寒冷和严寒地区建筑门窗节能设计和解决方案

寒冷和严寒地区建筑门窗节能设计和解决方案北京房云盛玻璃钢有限公司 周佩杰（接上期） 3 门窗玻璃周边的密封及结构门窗玻璃的周边对寒冷和严寒地区是保温的一个薄弱环节，结露和结霜都出现此处，究其产生原因一是组成中空玻璃的框边材料及密封效果；二是玻璃与窗框之间的腔体间的处理；三是玻璃与框之间的密封，以此为途径解决渗透和热传导带来的热量交换及渗漏造成的对流放热损失。中空玻璃采用暖边双道密封来保证，再这里就不再重述。玻璃周边与玻璃钢框间的空隙采用类似H型的三元乙丙包条式结构，一可以实现二腔或三腔，形成间隔来阻断冷热空气交换和渗透，二是保证玻璃与框之间弹性接触，防止玻璃因硬接触而破损。也可以采用在玻璃周边与玻璃钢框间的空隙内灌注聚氨脂发泡剂来保证腔体的密封和保温。门窗的玻璃与玻璃钢框室内侧采用了三元乙丙胶条进行了密封，室外侧采用中性密封胶进行密封，三元乙丙胶条和中性密封胶具有较强耐候性和抗老化能力，较长的使用寿命保证了门窗的长期密封性能。三元乙丙(EPDM)密封条是乙烯、丙烯及少量第三单体的共聚物，因具有如下表的优异物理化学性能，可以做到与门窗同寿命。三元乙丙（EPDM）橡胶卓越的物理化学性能项 目特 点耐老化性能在所有通用橡胶中最好耐臭氧性能优于天然胶、丁苯胶、氯丁胶、丁基胶等耐候性能能长期在阳光、潮湿或寒冷的自然环境使用，物理性能变化很小耐热性能可在150长期使用，最高使用温度可达200耐低温性能在低温下能保持较好的弹性和较小的压缩变形，脆性温度为-60冲击弹性在通用橡胶中弹性仅次于天然橡胶绝缘性能优于丁基胶等耐化学药品性能耐各种极性化学药品和酸碱，长时间接触变化不大4 门窗开启扇的密封与结构门窗开启扇重要功能是通风换气，这就要求既要保证其开关灵活，关闭后又要密闭无渗漏，而在寒冷和严寒地区影响门窗保温性能主要决定传热系数K值和气密性能等级，开启扇气密性能则是整窗气密性能的关键部位，一要保证开启扇与开启框配合结构的合理性，二要保证其密封的有效性。室外密封胶条、中间等压胶条和室内侧密封胶条形成了三道密封和二腔结构；新型开启扇与框搭接的台阶式结构，增加了气流进入腔体的阻力，可以更加有效的阻隔气体流动，实现腔体结构的更加合理性，从而保证了开启部位的气密性和保温性能。三元乙丙密封胶条和等压胶条的使用，保证了其具有较好的弹性能密封性能和耐候持久性，保证其长期密封有效，也提高了对气密性能的保证。5 门窗与建筑墙体的连接与密封门窗在建筑墙体上安装，由于门窗材料与建筑材料和安装材料的材质不同，施工工艺不同，又不是一个施工单位进行施工，这就有接口处理问题，它是保证门窗保温性能的最后而又最关键的环节，特别是在寒冷和严寒地区因昼夜和季节温差很大，导致重复热胀冷缩而导致接缝处的疲劳变形而开裂或开缝，形成了冷热空气的交换通道，或由于接缝处所用材料的保温性能差，形成了冷热桥，最终接缝处结霜或发霉，为此必须保证安装方式、安装密封构造、所用材料的统一有效性。门窗在建筑墙体安装方式采用建筑预留洞口，先用金属膨胀螺栓将副框与墙体进行固定安装副框；再由土建筑用水泥砂浆进行刚性收口和外墙保温；待土建湿作业完成后用自攻钉将门窗框与副框进行固定后再安装玻璃及附件；窗框与副框之间用聚氨脂发泡胶填实、两侧用建筑密封胶进行密封的干法安装，可以有效的保证门窗内在和外观质量。门窗在建筑墙体安装方式还可采用建筑预留洞口，先用金属膨胀螺栓将专用副框与墙体进行固定安装副框；再由土建筑用水泥砂浆进行刚性收口和外墙保温；待土建湿作业完成后将安装玻璃和附件的完整门窗通过专用连接件与副框进行固定；窗框与副框之间用聚氨脂发泡胶填实、两侧用建筑密封胶进行密封的整窗单元安装，可以有效的保证门窗整体质量。安装密封构造最关键点是保温与防水，窗框与墙体之间采用了低K值、高密闭、粘接强、具有弹性变形能力的聚氨脂发泡胶保温结构，保证了窗框与墙体间的保温性能；内外侧密封胶和有效的排水，形成堵排结合的防水结构；经计算的接缝宽度和较高位移能力的密封胶使用，保证窗与墙体之间有良好的接缝处理和弹性连接。安装所用材料尽量选用线膨胀系数相近的材料，玻璃钢门窗和副框所用的玻璃钢型材（7.3）与其结合的建筑玻璃（9）、墙体材料砖（9.5）、混凝土和水泥（10-14），密封保温材料胶和聚氨脂发泡胶的线膨胀系数相近，配合良好，不会因热胀冷缩使不同材料产生不相同的位移，而出现墙体与窗框之间裂缝，导致冷空气浸入室内，形成水气和墙体霉变，使门窗整体结构更加稳定。6 门窗的自然通风GB/T18883室内空气质量标准规定室内新风量应不小于30m3/时，这样通过通风来满足新风量的要求，而自然通风主要是通过开启门窗的开启扇来实现，势必造成建筑能源的浪费，室外的噪音和灰尘无阻挡进入室内。随着建筑节能标准和门窗密封性能的提高，在春、秋季通过自然通风来维持室内舒适的条件，降低空调能耗，在冬季解决因寒冷而导致开启扇通风后结冰而关闭不上等问题，这样窗用自然通风器应运而生，为门窗增加了新的通风系统，使我们的门窗成为会“呼吸”的门窗。通风器的通风面积是有限的，其设计标准是能够满足人对新鲜空气量的需要，达不到以开窗换气来调解室内温度的效果，不是完全替代开窗的，它是门窗的一附加产品，增加了门窗的功能，弥补门窗通风的缺陷。反而言之，开窗的过量通风会会造成室内的能量损失，不利于环保节能。6.1开启门窗扇的自然通风为了保证室内通过门窗开启扇达到自然通风，各相关标准都做作了一定的规定：GB50352-2005民用建筑设计通则的规定：生活、工作的房间的通风口有效面积不应小于该房间地板面积的1/20；厨房的通风开口有效面积不应小于该房间地板面积的1/10，并不得小于0.60，厨房的炉灶上方应安装排除油烟设备，并设排烟道。公共建筑节能设计标准（GB50189-2005）规定：外窗的可开启面积不应小于窗面积的30%。公共建筑节能改造技术规范（JGJ176-2009）规定：更换外窗时，宜优先选择开启面积大的外窗。除超高层外，外窗的可开启面积不得低于外墙总面积的12%。对寒冷和严寒地区依据上述三个标准规定设计开启扇的开启面积，所设计的开启面积应为实际可通风面积。6.2自然通风器的选择与布置6.2.1通风器选择要考虑的建筑本身的综合因素：首先、要考虑建筑所在地的基本风压值和温度等气候条件；其次、要考虑建筑所在地的环境条件和建筑用途及使用要求；再次、要参考建筑本身的建筑高度、房间用途和面积及常驻人数、门窗的结构和可安装通风器的长度及数量和位置；最后、通风器形式和颜色应与建筑外立面要求相协调。6.2.2通风器性能的选择：第一、通风量在室内外10Pa压差下每m通风器的工作状态下通风量不应小于30m3/h；第二、通风器在非工作状态下隔声量Rw20dB，工作状态下隔声量Rw15dB，隔声通风器的隔声量Rw30dB；第三、通风器的保温传热系数K4.0W/m2K；第四、在非工作状态下，通风器的气密性能q12.5m3/(m2h)、q2100Pa；工作状态下，室内没有明显可见水珠；第六、通风器的抗风压强度p32500Pa；其七、通风器的所选用的材料应符合相应标准规定；最后、操作灵活、起动自如，旋压钮转动力矩应不大于3.5Nm。6.2.3依据房间通风量选择通风器：通风器选择的首要原则要满足该房间所需的通风量要求，既满足该房间里的人对新鲜空气量的需要。每一种型号的通风器都有其固定的通风面积，在不同的空气压差下获得不同的通风量，所以要以最基本的风压系数2Pa作为计算通风量的参数，以便在风压较小的条件下获得所需的通风量。在参考建筑本身因素条件下先计算所安装通风器房间的通风需要量，然后再根据门窗可安装通风器的长度及通风器的性能参数选择通风器的型号和长度。例：重庆地区，房间面积10m2，选择通风器和通风器长度则：依据重庆强标居住建筑节能65%设计标准2009版中对自然通风器的按房间S2min0.0016S2规定，选择通风器的有效通风面积为0.015，应选择通风器长度=0.001610/0.015=1.07m。6.2.4通风器的布置：首先、房间的自然通风器由一组可形成空气对流、相互对应设置的上部风口和下部风口组成，可视房间的不同，设置在外墙或外门窗上；其次、当房间只有一面外墙时，上下两部通风器宜设在外窗框的上下沿位置；当房间有二面外墙时，上下两部通风器宜设在外窗框的上下沿位置或下部通风器设在外窗框的下沿，上部通风器设在另一面墙顶板的梁下；再次、在条件允许的情况下，应尽可能增大上部通风器和下部通风器之间的垂直距离，通风器风口与室外空调机风口水平距离应大于1m，并不能放置在空调机格栅内。6.3自然通风器在玻璃钢门窗上的运用玻璃门窗为寒冷和严寒地区提供了优秀的保温性能的同时，在夏、春、秋季节可以通过开启窗扇进行通风和安装窗式通风器进行辅助通风；在冬季用窗式通风器进行通风，可以保证热空气不会大量流失，又实现了自然通风换气，提供一个健康舒适的居住工作环境。下图是窗式通风器在玻璃钢门窗上安装的典型节点图，其通风器主要性能指标是；通风器高度94mm、可安装玻璃厚度19-28mm、减少玻璃高度80mm、通风面积15000mm2/m、在2帕风压下空气流量、49.3m3/mh、防雨性能450Pa、防风性能450Pa、强度和硬度可达1600Pa。7 门窗的最终选择寒冷和严寒地区门窗根据不同要求按下表进行选择使用。玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)门窗五项性能指标门窗型号项目玻璃配置抗风压性能（kPa）水密性能(P（pa）气密性能m3/(m2h)保温性能W/（K）隔声性能(dB)备 注50系列平开窗5+9A+5 无色透明中空玻璃3.53501.52.235适用于室内门窗和中低层外门窗5+12A+5 无色透明中空玻璃4.04501.52.1355+12A+5 Low-E 无色透明Low-E中空玻璃4.04501.51.63558系列平开窗5+12A+5 无色透明中空玻璃5.33501.52.236适用于高层外门窗5+16A+5无色透明中空玻璃5.35001.51.9365+12A+5 Low-E 无色透明Low-E中空玻璃5.35001.51.5365+9A+4+6A+5 无色透明双层中空玻璃5.35001.51.8385+12A+4+9A+5Low-E无色透明双层Low-E中空玻璃5.35001.51.338N5+V+L5+12A+T5无色透明真空中空玻璃5.35001.51.03960系列平开窗5+12A+5无色透明中空玻璃5.06001.02.140适用于高层或超高层外门窗5+16A+5无色透明中空玻璃5.06001.01.8405+12A+5 Low-E 无色透明Low-E中空玻璃5.06001.01.4405+9A+4+9A+5无色透明双层中空玻璃5.06001.01.6415+12A+5+12A+5无色透明双层中空玻璃5.06001.01.7415+9A+4+9A+5Low-E无色透明双层Low-E中空玻璃5.06001.01.2415+12A+5+12A+5Low-E无色透明双层Low-E中空玻璃5.06001.01.141N5+V+L5+12A+T5无色透明真空中空玻璃5.06001.00.9405+27A+5无色透明内置遮阳百叶中空玻璃5.06001.01.9405