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如何保证被动式低能建筑系统门窗的气密性能
类别:技术交流   日期:2019-4-24  来源:总工之家  点击率:3048  打印 关闭

 

 :本文通过论述决定被动式低能耗门窗保温的性能要素,分析控制门窗气密性的技术措施,发挥系统门窗在被动式建筑中优越物理性能,最大程度满足使用舒适度和能效理念的要求,以期引起社会各界对低能耗系统门窗的关注。

关键词:UPVC门窗、被动式低能耗、保温、气密性

1 前言

目前我国建筑能耗约占社会总能耗的30%,在保证合理舒适度情况下,最大限度地降低建筑能耗,已经成为国策。门窗作为被动式建筑围护结构的重要组成部分,其散热损失占整个外围护结构的50%左右,因此高性能门窗是实现被动式建筑的先决条件,对于门窗材料的选择、加工以及安装质量应该给予高度重视。

维卡塑料(上海)有限公司是德国维卡集团在中国独资建立发展20年的优质系统门窗供应商,也是uPVC门窗先进技术和促进国家及行业标准的先驱者,在被动式低能耗系统门窗研发和应用上积累了大量经验,以下针对决定被动式门窗保温性能的气密性展开讨论。

2 决定门窗保温性能的因素

评价被动式门窗的性能,最主要是保温性能,其决定因素和保温隔热比参考如下:

1)门窗传热系数U值(或者K值): 50~60%;

2)门窗的气密性能: 25~30%;

3)遮阳:15~20%

为了满足被动式建筑热舒适度要求,门窗的传热系数U值是考核门窗保温性能的关键指标。由于欧洲和中国的检测方法(窗型、测试温度温差及风速等边界条件)的不同,传热系数指标要求也略有不同。例如按照德国PHI的要求,被动式门窗安装后的传热系数Uw,installed≤0.85W/(m2·K);根据我国测试方法差异,安装后整窗传热系数Kw,installed≤1.0W/(m2·K)左右。

3 保证外围护门窗的气密性

建筑物良好的气密性对于提高能效有着非常重要的贡献,其涉及建筑物理学诸多领域,不仅对建筑物保温、防潮、隔音、防火有影响,与屏蔽有害物质也密切相关,并保证有效通风系统的正常运行,优化空气质量,为提高能效改善舒适度创造条件。

图1 窗洞口气密层节点详图

良好的气密性并非自然而然形成的,需在所有建造环节中予以考虑,设计阶段就要明确定义整个建筑物的气密层,应该是一个连续不间断的封闭圈,其包覆所有供暖区域,并注意合理安排施工顺序,图1红线为门窗洞口处的气密层标识。

为了保证该处的气密性,要做到以下几点:

3.1 严格按照系统窗加工方法控制成品窗质量

选用符合性能要求及被动式门窗标准的系统组成材料,系统门窗供应商应严格遵循系统门窗的加工工艺进行门窗设计及组装,并注意以下几点:

3.1.1 选择A类壁厚型材产品,更持久地保证门窗气密性

GB/T 8814《门、窗用未增速聚氯乙烯(PVC-U)型材》标准中,对主型材壁厚进行了分类如图2,而uPVC型材的可视面、非可视面甚至结构筋壁厚的提高,改善了型材至成窗的很多性能。任何因壁厚因素产生的门窗变形及耐久性问题,最终会由于结构失效导致门窗气密性功能的减退。

图2 主型材壁厚分类及影响

对比A类和B类壁厚,我们通过以下实验,分析对气密性的影响:

1)型材挤压实验

图3分别对A和B类壁厚试件挤压实验,加压直至1400N,结果B类比A类多产生1.3mm变型量,此实验模拟窗体受到外力挤压或建筑物沉降、位移等自然环境状态时,主型材抵抗变形的能力。

图3 壁厚对主型材压力变形的影响

2) 焊角强度测试实验

UPVC门窗焊角强度是一项重要性能指标,直接影响门窗在使用过程中的强度和使用寿命;焊角具有牢固的耐久性,能避免因角部开裂导致的安全和气密性泄露问题。实验方法如图4左所示。A与B类壁厚型材,焊角强度理论计算值相差14%,但实际测试结果却相差36% (清角前),43%(清角后成品窗),结果分析参考下图右。

图4 壁厚对主型材焊角强度的影响

3) 玻璃重量模拟实验

实验模拟的玻璃最大重量为70kg,设置两个荷载力为35kg(350N)见图5,分别对A和B类壁厚进行五组实验取平均值,结果型变量相差近一倍。可见A类壁厚型材更有效防止因玻璃内陷而造成的门窗变形,或玻璃压条产生缝隙,影响门窗的气密性。

图5 壁厚对主型材玻璃承重能力的影响

3.1.2 满足设计性能要求同时优化窗型设计

满足被动式门窗物理性能要求,选择正确的开启方式来提高整窗的气密性,例如:

1) 避免使用密封方式简单的推拉门窗,推拉扇与下框滑轨的滑轮空隙,形成明显的对流交换,推拉扇与框及推拉扇之间一般采用毛条密封,密封性能差。

图6 平开窗和推拉窗的密封方式

2) 选择密封良好的内平开窗,窗扇和窗框间采用胶条密封,性能良好的胶条在关闭状态下密闭性好,几种开启形式的五金结构详图参考图6。

3) 设计容许时尽量减少门窗的分隔,固定窗玻璃和窗框采用胶条密封,空气很难通过而形成对流,热量损失少。

4) 设计中涉及推拉功能的门,可采用提升推拉或平移推拉的方式,由于型材设计和五金选择结合,密封采用胶条密封,气密性优于普通的推拉方式。

3.1.3拼接方案需满足气密性要求

1) 型材需三道密封结构,增加的中部密封,能更好地抵挡噪音、冷空气、湿气及气流侵入。

2)型材拼接处是气密性控制最薄弱环节,必须采取有效的密封措施。卡扣式结构拼接型材在连接处应该配有共挤密封胶条如图7。

图7 拼接型材的密封处理

3) 中梃连接处必须通过机械连接件方式提高抗风压能力,需注意连接缝处的密闭性,连接部位需同时进行垫块封堵,所铣截面最好进行打胶处理(图8)。

图8 中梃机械连接处的密封处理

3.1.4 严把门窗加工质量

严格按照《塑料门窗设计及组装设计规程》JGJ362-2016进行加工;

uPVC门窗的角部采用焊接工艺,杜绝铝合金门窗可能会出现的拼缝不严密、长期使用后角部出现松动,或角部密封结构胶失效现象,造成气密性降低的问题;玻璃压条的角部拼缝应严密(图9左),下料过短或者过长都会导致气密性损失;

密封胶条在角部和拼缝处的处理(图9右),需拼合严密不留缝,选择耐老化性能优异的EPDM胶条或硅胶胶条,以保持多年使用后的弹性和密封性。

图9 密封胶条角部和拼缝处的处理

3.1.5 合理配置门窗五金

内平开窗的五金配置,最好采用传动器+角传动的设计,考虑扇的高度增加中间锁可达到更优的气密性;被动门由于三层玻璃承重需要,合页配置至少三个,加设延长杆来增加锁点,门扇不宜过宽,避免使用后下沉。

3.2 保证气密性能的被动式门窗安装方式

被动式门窗安装区别于传统的安装方式,安装位置决定了安装线传热系数Ψe和温度因素fRsi值(图10)。根据DIN4108-2中规定,只有fRsi ≥0.7,窗表面最低温度大于12.6°C,才能避免结露和霉变现象发生,因此被动式门窗都是采取安装在保温墙体上的外挂式安装方式。

图10 外墙结构和窗户安装位置对温度分布的影响

通过风速感应器测试,室内侧仅靠常规的PU发泡胶密封,无法保证气密性。窗内侧需要均匀牢固粘贴防水隔气膜(见图11),材料满足抗拉伸性、延展性以及隔气性能要求,透气率 an < 0.1,可抹灰。

图11 窗内侧防水雨布及贴法

为了确保室外侧耐候性,需要均匀牢固粘贴防水透气膜(见图12),材料具有很好的抗拉伸性延展性、透气性,水密性 > 600 Pa,并可抹灰,外侧雨布还需同时包覆所有的外挂安装构件(如安装角钢、防潮隔热块等)。

图12 窗外侧防水雨布及贴法

无论采用打胶型还是自粘型防水雨布,作业温度需满足+5°C至+40°C,避免过低温度时冬季施工,粘贴时要连续不间断,也不能粘在冰霜或者潮湿的墙壁表面。

维卡选用MD82系列参与了全国十几个被动式建筑门窗工程,在中德被动式低能耗建筑示范项目中,已通过气密性测试验收(满足n50 ≤ 0.6 h-1)项目,结果如图13:

图13 中德被动式低能耗建筑示范项目气密性测试结果

4 结语

综上所述,要实现高保温性能的被动式门窗,系统门窗的规范化是必不可少的条件,需注意选材、设计到实施等方面,让低能耗系统门窗在我国建筑节能领域发挥主导作用,成为我国节能绿色建筑的努力方向。

作者:齐蓓,业务拓展经理,2006年至今就职于维卡塑料(上海)有限公司,毕业于德国达姆施塔特工业大学,土木工程硕士学位。

 



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