20 мкм или порошковое покрытие на полиуретановой основе, так как стандартные полиэфирные эмали могут разрушаться под действием солевого тумана.

Без покрытия алюминий в условиях промышленных атмосфер (с сернистыми газами) подвергается питтинговой коррозии, хотя скорость её невелика — около 2–5 мкм в год. Современные системы окраски полностью исключают контакт металла с агрессивной средой.

Срок службы и правила эксплуатации

Заявленный изготовителями срок службы алюминиевых окон составляет от 50 до 80 лет. Эти цифры основаны на лабораторных испытаниях и многолетнем опыте эксплуатации в различных климатических зонах. Фактическая долговечность зависит от следующих факторов:

• качество покрытия (анодирование или порошковая окраска);
• регулярность ухода (удаление загрязнений, осмотр уплотнителей);
• правильная первоначальная регулировка фурнитуры.

Уход заключается в мытье профилей и стеклопакетов нейтральными моющими средствами (pH 5–8) не реже одного раза в год. Нельзя использовать абразивные чистящие средства, так как они повреждают покрытие. Смазка подвижных частей фурнитуры (петли, замки) выполняется силиконовой смазкой или специальной смазкой для оконных механизмов каждые 6–12 месяцев. Уплотнители обрабатываются глицерином или силиконовым спреем для сохранения эластичности.

Коррозионная стойкость алюминия и защитных покрытий позволяет устанавливать такие окна в агрессивных средах — на берегу моря, в промышленных зонах, в банях и бассейнах (при условии дополнительной герметизации).

Особенности монтажа и выбора фурнитуры

Монтаж с исключением мостиков холода

Даже самая совершенная система терморазрыва в профиле не даст эффекта, если при установке окна не предусмотреть разрыв тепловой цепи между коробкой и стеной. Стандартная технология монтажа включает установку оконного блока в проём с креплением на стальные анкерные пластины. Пластины крепятся к коробке саморезами, а со стороны стены — дюбелями. Между коробкой и стеной оставляется зазор 15–30 мм, который заполняется теплоизоляционным материалом — обычно минеральной ватой или пенополиуретановой пеной с низкой теплопроводностью (0,03–0,04 Вт/(м·К)).

Чтобы исключить мостик холода, применяют:

• терморазъемные пластины (с полиамидной вставкой);
• напыление теплоизоляции на анкеры;
• установку окна в четверть проёма (для кирпичных и бетонных стен).

С внешней стороны шов закрывается герметиком, устойчивым к ультрафиолету, с внутренней — пароизоляционной лентой. Ошибки на этом этапе (например, отсутствие изоляции под анкерными пластинами) снижают общее сопротивление теплопередаче окна на 15–30%.

Фурнитура для разных типов открывания и взломостойкость

Алюминиевые окна комплектуются фурнитурой, рассчитанной на высокие нагрузки. Основные типы открывания:

• поворотное (распашное);
• откидное (верхнеподвесное);
• поворотно-откидное;
• раздвижное (слайдинг, параллельно-сдвижное);
• штульповое (створка нажимная с двойной посадкой).

Фурнитура изготавливается из оцинкованной стали, нержавеющей стали или цинковых сплавов (замки). Сопротивление взлому для окон стандартного класса обеспечивается цапфами и ответными планками. Окна с взломостойкой фурнитурой (по европейскому стандарту EN 1627) выдерживают нагрузку до 1,5 кН на створку при попытке отжимания. Для противовзломной защиты используются крюковые запоры, блокировщики поворота ручки и термоупрочнённые накладки.

Максимальная нагрузка на одну петлю типовой створки может достигать 100–150 кг, что требует точной регулировки в трёх плоскостях (гайки регулировки встроены в петлю).

Ручки выполняются из алюминия с порошковым покрытием или из нержавеющей стали, с возможностью блокировки ключом (для детских окон). Качество фурнитуры напрямую влияет на срок службы окна: некачественные механизмы требуют замены уже через 5–7 лет, тогда как фурнитура известных производителей (например, Siegenia, Maco, Roto) работает до 20 лет без замены при условии ежегодной регулировки.

Несущая способность и применение для панорамного остекления

Допустимые размеры створок и жесткость конструкции

Алюминий благодаря модулю упругости 70 ГПа (у ПВХ около 2,5 ГПа) позволяет изготавливать оконные конструкции с большими размерами, чем из ПВХ или дерева. Стандартные ограничения для поворотных створок — высота до 2400 мм, ширина до 1200 мм, площадь до 2,5 м². Для раздвижных систем (слайдинг) могут применяться створки высотой до 3000 мм и шириной до 2500 мм. В панорамном остеклении используются несущие ригеля из усиленного профиля (с толщиной стенки 2,5–3,0 мм), способные выдерживать ветровую нагрузку до 2,5 кПа (соответствует скорости ветра до 200 км/ч).

Для снижения прогибов под нагрузкой в профиль закладываются армирующие стальные вставки или дополнительные алюминиевые рёбра жёсткости. При ширине остекления более 6 погонных метров устанавливаются компенсационные промежуточные стойки. Расчёт на ветровую нагрузку выполняется на основе СП 20.13330.2016 для каждого конкретного объекта с учётом высоты здания и ветрового района.

Решение термического расширения алюминия

Температурный коэффициент линейного расширения алюминия составляет 24·10⁻⁶ м/м·°C. Для сравнения: у ПВХ — 80·10⁻⁶, у стали — 12·10⁻⁶. При перепаде температур от -20 до +40 °C алюминиевый профиль длиной 6 м увеличивается на 8,6 мм. Это создаёт риск деформаций и разрушения остекления, если не предусмотрены специальные меры.

Решения:

1. Установка компенсаторов расширения в местах стыка профилей крупных конструкций (вкладыши с зазором 10–15 мм).
2. Использование упругих прокладок (полиуретан, силикон) при монтаже стеклопакетов — стекло не должно иметь жёсткого контакта с рамой.
3. Свободное опирание фасадных стоек на анкеры, допускающее продольное скольжение.
4. Применение термошвов — вставок из пористого материала, которые сжимаются при расширении соседних секций.

Характерные щелчки, иногда слышимые при резких перепадах температуры, возникают именно при трении алюминиевых деталей друг о друга в местах конструкционных зазоров. Это не является браком, но при проектировании стараются минимизировать количество подвижных контактов, используя скользящие муфты с низким коэффициентом трения.

В многоквартирных домах иногда применяется специальный профиль с предварительным отпуском напряжений — термоотожжённый алюминий имеет пониженную склонность к короблению. Правильный учёт теплового расширения позволяет эксплуатировать алюминиевые окна без изменения геометрии в течение всего срока службы.

Видео