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被動式超低能耗綠色建筑所用外門窗的無熱橋設計與施工

來源:《建筑幕墻創新與發展》  作者:周佩杰  日期:2017-6-30
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  摘要:本文摘錄了國家和河北關于“被動式超低能耗綠色建筑”導則和標準的關于門窗的一些規定,闡述了聚氨酯拉擠附框或連接件在外門窗與建筑結構連接的無熱橋設計和施工的一些方法和節點作法,指出聚氨酯拉擠型材的優異性能是解決無熱橋設計和施工的優秀材料。
  關鍵詞:被動式超低能耗綠色建筑、附框、無熱橋、聚氨酯拉擠型材

本文摘自:《建筑幕墻創新與發展》未經許可不得轉載

  被動式超低能耗綠色建筑(以下簡稱超低能耗建筑)是指適應氣候特征和自然條件,通過保溫隔熱性能和氣密性能更高的圍護結構,采用高效新風熱回收技術,最大程度地降低建筑供暖供冷需求,并充分利用可再生能源,以更少的能源消耗提供舒適室內環境并能滿足綠色建筑基本要求的建筑。

  本文從做為超低能耗建筑主要技術特征之一的,保溫隔熱性能和氣密性能更高的外和無熱橋的設計與施工,進行闡述外門窗與建筑墻體間的連接和安裝方式,來實現無熱橋的設計與施工。

  1 建設部關于窗和門窗的無熱橋的規定

  住房城鄉建設部與2015年11月10日以建科【2015】179號文印發的《被動式超低能耗綠色建筑技術導則 (試行)(居住建筑)》對外門窗的性能和外門窗的無熱橋設計要求是:

  1.1 外窗性能基本要求:

  1.1.1 外窗保溫和遮陽性能應符合下列要求:

  ——不同氣候區外窗傳熱系數(k)和太陽得熱系數(SHGC)可參考表 一選取;

表一 外窗傳熱系數(k)和太陽得熱系數(SHGC)參考值

外窗

單位

嚴寒地區

寒冷地區

夏熱冬冷地區

夏熱冬暖地區

溫和地區

k

W/(㎡ K

0.70-1.20

0.80-1.50

1.0-2.0

1.0-2.0

2.0

SHGC

 

冬季≥0.50

夏季≤0.30

冬季≥0.45

夏季≤0.30

冬季≥0.40

夏季≤0.15

冬季≥0.35

夏季≤0.15

冬季≥0.40

夏季≤0.30

  ——為防止結露,外窗內表面(包括玻璃邊緣)溫度不應低于 13℃;在設計條件下,外窗內表面平均溫度宜高于 17℃,保證室內靠近外窗區域的舒適度;

  ——應根據不同的氣候條件優化選擇 SHGC 值。嚴寒和寒冷地區應以冬季獲得太陽輻射量為主,SHGC 值應盡量選上限,同時兼顧夏季隔熱;夏熱冬暖和夏熱冬冷地區應以盡量減少夏季輻射得熱,降低冷負荷為主,SHGC 值應盡量選下限,同時兼顧冬季得熱。當設有可調節外遮陽(詞條“外遮陽”由行業大百科提供)設施時,夏季可利用遮陽設施減少太陽輻射得熱,外窗的 SHGC 值宜主要按冬季需要選取,兼顧夏季外遮陽設施的實際調節效果,確定 SHGC 值;

  1.1.2 外門窗應有良好的氣密、水密及抗風壓性能。

  依據國家標準《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》GB/T 7106,其氣密性等級不應低于8級、水密性等級不應低于6級、抗風壓性能等級不應低于9級。

  1.2 外窗配置時應符合下列要求:

  1.2.1 玻璃配置應考慮玻璃層數、Low-E 膜層、真空層、惰性氣體、邊部密封構造等加強玻璃保溫隔熱性能的措施。

  ——嚴寒和寒冷地區應采用三層玻璃,其他地區至少采用雙層玻璃;

  ——采用 Low-E 玻璃時,應綜合考慮膜層對 K 值和 SHGC 值的影響。膜層數越多,K 值越小,同時 SHGC 值也越小;當需要 SHGC 值較小時,膜層宜位于最外片玻璃的內側;

  ——當需要 K 值較小時,可選擇 Low-E 中空真空玻璃。Low-E 膜應朝向真空層; 與普通中空玻璃相比, Low-E中空真空玻璃傳熱系數可降低約2.0 W/(㎡·K);

  ——惰性氣體填充時,宜采用氬氣填充,填充比例應超過 85%。比例越高,隔熱性能越好;

  ——中空玻璃應采用暖邊隔條, 通過改善玻璃邊緣的傳熱狀況提高整窗的保溫性能。

  1.2.2 型材應采用未增塑聚氯乙烯塑料(詞條“塑料”由行業大百科提供)木材等保溫性能較好的材料。在嚴寒和寒冷地區,隔熱鋁合金型材難以達到超低能耗建筑的傳熱系數要求。在夏熱冬冷、夏熱冬暖和溫和地區,門窗型材保溫性能要求可相對降低。

  1.2.3 外窗應采用內平開窗

  1.3 外窗無熱橋設計要點:

  建筑圍護結構中熱流密度(詞條“密度”由行業大百科提供)顯著增大的部位,成為傳熱較多的橋梁,稱為熱橋。

  (1)外窗分隔應在滿足國家標準要求的前提下盡量減少,并按照模數進行設計;

  (2)外窗節點設計時,宜利用建筑門窗玻璃幕墻熱工計算軟件,模擬分析不同安裝條件下外窗的傳熱系數和各表面溫度,進行輔助設計和驗證;

  (3)外窗宜采用窗框內表面與結構外表面齊平的外掛安裝方式,外窗與結構墻之間的縫隙應采用耐久性良好的密封材料密封嚴密;

  (4)外窗臺應設置窗臺板,以免雨水侵蝕造成保溫層的破壞;窗臺板應設置滴水線;窗臺宜采用耐久性好的金屬制作,窗臺板與窗框之間應有結構性鏈接,并采用密封材料密封;

  (5)外窗安裝示意圖如圖一所示。

圖一 外窗安裝示意圖

  2 河北省關于外門窗和外門窗無熱橋的規定

  2015年5月1日起實施的DB13(J)/T177-2015河北《被動式低能耗居住建筑節能設計標準》規定如下:

  2.1 外門窗要求

  2.1.1 外門窗的透明材料應選用Low-E 中空玻璃或真空玻璃,其性能應符合下列規定:

  (1)玻璃的傳熱系數,取中空玻璃穩定狀態下的U 值,應依據現行國家標準《中空玻璃穩態U 值(傳熱系數)的計算及測定》GB/T 22476 規定的方法計算,并符合下列規定:

  K≤0.8W/(㎡·K)  

  (2)玻璃的太陽能(詞條“太陽能”由行業大百科提供)透射比,應依據現行行業標準《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規程》JGJ/T 151 規定的方法測定,并符合下列規定:

  g≥ 0.35 

  (3)玻璃的選擇性系數,宜符合下列規定:

  S=TL/g ≥ 1.25

  式中,g ——透明材料的太陽能總透射比;

  S ——透明材料的選擇性系數;

  TL——透明材料的可見光透射比

  2.2.2 外門窗的型材宜選用木材或塑料,其傳熱系數應依據現行國家標準《建筑外門窗保溫性能分級及檢測方法》GB/T 8484 規定的方法測定,并符合下列規定:

  K≤1.3W/(㎡·K)

  2.2.3 外門窗的玻璃間隔條應使用耐久性良好的暖邊間隔條,并符合下列規定:

    Σ(d×λ)≤0.007

  式中, d ——玻璃間隔條材料的厚度,m;

     λ——玻璃間隔條材料的導熱系數(詞條“導熱系數”由行業大百科提供),W/(m·K)。

  2.2.4 外門窗的傳熱系數,應依據現行國家標準《建筑外門窗保溫性能分級及檢測方法》GB/T 8484 規定的方法測定,并符合下列規定:

  K ≤1.0W/(㎡·K)

  2.2.5 外門窗應采用三道耐久性良好的密封材料密封,每扇窗至少兩個鎖點,并盡可能減少型材對透明材料的分隔。

  2.2.6 外門窗應具有良好的氣密、水密和抗風壓性能。依據現行國家標準《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》GB/T 7106,其氣密性等級不應低于8 級、水密性等級不應低于6 級、抗風壓性能等級不應低于9 級。

  2.2.7 外窗規格、分格形式及玻璃規格宜按附錄D 選用。

  2.2.8 不得使用雙層窗。

  2.2 關鍵節點構造

  2.2.1外門窗宜緊貼結構墻外側安裝,外門窗與結構墻之間的縫隙應采用耐久性良好的密封材料密封,并符合下列規定:

  (1)室內一側使用防水隔汽膜,室外一側使用防水透汽膜;

  (2)宜采用預壓膨脹密封帶密封。

  2.2.2 外窗臺上應安裝窗臺板,并符合下列規定:

  (1)金屬窗臺板的材料性能應符合本標準8.4的規定;

  (2)金屬窗臺板與窗框之間應有結構性連接,并采用密封材料密封;

  (3)金屬窗臺板上應設有滴水線;

  (4)金屬窗臺板和窗框的接縫與保溫層之間,應采用預壓膨脹密封帶密封。密封帶粘膠一側應粘貼在窗臺板和窗框上。

  2.3 外圍護門窗洞口的密封材料

  2.3.1 外圍護結構門窗洞口處外墻與窗框之間,宜用防水隔汽膜和防水透汽膜組成的密封系統密封。

  2.3.2 用于室內和室外的密封材料,宜采用不同顏色標識,室內一側使用防水隔汽膜,室外一側使用防水透汽膜。

  2.3.3 在外圍護結構的門窗洞口處,門窗框與外墻表面宜安裝預壓膨脹密封帶。

  2.3.4 由防水隔汽膜、防水透汽膜和密封膠組成的外墻與外門窗的密封系統,應由系統供應商配套提供。

  3 外門窗與建筑結構連接的無熱橋設計和施工

  現在的被動式建筑用的外圍護門窗采用的是濕法安裝,普遍用鍍鋅角鋼(詞條“鍍鋅角鋼”由行業大百科提供)鍍鋅金屬壓型角片,通過金屬膨脹螺栓尼龍脹錨螺栓與建筑墻體固定,這樣又產生了新的熱橋(如圖二、圖三所示)。

圖二、金屬壓型角片固定方式

圖三、折彎角鋼固定方式

  為了解決熱橋和濕法安裝過程中產生的門窗污損等問題,可采用以下的無熱橋設計和施工方式:

  3.1 濕法安裝的無熱橋設計和施工

  圖四是包木窗溫法無熱橋安裝方式,下部采用了三角形聚氨酯拉擠型材支架(詞條“支架”由行業大百科提供),承擔門窗的重力荷載,其它三邊采用聚氨酯拉擠型材制作固定角件,承擔門窗承受的風荷載,采用沉頭金屬膨脹螺栓或尼龍脹錨螺栓將聚氨酯拉擠型材支架或固定角件固定在建筑墻體上,外露的螺栓頭采用塑料蓋帽蓋住,不使金屬熱橋外露。

  圖五是鋁合金窗溫法無熱橋安裝方式,下部采用了角形帶墊框聚氨酯拉擠型材支架,承擔門窗的重力荷載,其它三邊采用聚氨酯拉擠型材制作固定直角角件,承擔門窗承受的風荷載,采用沉頭金屬膨脹螺栓或尼龍脹錨螺栓將聚氨酯拉擠型材支架或固定角件固定在建筑墻體上,外露的螺栓頭采用塑料蓋帽蓋住,不使金屬熱橋外露。

  圖六是塑鋼窗溫法無熱橋安裝方式,下部采用了聚氨酯拉擠型材固定角件與塑料熱框進行固定,承擔門窗的重力荷載,其它三邊采用聚氨酯拉擠型材制作固定角件,承擔門窗承受的風荷載,采用沉頭金屬膨脹螺栓或尼龍脹錨螺栓將聚氨酯拉擠型材固定角件固定在建筑墻體上,外露的螺栓頭采用塑料蓋帽蓋住,不使金屬熱橋外露。

  濕法安裝存在著土建在施工過程對門窗的污損,對成品保護及為不利的弱點。

圖四、鋁包木窗溫法無熱橋安裝方式

圖五、鋁合金窗溫法無熱橋安裝方式

圖六、塑鋼窗溫法無熱橋安裝方式

  3.2 干法安裝的無熱橋設計和施工

  圖七、圖八、圖九分別是鋁包木窗、鋁合金窗、塑鋼窗的干法無熱橋安裝方式,

  采用聚氨酯拉擠型材制成的附框,附框四周采用聚氨酯拉擠型材制作固定角件與其固定,承擔門窗的重力荷載和門窗承受的風荷載,采用沉頭金屬膨脹螺栓或尼龍脹錨螺栓將聚氨酯拉擠型材固定角件固定在建筑墻體上,外露的螺栓頭采用塑料蓋帽蓋住,不使金屬熱橋外露。

  窗與附框采用從室外向室內安裝,在附框室內側設有擋邊,提高門窗與墻體間的密封性,杜絕通縫的形成,并形成了室內高于室外,也有利于防水;附框與窗接觸面設置成斜坡,有利于窗的排水系統設置;附框大于窗框將門窗外框包裹住,這樣也有利于消除組合窗接合處的雨水滲透;附框與窗框間的彈性連接,可以消化熱脹冷縮帶來的變形量;聚氨酯附框和外保溫(詞條“外保溫”由行業大百科提供)系統的各項熱工性能的一致性,形成了一個完整的保溫統一體。

  附框的采用實現了門窗的干法安裝,消除了門窗因建筑施工對門窗的污損,為門窗的更換提供了便捷條件。

圖七、鋁包木窗干法無熱橋安裝方式

圖八、鋁合金窗干法無熱橋安裝方式

圖九、塑鋼窗干法無熱橋安裝方式

  3.3 整窗單元干法安裝的無熱橋設計和施工

  圖十、圖十一、圖十二分別是鋁包木窗、鋁合金窗、塑鋼窗的整窗單元無熱橋安裝方式,采用聚氨酯拉擠型材制成的附框,附框四周采用聚氨酯拉擠型材制作固定角件與其固定,承擔門窗的重力荷載和門窗承受的風荷載,采用沉頭金屬膨脹螺栓或尼龍脹錨螺栓將聚氨酯拉擠型材固定角件固定在建筑墻體上,外露的螺栓頭采用塑料蓋帽蓋住,不使金屬熱橋外露。

  窗與附框采用從室內向室外整窗單元安裝,窗與附框采用了彈簧銷釘和固定鎖緊滑塊的固定方式,可拆卸的安裝方式,為門窗的更換提供了便捷條件;在附框室外側設有擋邊,提高門窗與墻體間的密封性,杜絕通縫的形成;附框大于窗框將門窗外框包裹住,這樣也有利于消除組合窗接合處的雨水滲透;附框與窗框間的彈性連接,可以消化熱脹冷縮帶來的變形量;聚氨酯附框和外保溫系統的各項熱工性能的一致性,形成了一個完整的保溫統一體。

  整窗單元安裝附框的采用實現了門窗的整窗單元干法安裝,保證了門窗的整體質量,提高了安裝的效率,為裝配式建筑提供了門窗的可裝配結構,為門窗的產業化帶來了革命性的突破。

圖十、鋁包木窗整窗單元無熱橋安裝方式

圖十一、鋁合金窗整窗單元無熱橋安裝方式

圖十二、塑鋼窗整窗單元無熱橋安裝方式

  4 聚氨酯拉擠型材的特點及性能

  聚氨酯拉擠型材采用以纖維及其制品為增強材料,以聚氨酯樹脂基材,將纖維及織物經壓力注射聚氨酯樹脂后,通過加熱專用模具高溫固化成型,經牽引機牽引拉擠工藝生產出表面光潔、尺寸穩定、強度高的拉擠工藝復合的異型材。它是新型高分子復合材料基體樹脂和增強纖維構成的類似于鋼筋混凝土的一種復合結構體,由于樹脂和纖維在性能上的“優勢互補”,使其具有具有輕質高強、耐潮濕、耐腐蝕、抗老化阻燃絕熱絕緣、保溫、隔聲等優良的物理化學性能,在高低溫作用下,仍能保持尺寸穩定性,工藝先進,在生產過程中不會造成公害。具有如下特點和性能:

  4.1輕質高強

  聚氨酯型材具有輕質高強的優良性能(詳見下表),聚氨酯附框不需鋼框為骨架,完全靠自身就能支撐,抗壓、抗折、不變形、不彎曲。既節省了鋼材,又達到了使用目的,可在臺風多發區使用。

  4.2 耐蝕性能強

  不用做任何表面處理,具有不怕水泥砂漿等堿性或酸性的較強耐腐蝕能力,與建筑同壽命;

  4.3 適用性強

  可按用戶要求提供不同斷面及尺寸,可以適用于鋁合金、塑鋼和玻璃鋼等各類門窗安裝對附框的要求,并提供了不同的附框組裝工藝和附框及門窗的安裝工藝,具有較強的適應性;

  4.4 導熱系數低

  按聚氨酯附框導熱系數為0.30W/m·℃,經中國建筑科學研究院建筑環境與節能研究院,編號為CABR-MQMC-2015-001的評估報告的評估結論是:

  在冬季計算條件下,與普通鋼附框相比,聚氨酯附框具有更好的節能效果,在減少建筑物通過建筑外窗附框流失熱量的同時,有效地提高了相應的內表面溫度:

  (1)聚氨酯附框可使整個節點傳熱系數降低0.87 W/(㎡·K),使整個節點內表面溫度提高5.6℃。

  (2)聚氨酯附框可使附框與內外砂漿節點傳熱系數降低0.86W/(㎡·K),使附框與內外砂漿節點內表面溫度提高4.5℃。

  4.5 線膨脹系數

  聚氨脂復合材料(詞條“復合材料”由行業大百科提供)型材為7.3×10-6/℃、玻璃為9×10-6/℃、磚為9.5×10-6/℃、混凝土和水泥為10-14×10-6/℃,同建筑墻體的材料線膨脹系數相近,這樣在熱脹冷縮情況下而保證了變形量的基本一致,也避免了裂縫的出現,提高了接縫處的氣密性,水密性,阻礙了冷熱對流(詞條“熱對流”由行業大百科提供),避免了室內結露、結霜、結冰,同時提高了保溫性能;

  4.6 優異的物理力學性能

  新修訂的JC/T941《門窗用玻璃纖維增強塑料拉擠型材》規定物理力學性能如下表:

  5 結論

  被動式超低能耗綠色 建筑所用的門窗的各項指標在安裝時達到了標準的要求,在實際使用壽命周期內是否也能達到了標準的要求,是否衰減,這是關健問題。

  門窗與建筑不是同壽命,所以門窗要進行更換,附框是門窗進行更換的首要條件,有了附框拆換門窗就不用損壞建筑結構墻體,這樣附框與建筑要同壽命,不會因熱脹冷縮和保溫性能低而使建筑結構開裂和影響其保溫性。聚氨酯拉擠型材是最優的附框用材料。

  門窗在建筑墻體上安裝必須實行干法安裝和整窗單元安裝,同時必須實行多功能的附框,這樣才能最終保證門窗質量。

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原文地址:http://www.52mqw.com/info/2017-6-30/43245-1.htm
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