超低能耗建筑节能附框应用技术解析

林广利 程金学 张平 石飞
温格润节能门窗有限公司 上海 200002

摘要 通过门窗产生的能耗在整个建筑能耗中占比约为 40%，这其中除了门窗自身性能影响外，门窗安装造成的热损失占比也非常高。节能附框在超低能耗建筑上的应用既提高了建筑施工效率、降低洞口安装热桥，也一定程度的提升了门窗使用的舒适性、耐久性，降低安装热桥带来的系统风险。如此重要且有效的技术措施，如果在设计选型、安装实施过程中控制不利，势必也会带来极大的系统风险。本文着重分析超低能耗节能附框的基本属性、应用差异及选型关键因素，为超低能耗建筑门窗和节能附框设计选型提供一点参考。
关键词 节能附框，硬泡聚氨酯附框、安装热桥
1，节能附框应用的重要意义

近年来被动式超低能耗建筑发展极为迅速，伴随着各地区、各气候区超低能耗建筑节能设计标准的陆续发布，以及国家到地方的发展超低能耗的激励政策不断升级，各地区为响应国家“双碳目标”政策也分别制定了本地区的发展超低能耗建筑十四五规划目标，预计 2025年全国将完成超低能耗建筑至少超过 5000万平方米，部分地区从 2025 年开始将全面执行超低能耗建筑节能设计标准。

对于实现超低能耗建筑的技术路径，不同地区设计标准都结合本地区的气候特点、生活环境和习惯等因素，分别建立了不同的技术指标体系。在整个建筑外围护体系中，局部细节设计，例如门窗安装热桥的因素也是不可忽视的。而控制门窗安装热桥的有效措施之一就是使用结构和热工属性良好的节能附框作为建筑门窗与建筑结构之间的过渡安装构件，通过具体节点处理，最大限度的降低安装热桥所带来的能耗损失。
2021 年开始，上海地区明确提出了建筑外窗安装应采用节能附框预埋的安装方式。后期超低能耗建筑实施过程中，均采取节能附框作为外窗与结构洞口之间的连接构件，并根据建筑形式、技术要求、洞口墙身具体特点采用不同规格、不同材质、不同性能的节能附框安装形式。

节能附框所处的位置和发挥的作用是至关重要的。结构上，决定着超低能耗门窗的安装强度和安全；热工上，严重影响建筑门窗安装后与洞口形成的线性传热所带来的能耗损失以及后期的使用舒适度、耐久性等一系列问题和隐患。因此，节能附框选型、节能附框安装方式以及设计关键要点，对于将来超低能耗门窗使用过程的稳定性和可靠的使用寿命、降低外窗的系统风险，至关重要。
2，节能附框的基本要求

建筑门窗与洞口的连接部位一直是建筑外围护结构中比较薄弱的环节，也在实际建筑运行中经常发生水密气密性和冷桥带来的结露、发霉等问题。采用节能附框可以有效提高超低能耗建筑门窗洞口的施工质量，同时也可规范洞口尺寸，有利于成品窗的批量生产和安装，提高施工安装效率。节能附框作为建筑门窗洞口的一部分，和洞口形成一个整体。附框材质也多种多样，每种材料的附框性能指标和检验方法都有所差别，在实际项目应用中如果对附框设计要求不够明确，经常会造成附框没能发挥应有的作用，仅仅成为一个简单的连接过渡结构构件。有时甚至出现适得其反，因为附框的应用带来更多的诸如漏水、冷桥等问题。因此需要规范不同材质附框的使用方法、使用条件，针对不同材质附框的性能指标及其材料特性作出要求，并同时规定其对应的试验方法及检验规则，使得附框的应用更加标准化、规范化。

2021 年 3 月 9 日发布的 GB/T 39866-2021《建筑门窗附框技术要求》对于建筑门窗附框各类材质的性能指标和试验方法做出更加具体的规定，尤其针对不同材质的附框关键性能指标值和分级进行了规定，以保证附框产品的有效应用。例如，钢和铝附框对抗拉强度、耐盐酸性、耐碱性及耐盐雾腐蚀性等进行了规定；木塑、玻纤增强塑料和钢塑复合附框对密度、吸水率、硬度、强度、弯曲弹性模量、高低温反复尺寸变化率、耐候性、甲醛释放量等关键指标进行了规定；木附框则重点考虑了防腐剂透入度和型材握螺钉力等性能；石墨聚苯附框则是重点规定了表观密度、压缩变形强度和握螺钉力。同时，对应规定了每项性能指标的试验方法。
3，超低能耗建筑常见节能附框的分类

结合超低能耗建筑节能附框的具体项目实践，各品类节能附框对于建筑门窗安装过程的适用性不尽相同。对超低能耗门窗常见的节能附框信息进行系统整理比对，以便清晰认知各类附框的使用特性，便于实际项目选型参考。

通过以上的信息汇总和比对，我们可以看出这些品类的节能附框主体材料都具备几个重要特性。 低热导性：主体构造采用非金属材料制成，预埋或预先安装在门窗洞口中，主体构造材料的导热系数 很低，通常低于 0.2W/(m·K)，其中保温性能更加优秀的是硬泡聚氨酯材料和石墨聚苯材料的节能附框， 其主体材料导热系数低于 0.05W/(m·K)，能够有效的降低门窗洞口的安装热桥，提升洞口整体热工性能， 降低边部安装位置的结露、发霉、脱落等系统风险。 高强度：节能附框作为门窗安装过渡的连接构件，承载较强的荷载，其抗压强度、握钉力强度、角部 抗破坏强度等核心指标都要非常优秀。因此节能附框不易选用软性或较为脆性的材料制作，避免发生门窗 安装后自重较大带来的承压脆裂等问题，这些都会影响到后续的水密性、气密性等使用问题。 多种规格：附框通常作为门窗洞口安装的一个标准构件，与建筑 PC 预制过程密不可分，通常归属于 建筑门窗洞口预制阶段的使用材料。节能附框作为一款独立产品，往往可以适配于多品类的门窗系统，因 此具备多种标准规格可选。每种门窗也通常可以适配不同规格和品类的附框产品。根据安装节点的需要， 附框的宽度可以比窗框的宽度略小或略大。 疏水防水性能：附框预埋或后置安装于墙内洞口内，对于使用过程中的冷凝水汽等需要具备一定的疏 水特性，不宜采用容易吸水，或产生形变的材料，要具备较好的热稳定性、适中的热膨胀系数。
4，超低能耗节能附框选型需要重视的关键指标

超低能耗建筑对于门窗洞口节能要求较高，使用优质的节能附框是控制安装热桥的有效技术措施。超低能耗门窗通常系列比较大，框比较厚，玻璃配置高，整体门窗的自重较大。节能附框的质量特性、安装工艺、施工精度等对于超低能耗门窗后期使用可靠性的影响是至关重要的。

节能附框作为超低能耗建筑门窗洞口的一种结构连接构件，承载着实现超低能耗门窗与建筑结构可靠 连接、热工改善、水密气密等重要功能指标，对于超低能耗建筑门窗使用可靠性、耐久性有着重大影响， 因此在超低能耗门窗附框选型时，有以下几点核心指标需要重点关注：

① 超低能耗门窗节能附框的抗压强度要求高，如此厚重的超低能耗门窗，其重量承载至关重要，如 果附框采用脆性材料且全空心构造，不增加承载措施的话，其抗压强度无法满足节能附框标准要求，将来 承压后，使用过程中一旦造成断裂损坏，势必会造成批量窗体易于下坠，下底部开裂渗漏水等隐患问题。

② 超低能耗门窗的节能附框握钉力要求高：如此重的门窗是要通过螺钉穿过窗框，直接连接到附框 上的，如果附框的握钉力达不到附框标准的要求，将来存在窗框脱落等重大隐患。因此在附框的断面构造 中，应该有增加握钉能力的辅助措施，比如填充实芯木块、钢片反向锁紧装置、钢管增强等措施，需要注 意的是实际使用过程中，这些增强措施是否能够有效的实施，充分的发挥作用，达到和设计及检测报告一 致的使用效果。

③ 超低能耗门窗用附框的角部抗破坏能力要求高：附框结构作为窗框与墙体结构过渡构件，通过一 系列措施进行水密性和气密性加强，但是如果附框角部破坏了，将来从洞口的角部会出现渗漏水的系统性 风险。因此也要特别关注附框的组角工艺是否可靠，角部的螺钉或角码是否可靠，角部是否具有增强水密 性的措施等等。

④ 超低能耗门窗节能附框的保温性能是根本要求：附框的应用，一方面实现更高效率的施工安装， 另一方面通过附框低热导性改善窗框与墙体连接处的安装热桥，进一步改善洞口非透明部分的温度场，实 现更好的热工性能，降低结露风险和隐患，从而提高门窗使用的舒适性、可靠性、和健康性（减少发霉隐 患）。如果附框选型时不关注附框的节能属性，对于超低能耗门窗安装后的安装线性热桥不加以模拟计算 或控制，最终会在外围护结构的立面热成像检测中发现其对整体结构热工性能的影响。目前部分地区超低 能耗整窗保温性能的计算不涵盖附框安装之后的热桥计算，因此对于附框本身的热工性能不够重视，对于 夏热冬冷地区，高温潮湿，结露发霉的隐患也是存在的，因此也是建议对超低能耗节能附框的结构安全及 热工安全给与更大的关注。
5，超低能耗节能附框的安装方式分析

根据不同项目的具体施工特点和节能设计要求，超低能耗项目实施过程中通常有以下两种常见的附框 安装方式，各具不同的优势特点。

①PC 预埋的安装方式。这是附框最基本也是最常规和标准的安装方式。将附框及相关连接构件组合 后，由 PC 厂完成与墙体构件的预制。以硬质聚氨酯节能附框为例，根据洞口尺寸要求，将附框通过专用 聚氨酯胶及角码进行角部连接后，将预埋连接构件与附框组合后，由 PC 厂家同墙体构件一起完成浇注预 制。附框与墙面可以平齐或突出 20mm 左右。预制节点见图 5-1 的 PC 预埋硬泡聚氨酯附框节点示意图：

PC 预埋的超低能耗附框安装方式有诸多优点，比如：
1）. 附框与洞口墙体形成整体，墙体与附框连接部位形成较好的水密性气密性；
2）. 干法施工更有利于整体施工效率的提升，门窗进场安装时间更加灵活控制，降低门窗交期对项
目工期的影响。
3）. 标准化洞口尺寸，更易于控制门窗安装精度，利于安装效率提高；
4）. 门窗安装过程较为简单，工期短、成本低；
5）. 更好的减轻安装热桥对洞口热工的影响，等温线更加平直，13 度等温线不易穿过实芯墙体带来
明显热桥效应。
6）. 有利于提升门窗洞口的视觉设计效果。附框高度对于门窗可视面的非透明部分影响较小。
7）. 安装强度、缝隙的节点处理设计更容易达成较好的设计效果，比如更简单有效的发挥防水透汽
膜和防水隔汽膜的作用。
该安装方式也有一些不足，需要在实施过程中尽量采取加强监督控制的措施，规避风险。
1）. 对 PC 预制工艺精度要求较高，必须要保证附框的尺寸精度及预埋后洞口平整，避免对于门窗安
装配合的过大影响。
2）. 附框材料的物理特性，比如温度变形量、吸水率，强度及形状精度等对预制效果的影响大
3）. 附框厂家与预制厂家之间需要更加紧密协作配合；
2 附框的后置安装

部分项目的附框安装因为施工工序和时间节点等因素，不得不采取洞口预制完成后再行安装附框的方
式。这种方式有的洞口预留碛口进行附框安装，有的直接将附框安装于洞口平面上。其基本安装工艺是将
附框根据洞口设计尺寸进行切割，再用锚栓按照既定节点工艺固定到实体洞口四周，缝隙做好发泡填充密
封，通常附框安装与洞口的外侧平齐。安装节点见图 5-2.1.

后置安装的一般问题在于没有最大化发挥出节能附框对窗框进场周期灵活可控的贡献，同时附框后置 安装对于洞口制作精度，与附框尺寸规格的匹配度控制要求更高。超低能耗门窗安装过程，配合防水透汽 膜和防水隔汽膜的施工要求，附框后置安装通常要求与窗框同时进场并施工，加大了项目整体施工工序的 控制难度。另外附框后置安装对于洞口可视面非透明部分的宽度增加，“一定程度”的缩减了窗口面积， 对于洞口的采光性能、冬季太阳得热等都会带来不利影响。

以下几种后置安装形式中，门窗与建筑洞口不同安装位置及保温连接形式，也会带来较大的热工性能差异

安装位置 A、B 和 C:属于常见后置安装方式，A 和 B 为墙体居中安装，外保温未对框体作有效覆盖， 亦未采用节能附框过渡，形成非常明显的安装线性热桥，对洞口安装后的整体热工性能带来较大不利影响， 也增加了洞口装饰面结露的风险，容易形成局部的发霉、老化、细菌滋生、墙体脱落等使用问题。C 方案 属于洞口外齐平安装，窗外立面与主体建筑外立面齐平安装，但也没有采用节能附框，保温覆盖不充分。 此安装方式更有利于采光，提高洞口的太阳得热系数，但从热工上看，等温线虽明显向室外偏移，可 13 度等温线仍局部穿透墙体边缘，形成安装节点位置的结露发霉风险。安装位置 D 属于被动式安装方式，是 外挂安装形式，洞口纵向断桥处于一个平面，等温线也更加向洞口外侧、保温层内移动，且非常平直，不 穿过实芯墙体，对整个洞口的热工性能提供最可靠的保障，有效降低结露发霉风险。
6，超低能耗门窗节能附框应用案例

我们以硬泡聚氨酯节能附框为例，对超低能耗门窗附框实施过程中一些问题作以介绍。 硬泡聚氨酯附框是一款综合性能优秀、稳定可靠的附框产品。采用硬泡聚氨酯发泡工艺与内部加强附 件（钢制件或铝制件）一体浇筑而成的一种保温型的附框。可整段或分段预埋或预先安装在门窗洞口中， 用于固定或支撑门窗的杆件系统；结构示意图见图 6-1

图中：1、混凝土墙；2、聚氨酯节能附框；3、发泡剂；4、窗体；5、附框预埋件；6、防水隔汽 膜；7、防水透汽膜；8、装修完成面；9、保温墙；10、漆饰面；11、窗台板；12、密封带；13、方 管；14、第一螺钉；15、第二螺钉；16、第三螺钉。

硬泡聚氨酯附框具备一些突出的特点，也特别适合对于超低能耗门窗洞口的附框选型要求。

1）.材料的导热系数极低，通常低于 0.05W/(mK) ，附框综合热工性能优秀。有效的降低洞口安装 热桥带来的不利影响。通过模拟可以看出其安装后非透明部分线性传热系数极低。

2）.具备优秀的物理特性，该附框结构接近实芯体，中部为钢质结构，强度较高，具备承受较大荷载 的抗压强度。中部壁厚 1.5mm 的钢管对于螺钉的握钉力更高，通常大于 2300N，形成可靠的安装强度。

3）硬泡聚氨酯附框的组角工艺。下图为硬泡聚氨酯附框常见的规格及构造

4）.硬泡聚氨酯附框安装要点。

按照标准施工工艺要求，首先要在附框四周固定钩型预埋件，使用ST4×40盘头自攻螺丝固定于附框 内铝方管腔体上（方管中心距离附框外侧35mm）。通常预埋件距附框两端不超过150mm，预埋件之间距 离不应大于500mm。

在混凝土墙板制模时，应根据设计要求及附框规格确定准确位置；若采用非金属模板时应在附框高宽 方向采用辅助框或木板条辅助支撑。

附框采用非预埋方式安装时应符合下列规定：墙体洞口应预留对应附框规格槽口，应在室内外粉刷、 找平、刮糙等湿作业完工前安装附框。应使用木楔将附框临时固定，垂直度、水平度应符合尺寸偏差要求； 附框周边与墙体接缝处使用微膨胀防水砂浆塞缝密实。

5）.硬泡聚氨酯附框应用项目节点示例

硬泡聚氨酯节能附框在上海等地区超低能耗项目上已有广泛应用，下图为上海某大型超低能耗住宅项 目的外窗洞口附框安装节点图参考

该项目外窗采用 WG75 Light 系列铝合金聚氨酯复合窗，窗框传热系数低于 1.05W/(m2K)，配置三玻两腔双层单银高透 LOW-E，充氩气配置暖边间隔条。整窗传热系数可实现 K 值 1.2W/(m2K).采用硬泡聚氨酯节能附框预埋安装工艺，安装后洞口综合传热系数低于 1.25W/(m2K)，安装线性传热Ψinstall 低于 0.030W/(m·K)，充分满足该超低能耗项目对于外窗洞口的各项技术指标要求
7，总结

超低能耗和近零能耗建筑标准不断更新升级，对于门窗的节能指标要求也越来越高。同时我们也注意 到，新的标准和规范将更加重视对于洞口施工后整体性能的保障措施，尤其对于关键部位的施工节点、关 键连接构件的技术细节提出更加明确、细致的技术要求。节能附框作为超低能耗门窗安装的工艺必不可少 的构件之一，其设计选型和施工安装过程对于超低能耗建筑验收以及项目后期运行可靠性的影响，也越来 越被重视。我们通过对目前市场上常见的超低能耗节能附框进行梳理，以及节能附框关键质量特性的分析， 更加清晰的了解各品类节能附框的技术优势及特点，对于项目设计选型提供更具实用价值的参考。
参考文献
[1]《建筑门窗附框技术要求》，GB/T 39866-2021
[2]《温格润铝合金聚氨酯（PU）节能门窗》，2023CPXY-J476