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建筑外門窗：就是通過設(shè)計結(jié)構(gòu)和材料選擇及材料加工的成品窗及配套產(chǎn)品與建筑的安裝處理達到提高節(jié)能效果的門窗產(chǎn)品。
摘要： 窗戶是建筑的外墻圍護，解決采光、通風(fēng)、保溫、防風(fēng)、隔音、防水、防盜、防火等功能，由型材、玻璃、EPDM膠條、五金件、窗臺板及窗套等材料結(jié)構(gòu)設(shè)計而成，不是材料的簡單組合，窗戶的結(jié)構(gòu)設(shè)計及使用的材料加工和安裝工藝會直接影響到窗戶的各項性能。
關(guān)鍵詞：“高熱阻”建筑節(jié)能外窗 窗臺板 窗套 EPDM發(fā)泡膠條 舒適度 防水、防滲漏、防結(jié)露 五金件防火防撬 加工、安裝工藝規(guī)程嚴(yán)格執(zhí)行
前言
我國的建筑節(jié)能門窗經(jīng)過四十多年的快速發(fā)展，取得令世界矚目成就。但我國高能耗建筑所占比例巨大，超過90%的比例，尤其值得注意的是，大型公建項目占城鎮(zhèn)總建筑面積小于10%，但其能耗總量(用電量不包括采暖用電為100-300千瓦時/年.m2)單位建筑能耗比同氣候條件下的發(fā)達國家高出2-3倍。建筑外圍護結(jié)構(gòu)的性能也相差甚遠，外墻傳熱系數(shù)是歐洲的3.5-4.5倍，外窗是2-3倍，屋面為3-6倍，門窗的空氣滲透（詞條“空氣滲透”由行業(yè)大百科提供）是3-6倍。作為建筑能耗的關(guān)鍵部位 -- 門窗系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計將會對建筑能耗起到至關(guān)重要的影響;而在歐美等發(fā)達國家已經(jīng)超過60%以上，歐洲和北美地區(qū)節(jié)能門窗的總規(guī)模早已突破2億m2，這也是我國建筑總能耗相比如此巨大的重要因素之一。
節(jié)能建筑（詞條“節(jié)能建筑”由行業(yè)大百科提供）近年來的快速發(fā)展，是不是實現(xiàn)我國節(jié)能減排戰(zhàn)略目標(biāo)提供基本保障，尤其作為建筑節(jié)能的典范，超低能耗建筑的逐步發(fā)展，也將帶動相關(guān)技術(shù)、工藝、材料、設(shè)計和施工等產(chǎn)業(yè)的提升。
建筑節(jié)能還處于發(fā)展階段，各地方節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)也不均衡，以及建筑節(jié)能門窗與建筑的不匹配，使用門窗的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)還比較低，市場上門窗產(chǎn)品魚目混珠，比較混亂，市場監(jiān)督不足等情況，節(jié)能窗的傳熱系數(shù)還在2.0-3.0w/m2.k左右，嚴(yán)寒地區(qū)也保持在2.0w/m2.k左右，1任重而道遠。國家政策在積極推進綠色生態(tài)建筑，強化并提高門窗產(chǎn)品的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，并與國際標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證進行接軌，我國的建筑節(jié)能體系將整體大幅提高，節(jié)能和減低能耗同時市場發(fā)展前景空間廣闊，在歐美國家，節(jié)能減排措施已經(jīng)取得很大程度的進展，全面降低能耗85~95%以上是發(fā)展方向。
歐洲國家窗戶以內(nèi)平開內(nèi)下懸為主，對提高門窗各項性能有幫助，沒有外開窗或推拉窗，門窗傳熱系數(shù)為1.0w/m2.k左右，甚至更低，門窗的隔熱斷橋?qū)挾然径际?40mm，并在型材腔體填充保溫材料，要求在2020年全面實現(xiàn)降低能耗95%以上，這就意味著門窗的傳熱系數(shù)要Uf≤0.8w/m2.k，氣密性能≤0.3m3/m.h，氣密和保溫性能是互相受影響的，氣密性直接影響門窗的保溫和結(jié)露，因此對于門窗的結(jié)構(gòu)體系和材料，包括：型材、玻璃、膠條、五金、窗臺板及窗套、加工工藝、安裝方法等附件都提出了更高的技術(shù)及產(chǎn)品性能要求。
對于門窗型材要達到這一要求是有很大難度的，它的Uf值一定要<1.0 w/m2.k，目前只有塑窗和木窗型材可以滿足要求，而鋁型材（詞條“鋁型材”由行業(yè)大百科提供）斷橋窗為實現(xiàn)這一目標(biāo)，在隔熱條材料的斷橋上下足了功夫，最大的隔熱條做到>70mm左右，并采用多腔結(jié)構(gòu)，增加材料成型的難度，但為了解決問題，還必須這樣做，結(jié)果導(dǎo)致材料成本驟增，不利于產(chǎn)品的應(yīng)用和推廣，所以市場對于節(jié)能門窗還是以塑窗為主，包括歐洲市場，在德國的建材超市貨架上基本都是塑窗，肯定是它的銷售價格比較合理，節(jié)能效果好有關(guān)。
為實現(xiàn)綠色超低能耗建筑門窗的目標(biāo)，經(jīng)過多年的努力和技術(shù)研發(fā)，追求產(chǎn)品不斷創(chuàng)新的理念，“上海茵捷建筑科技有限公司”研發(fā)出新的專利技術(shù)“高熱阻”建筑節(jié)能外窗產(chǎn)品，可以滿足市場需求。“高熱阻”節(jié)能外窗產(chǎn)品，其物理性能指標(biāo)均高于同類其他產(chǎn)品，同時窗戶型材的傳熱系數(shù)Uf值可以實現(xiàn)<1.0w/m2.k，從根本上解決了鋁門窗節(jié)能的傳熱系數(shù)Uw不能<0.8w/m2.k的格局，從結(jié)構(gòu)設(shè)計上實現(xiàn)等壓、等強、等伸縮的物理性能。
節(jié)能外窗通過結(jié)構(gòu)設(shè)計采用三玻兩腔或四玻三腔的玻璃可以實現(xiàn)超低節(jié)能門窗要求，如果采用真空玻璃也能滿足性能要求，可以減輕窗戶的重量，也實現(xiàn)超低能耗鋁合金門窗節(jié)能上的輕薄技術(shù)突破，窗戶的結(jié)構(gòu)、型材、玻璃、五金、膠條、加工及安裝方法等都提出了技術(shù)、產(chǎn)品性能要求。
門窗作為建筑的外墻圍護結(jié)構(gòu)，需要解決采光、通風(fēng)、保溫、防風(fēng)、隔音、防水、防撬、防火、抗老化等功能，產(chǎn)品是由型材、玻璃、EPDM膠條、五金件、窗臺板及窗套等材料設(shè)計組合而成，其并不是材料的簡單組合，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計以及材料的選擇來實現(xiàn)，加工和安裝工藝的細(xì)節(jié)會直接影響到窗戶的各項性能指標(biāo)，以及安全性、可靠性的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，詳見圖1。
圖1窗戶要滿足性能要求
一、設(shè)計理念
實現(xiàn)這一目標(biāo)，頂層設(shè)計理念是關(guān)鍵。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計、安裝設(shè)計、選材、加工、組裝工藝的設(shè)計，每個環(huán)節(jié)都很重要，不是行業(yè)內(nèi)流行的“三分設(shè)計、七分安裝”，而是“門窗3分要檢測+安裝7分需認(rèn)證=10分安全有保障!”的原則，我的理解是“十分設(shè)計、十分加工組裝、三分檢測認(rèn)證、七分安裝認(rèn)證”才能達到“十分安全和性能保障”�？梢员ＷC門窗壽命與建筑一致，建筑外窗使用壽命達到30～50年，很多建筑能耗可以降低，并實現(xiàn)零售后服務(wù)。
二、材料的選擇
2.1玻璃的選用
玻璃的選用是實現(xiàn)節(jié)能的重要環(huán)節(jié)，所占節(jié)能外窗的比例最大，目前歐洲市場上多以三玻兩腔和四玻三腔為主，及夾膠+中空玻璃+暖邊間隔條，并且雙銀鋼化超薄玻璃（詞條“超薄玻璃”由行業(yè)大百科提供），腔內(nèi)氣體填充，解決保溫、隔音及防盜，玻璃的傳熱系數(shù)Ug<0.7 W/m2.K。不提倡采用真空（詞條“真空”由行業(yè)大百科提供）玻璃，建筑門窗Uw通過建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及安裝方式來解決整個洞口外窗
及墻體的傳熱系數(shù)和結(jié)露方案。玻璃傳熱系數(shù)在填充氣體狀態(tài)下Ug見下表1
表1三玻兩腔玻璃不同中空間距的玻璃傳熱系數(shù) 單位W/m2.K
2.1.1玻璃新技術(shù)
國內(nèi)市場玻璃的選用多采用真空玻璃+中空、三玻兩腔或雙片真空玻璃，其雙片真空玻璃傳熱系數(shù)最低可達到0.19 W/m2.K，包括玻璃暖邊間隔條的設(shè)計和使用，也是技術(shù)創(chuàng)新和突破，對于產(chǎn)品的選擇應(yīng)用，要看建筑的設(shè)計要求來決定。
隨著創(chuàng)新產(chǎn)品、新材料的日新月異發(fā)展，無極變色玻璃等新產(chǎn)品的出現(xiàn)，可以替代Low-E玻璃和內(nèi)外遮陽的產(chǎn)品，實現(xiàn)節(jié)能智能化，從而解決玻璃遮陽的根本問題，其性能可見下表2，可以比較出與現(xiàn)有產(chǎn)品的差異。
表2無極變色玻璃光學(xué)及熱學(xué)的性能
2.1.2暖邊(柔性)間隔條的應(yīng)用
暖邊間隔條技術(shù)源于歐洲，何謂“暖邊間隔條”：目前在國際上公認(rèn)的暖邊間隔條(柔性暖邊)定義是依據(jù)EN 10077標(biāo)準(zhǔn)提出的定義方法。評價間隔條保溫隔熱性能的優(yōu)劣，主要看間隔條阻隔熱量傳遞的能力;一般來說，熱量通過間隔條傳遞到另外一側(cè)的多少，取決于熱量的傳遞路徑及材料的導(dǎo)熱系數(shù);標(biāo)準(zhǔn)把傳遞路徑的材料厚度及材料的導(dǎo)熱系數(shù)乘積加權(quán)求和，就得到一個單位溫差下通過間隔材料的傳熱量，我們可以稱之為間隔條的導(dǎo)熱因子，其計算公式如下公式(1)，這個值不大于0.007W/K，我們就稱之為暖邊間隔條，反之，稱之為冷邊間隔條。通過定義，我們明顯看出，導(dǎo)熱因子越低的間隔條，其材料的阻隔熱量傳遞的能力就越強，材料的保溫性能就越優(yōu)秀。
根據(jù)這個定義，我們對鋁間隔條計算其導(dǎo)熱因子為0.112W/K，壁厚為0.35mm的普通不銹鋼（詞條“不銹鋼”由行業(yè)大百科提供）間隔條的導(dǎo)熱因子0.016 W/K，所以它們都是冷邊間隔材料;對于典型暖邊間隔材料的玻纖增強型復(fù)合間隔條，我們計算得出其導(dǎo)熱因子為0.0006 W/K，遠遠低于標(biāo)準(zhǔn)上限值，所以玻纖增強性暖邊間隔材料是真正的暖邊間隔條，也是目前公認(rèn)的隔熱性能最好的暖邊間隔材料。
目前國內(nèi)市場常見的多種品牌暖邊間隔條，其材質(zhì)、工藝各不相同，所表現(xiàn)出的性能也是良莠不齊。表3列舉了各種暖邊間隔材料的導(dǎo)熱系數(shù)。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)為160 W/(m·k)，因此作為性能最優(yōu)的玻纖增強型暖邊或柔性暖邊技術(shù)材料，其隔熱性能必傳統(tǒng)的鋁管提升了1000多倍
為獲得最佳的門窗保溫性能，就必須確保門窗各個組成部分均具備優(yōu)良的保溫特性，同時最大限度的避免局部連接位置的熱橋問題。
對局部的節(jié)能設(shè)計是以往容易被我們忽視的，但卻是非常關(guān)鍵的節(jié)能改善途徑，通過對于一定的框玻比及長寬比的玻璃窗進行熱工模擬計算，我們發(fā)現(xiàn)熱量通過玻璃邊部流失比例占整窗的流失比例可高達20%，這對于整窗性能的影響是巨大的，因此我們需要使用暖邊(柔性)間隔材料實現(xiàn)最大限度的降低玻璃邊部的線性傳熱損失。
圖2門窗熱量流失途徑示意圖
由于金屬材質(zhì)的冷邊間隔條在玻璃嵌入框體的部位形成了熱橋，我們對典型的住宅窗戶室內(nèi)測表面溫度進行紅外探測后發(fā)現(xiàn)，玻璃與框體交界的區(qū)域溫度通常會較低，主要是由于冷邊間隔條熱橋影響，一般影響范圍在距離框邊63mm以內(nèi)的區(qū)域。通過紅外成像檢測的熱流分布如圖3所示;通過曲線圖可以看出，相同條件下，使用暖邊間隔條可以有效提高室內(nèi)測表面溫度。
圖3窗室內(nèi)側(cè)表面熱流分布示意圖
2.2型材的選用
鋁合金門窗的型材選擇，主要體現(xiàn)在型材的材質(zhì)、隔熱材料和壁厚上，目前市場銷售的型材基本上以6063-T5，為保證型材的強度和剛度（詞條“剛度”由行業(yè)大百科提供），建議選用6063-AT6材質(zhì)，根據(jù)不同區(qū)域及窗戶的分格，以及建筑高度計算型材的壁厚，實現(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)化，但是型材壁厚應(yīng)≥1.8～2.2mm，解決窗框的抗沖擊和防撬性能。
2.3五金、膠條、組角膠的選用
2.3五金件的選用
門窗五金件是直接影響門窗的各項性能關(guān)鍵產(chǎn)品，不僅僅解決開關(guān)問題，它與門窗的氣密、保溫、隔音等性能密切相關(guān)。建議廣泛采用隱藏式合頁系統(tǒng)五金，蘑菇頭鎖點，可以充分提高窗戶的承重、氣密、水密、防撬、防火、抗沖擊等性能，防止掉扇和脫落。
門窗五金件是門窗的“心臟”，五金件的材質(zhì)和加工工藝很重要，解決窗扇與窗框鎖點連接安全可靠，并有足夠的承重力，防止掉扇角，目前國內(nèi)市場窗五金一般采用都是兩點或四點鎖，這是不對的，很多較大尺寸的窗戶應(yīng)采用8～10點鎖才能滿足基本功能要求，可整體解決氣密、降低噪音、抗風(fēng)壓（詞條“風(fēng)壓”由行業(yè)大百科提供）、防撬，國內(nèi)五金企業(yè)研發(fā)的防火、防撬、抗沖擊五金對提高門窗性能具有重大意義。
2. 4門窗膠條選擇
建筑門窗膠條作為主要配套部件之一，在門窗中所占比例很小，其作用很大，解決防水、密封、隔音、防塵、防凍、減震、保溫及節(jié)能的作用。門窗結(jié)構(gòu)采用多腔及EPDM的發(fā)泡復(fù)合材料（詞條“復(fù)合材料”由行業(yè)大百科提供），復(fù)合膠條的物理性能要高于其他產(chǎn)品，對于提高門窗不同位置(框扇間、玻璃內(nèi)外、中部等壓、結(jié)構(gòu)伸縮膠條的壓縮量、回彈力要求)的氣密、水密、保溫、抗紫外線、耐溫、抗老化性能有很大的幫助，針對不同地區(qū)選用的材料是很必要的。
建筑密封條主要由具有良好彈性（詞條“彈性”由行業(yè)大百科提供）和抗壓縮變形、耐老化、臭氧、化學(xué)作用、較寬的使用溫度范圍(-40℃-+120℃)的三元乙丙橡膠(EPDM)橡膠發(fā)泡與密實復(fù)合而成，通過斷面的合理設(shè)計及驗證，滿足堅固耐用，利于安裝，提高整體性能。不同材質(zhì)的膠條適用的溫度范圍：
PVC 材質(zhì) (-25℃-60℃)
EPDM 材質(zhì) (-60℃-150℃)
MVQ 材質(zhì) (-60℃-300℃)
TPV 材質(zhì) (-40℃-150℃)
等壓膠條的設(shè)計是膠條重點，常規(guī)做法按德系要求大同小異，基本可以滿足窗的氣密、水密性能要求，但是膠條結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅僅滿足這兩點，等壓膠條的關(guān)鍵點是解決氣密性能、隔熱保溫、水密和隔聲等性能，等壓膠條是窗框與窗扇之間的主要載體，有承上啟下的作用，往往在門窗設(shè)計時忽略了這些，不是設(shè)計越復(fù)雜越好，關(guān)鍵要做適合滿足不同區(qū)域門窗性能的產(chǎn)品，復(fù)雜問題簡單化，解決環(huán)形密封是關(guān)鍵，作為門窗的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選材必須要引起高度重視。
2. 5雙組份組角膠的應(yīng)用
雙組份組角膠的應(yīng)用是很重要的，對于節(jié)能窗框架角部處理，不僅僅是組角機組好就完事了，要通過注膠孔將雙組份組角膠注入角碼與型材腔體結(jié)合的間隙通道處，使其與型材和角碼之間充分粘接，增加角部強度的同時也起到了防水的功能，保證外門窗框架結(jié)構(gòu)的安全可靠性。
2. 6窗臺板和窗套的應(yīng)用
窗臺板是窗戶室外側(cè)的一排水板，采用鋁型材或鋁板制作成型，并與窗戶框進行連接，或室外側(cè)增加窗套，從而達到防水、防滲漏、保溫、防發(fā)霉、美觀等功能要求。
三、室內(nèi)溫度的控制
為了防霉菌生長，在室內(nèi)空氣相對濕度人體感到舒適的范圍為30%～60%之間，這樣窗設(shè)計應(yīng)取極限即相對溫度為65%時不結(jié)露，這時露點溫度（詞條“露點溫度”由行業(yè)大百科提供）為13.2℃，因此窗的內(nèi)表面溫度最低點位置應(yīng)保持在13℃以上。
圖4“高熱阻”節(jié)能外窗
四、門窗安裝的要求
門窗的加工制作、現(xiàn)場安裝工藝是門窗的很關(guān)鍵流程，門窗的結(jié)構(gòu)設(shè)計和選材是主要環(huán)節(jié)，加工制造及安裝是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)和細(xì)節(jié)都必須嚴(yán)格執(zhí)行到位，“百分百的設(shè)計、百分百的加工、組裝和安裝，達到客戶的真正滿意，實現(xiàn)產(chǎn)品的品質(zhì)提升。
根據(jù)窗戶的框架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)要求，采用不同的氣侯區(qū)域特點，來滿足室內(nèi)的舒適、健康的要求，所以無論從理論到實踐來看，從不同氣候環(huán)境分析，從而達到從設(shè)計到安裝要求更符合氣侯特點，并且符合建筑節(jié)能及安全的條件。并且需要解決門窗及洞口的問題：
.外窗受氣候影響而產(chǎn)生的變動
.建筑外窗的安裝位置
.外窗與墻體間的密封
.外窗與洞口間縫隙的保溫
.外窗與洞口間產(chǎn)生的運動及公差
.外窗結(jié)構(gòu)性向外排水
.安裝的各項應(yīng)力（詞條“應(yīng)力”由行業(yè)大百科提供）排除
.框架的固定（詞條“固定”由行業(yè)大百科提供）方式
根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的墻體，應(yīng)選用不同材質(zhì)結(jié)構(gòu)的緊固件實現(xiàn)外窗與墻體安全和可靠的連接，同時化解熱脹冷縮（詞條“熱脹冷縮”由行業(yè)大百科提供）產(chǎn)生、建筑運動、自重、正負(fù)風(fēng)壓及極端天氣等產(chǎn)生的應(yīng)力。
建筑外窗結(jié)構(gòu)密封設(shè)計非常重要，它直接關(guān)系到建筑外窗的氣密、保溫、防水等性能。建筑外窗結(jié)構(gòu)密封主要通過密封膠條、防水材料、保溫材料、密封膠、窗臺及窗套等密封系統(tǒng)來實現(xiàn)。建筑外窗密封系統(tǒng)包括：
.玻內(nèi)玻外的密封
.玻璃與框體的密封
.框扇的密封
.外窗與墻體的密封
.窗框與窗框的密封
.外窗與室外的密封
.外窗結(jié)構(gòu)性外排水
.外窗與室內(nèi)的密封
.室外與室內(nèi)的密封
外窗及洞口的安裝需要滿足建筑物理學(xué)要求，實現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境的舒適、健康的生活環(huán)境。
通過標(biāo)準(zhǔn)化安裝工藝，保證建筑外窗與墻體、洞口的連接安全可靠，保證建筑外門窗無熱橋，并提升抗風(fēng)壓、位移的變化、防水、氣密、保溫、隔音性能，減少或不釆用采暖或空調(diào)設(shè)備保持室內(nèi)的溫度和濕度、健康的舒適度。
五、結(jié)束語
綜上所述，門窗的設(shè)計理念在最初時結(jié)構(gòu)設(shè)計時要充分考慮各種不利因素導(dǎo)致的各種問題，并通過結(jié)構(gòu)設(shè)計解決，以及要滿足什么建筑的要求，并在實際操作中進行控制。
隨著綠色建筑和建筑節(jié)能改造的逐漸推廣與應(yīng)用，建筑新產(chǎn)品和新技術(shù)將不斷涌現(xiàn)，對我國的建筑業(yè)發(fā)展起到積極推動作用。
參考文獻
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