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建筑外門窗：就是通過設計結構和材料選擇及材料加工的成品窗及配套產品與建筑的安裝處理達到提高節能效果的門窗產品。
摘要： 窗戶是建筑的外墻圍護，解決采光、通風、保溫、防風、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構設計而成，不是材料的簡單組合，窗戶的結構設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。
關鍵詞：“高熱阻”建筑節能外窗 窗臺板 窗套 EPDM發泡膠條 舒適度 防水、防滲漏、防結露 五金件防火防撬 加工、安裝工藝規程嚴格執行
前言
我國的建筑節能門窗經過四十多年的快速發展，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達國家高出2-3倍。建筑外圍護結構的性能也相差甚遠，外墻傳熱系數是歐洲的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”由行業大百科提供）是3-6倍。作為建筑能耗的關鍵部位 -- 門窗系統的優化設計將會對建筑能耗起到至關重要的影響;而在歐美等發達國家已經超過60%以上，歐洲和北美地區節能門窗的總規模早已突破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。
節能建筑（詞條“節能建筑”由行業大百科提供）近年來的快速發展，是不是實現我國節能減排戰略目標提供基本保障，尤其作為建筑節能的典范，超低能耗建筑的逐步發展，也將帶動相關技術、工藝、材料、設計和施工等產業的提升。
建筑節能還處于發展階段，各地方節能標準也不均衡，以及建筑節能門窗與建筑的不匹配，使用門窗的節能標準還比較低，市場上門窗產品魚目混珠，比較混亂，市場監督不足等情況，節能窗的傳熱系數還在2.0-3.0w/m2.k左右，嚴寒地區也保持在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建筑，強化并提高門窗產品的規范及標準，并與國際標準和認證進行接軌，我國的建筑節能體系將整體大幅提高，節能和減低能耗同時市場發展前景空間廣闊，在歐美國家，節能減排措施已經取得很大程度的進展，全面降低能耗85~95%以上是發展方向。
歐洲國家窗戶以內平開內下懸為主，對提高門窗各項性能有幫助，沒有外開窗或推拉窗，門窗傳熱系數為1.0w/m2.k左右，甚至更低，門窗的隔熱斷橋寬度基本都是>40mm，并在型材腔體填充保溫材料，要求在2020年全面實現降低能耗95%以上，這就意味著門窗的傳熱系數要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露，因此對于門窗的結構體系和材料，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及產品性能要求。
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”由行業大百科提供）斷橋窗為實現這一目標，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，并采用多腔結構，增加材料成型的難度，但為了解決問題，還必須這樣做，結果導致材料成本驟增，不利于產品的應用和推廣，所以市場對于節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，節能效果好有關。
為實現綠色超低能耗建筑門窗的目標，經過多年的努力和技術研發，追求產品不斷創新的理念，“上海茵捷建筑科技有限公司”研發出新的專利技術“高熱阻”建筑節能外窗產品，可以滿足市場需求。“高熱阻”節能外窗產品，其物理性能指標均高于同類其他產品，同時窗戶型材的傳熱系數Uf值可以實現<1.0w/m2.k，從根本上解決了鋁門窗節能的傳熱系數Uw不能<0.8w/m2.k的格局，從結構設計上實現等壓、等強、等伸縮的物理性能。
節能外窗通過結構設計采用三玻兩腔或四玻三腔的玻璃可以實現超低節能門窗要求，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，也實現超低能耗鋁合金門窗節能上的輕薄技術突破，窗戶的結構、型材、玻璃、五金、膠條、加工及安裝方法等都提出了技術、產品性能要求。
門窗作為建筑的外墻圍護結構，需要解決采光、通風、保溫、防風、隔音、防水、防撬、防火、抗老化等功能，產品是由型材、玻璃、EPDM膠條、五金件、窗臺板及窗套等材料設計組合而成，其并不是材料的簡單組合，通過結構設計以及材料的選擇來實現，加工和安裝工藝的細節會直接影響到窗戶的各項性能指標，以及安全性、可靠性的整體結構設計，詳見圖1。
圖1窗戶要滿足性能要求
一、設計理念
實現這一目標，頂層設計理念是關鍵。產品的結構設計、安裝設計、選材、加工、組裝工藝的設計，每個環節都很重要，不是行業內流行的“三分設計、七分安裝”，而是“門窗3分要檢測+安裝7分需認證=10分安全有保障!”的原則，我的理解是“十分設計、十分加工組裝、三分檢測認證、七分安裝認證”才能達到“十分安全和性能保障”。可以保證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，并實現零售后服務。
二、材料的選擇
2.1玻璃的選用
玻璃的選用是實現節能的重要環節，所占節能外窗的比例最大，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”由行業大百科提供），腔內氣體填充，解決保溫、隔音及防盜，玻璃的傳熱系數Ug<0.7 W/m2.K。不提倡采用真空（詞條“真空”由行業大百科提供）玻璃，建筑門窗Uw通過建筑結構系統及安裝方式來解決整個洞口外窗
及墻體的傳熱系數和結露方案。玻璃傳熱系數在填充氣體狀態下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 單位W/m2.K
2.1.1玻璃新技術
國內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最低可達到0.19 W/m2.K，包括玻璃暖邊間隔條的設計和使用，也是技術創新和突破，對于產品的選擇應用，要看建筑的設計要求來決定。
隨著創新產品、新材料的日新月異發展，無極變色玻璃等新產品的出現，可以替代Low-E玻璃和內外遮陽的產品，實現節能智能化，從而解決玻璃遮陽的根本問題，其性能可見下表2，可以比較出與現有產品的差異。
表2無極變色玻璃光學及熱學的性能
2.1.2暖邊(柔性)間隔條的應用
暖邊間隔條技術源于歐洲，何謂“暖邊間隔條”：目前在國際上公認的暖邊間隔條(柔性暖邊)定義是依據EN 10077標準提出的定義方法。評價間隔條保溫隔熱性能的優劣，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的多少，取決于熱量的傳遞路徑及材料的導熱系數;標準把傳遞路徑的材料厚度及材料的導熱系數乘積加權求和，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秀。
根據這個定義，我們對鋁間隔條計算其導熱因子為0.112W/K，壁厚為0.35mm的普通不銹鋼（詞條“不銹鋼”由行業大百科提供）間隔條的導熱因子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合間隔條，我們計算得出其導熱因子為0.0006 W/K，遠遠低于標準上限值，所以玻纖增強性暖邊間隔材料是真正的暖邊間隔條，也是目前公認的隔熱性能最好的暖邊間隔材料。
目前國內市場常見的多種品牌暖邊間隔條，其材質、工藝各不相同，所表現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熱系數。鋁的導熱系數為160 W/(m·k)，因此作為性能最優的玻纖增強型暖邊或柔性暖邊技術材料，其隔熱性能必傳統的鋁管提升了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。
對局部的節能設計是以往容易被我們忽視的，但卻是非常關鍵的節能改善途徑，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，我們發現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測表面溫度進行紅外探測后發現，玻璃與框體交界的區域溫度通常會較低，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以內的區域。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測表面溫度。
圖3窗室內側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，主要體現在型材的材質、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”由行業大百科提供），建議選用6063-AT6材質，根據不同區域及窗戶的分格，以及建筑高度計算型材的壁厚，實現產品優化，但是型材壁厚應≥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鍵產品，不僅僅解決開關問題，它與門窗的氣密、保溫、隔音等性能密切相關。建議廣泛采用隱藏式合頁系統五金，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、抗風壓（詞條“風壓”由行業大百科提供）、防撬，國內五金企業研發的防火、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、保溫及節能的作用。門窗結構采用多腔及EPDM的發泡復合材料（詞條“復合材料”由行業大百科提供），復合膠條的物理性能要高于其他產品，對于提高門窗不同位置(框扇間、玻璃內外、中部等壓、結構伸縮膠條的壓縮量、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”由行業大百科提供）和抗壓縮變形、耐老化、臭氧、化學作用、較寬的使用溫度范圍(-40℃-+120℃)的三元乙丙橡膠(EPDM)橡膠發泡與密實復合而成，通過斷面的合理設計及驗證，滿足堅固耐用，利于安裝，提高整體性能。不同材質的膠條適用的溫度范圍：
PVC 材質 (-25℃-60℃)
EPDM 材質 (-60℃-150℃)
MVQ 材質 (-60℃-300℃)
TPV 材質 (-40℃-150℃)
等壓膠條的設計是膠條重點，常規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，但是膠條結構設計不僅僅滿足這兩點，等壓膠條的關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，往往在門窗設計時忽略了這些，不是設計越復雜越好，關鍵要做適合滿足不同區域門窗性能的產品，復雜問題簡單化，解決環形密封是關鍵，作為門窗的關鍵部件，其結構設計和材料選材必須要引起高度重視。
2. 5雙組份組角膠的應用
雙組份組角膠的應用是很重要的，對于節能窗框架角部處理，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，保證外門窗框架結構的安全可靠性。
2. 6窗臺板和窗套的應用
窗臺板是窗戶室外側的一排水板，采用鋁型材或鋁板制作成型，并與窗戶框進行連接，或室外側增加窗套，從而達到防水、防滲漏、保溫、防發霉、美觀等功能要求。
三、室內溫度的控制
為了防霉菌生長，在室內空氣相對濕度人體感到舒適的范圍為30%～60%之間，這樣窗設計應取極限即相對溫度為65%時不結露，這時露點溫度（詞條“露點溫度”由行業大百科提供）為13.2℃，因此窗的內表面溫度最低點位置應保持在13℃以上。
圖4“高熱阻”節能外窗
四、門窗安裝的要求
門窗的加工制作、現場安裝工藝是門窗的很關鍵流程，門窗的結構設計和選材是主要環節，加工制造及安裝是關鍵環節，每個環節和細節都必須嚴格執行到位，“百分百的設計、百分百的加工、組裝和安裝，達到客戶的真正滿意，實現產品的品質提升。
根據窗戶的框架結構系統要求，采用不同的氣侯區域特點，來滿足室內的舒適、健康的要求，所以無論從理論到實踐來看，從不同氣候環境分析，從而達到從設計到安裝要求更符合氣侯特點，并且符合建筑節能及安全的條件。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
.外窗與洞口間產生的運動及公差
.外窗結構性向外排水
.安裝的各項應力（詞條“應力”由行業大百科提供）排除
.框架的固定（詞條“固定”由行業大百科提供）方式
根據不同結構的墻體，應選用不同材質結構的緊固件實現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”由行業大百科提供）產生、建筑運動、自重、正負風壓及極端天氣等產生的應力。
建筑外窗結構密封設計非常重要，它直接關系到建筑外窗的氣密、保溫、防水等性能。建筑外窗結構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來實現。建筑外窗密封系統包括：
.玻內玻外的密封
.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
.外窗結構性外排水
.外窗與室內的密封
.室外與室內的密封
外窗及洞口的安裝需要滿足建筑物理學要求，實現室內環境的舒適、健康的生活環境。
通過標準化安裝工藝，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設備保持室內的溫度和濕度、健康的舒適度。
五、結束語
綜上所述，門窗的設計理念在最初時結構設計時要充分考慮各種不利因素導致的各種問題，并通過結構設計解決，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能改造的逐漸推廣與應用，建筑新產品和新技術將不斷涌現，對我國的建筑業發展起到積極推動作用。
參考文獻
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