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一、 前言
我國的建筑節(jié)能門窗經(jīng)過近四十年的發(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,門窗的空氣滲透是3-6倍。作為建筑能耗的關(guān)鍵部位門窗,門窗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計將會對建筑能耗起到至關(guān)重要的影響;而在我國節(jié)能型門窗起步晚、發(fā)展慢、成本高,目前節(jié)能型門窗的比例不足1%,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)能建筑近年來的快速發(fā)展,為實現(xiàn)我國2020節(jié)能減排戰(zhàn)略目標(biāo)提供基本保障。尤其作為節(jié)能建筑的先鋒典范,超低能耗建筑的迅猛發(fā)展,將帶動相關(guān)技術(shù)、工藝、材料、設(shè)計和施工等產(chǎn)業(yè)的迅速提升。
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,市場監(jiān)督不足等情況,節(jié)能窗的傳熱系數(shù)還在2.0-3.8w/m2.k左右,嚴(yán)寒地區(qū)也保持在Uw2.0w/m2.k左右,節(jié)能工作任重而道遠。
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,標(biāo)志我國的建筑節(jié)能體系將整體大幅提高,因此建筑節(jié)能和降低能耗的市場發(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,任重道遠。
歐洲國家窗戶以內(nèi)平開內(nèi)下懸為主,德國為寒冷地區(qū),與東北氣候差不多,主要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)Uw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(詞條“腔體”由行業(yè)大百科提供)填充保溫材料,解決保溫(詞條“保溫”由行業(yè)大百科提供)和隔音(詞條“隔音”由行業(yè)大百科提供)等功能,所以解決鋁型材的Uf值特別關(guān)鍵。德國強制要求在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Uw≤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(詞條“結(jié)露”由行業(yè)大百科提供)及滲漏,這是值得我們學(xué)習(xí)和借鑒的。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。
對于鋁合金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,而鋁型材斷橋窗(詞條“斷橋窗”由行業(yè)大百科提供)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,并采用多腔體結(jié)構(gòu),同時增加材料成型的難度,并型材的穩(wěn)定性能要保證,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,所以歐洲市場對于高效節(jié)能門窗還是以塑窗為主,包括歐洲市場,在德國的建材(詞條“建材”由行業(yè)大百科提供)超市貨架上基本都是塑窗,肯定是它的市場價格比較合理,節(jié)能效果好有關(guān)。
門窗作為建筑的外墻圍護結(jié)構(gòu),需要解決安全、采光、通風(fēng)、保溫、防風(fēng)、隔音、防水、防火、抗老化、窗的框架位移等功能,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)計優(yōu)化以及不同材料的選擇來實現(xiàn),加工和安裝工藝的細節(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)計來實現(xiàn)。詳見圖1。

二、 建筑外窗的安裝位置
本文主要陳述門窗安裝工藝,安裝位置是首要問題,必須作為重點來描述,要引起高度重視。行業(yè)內(nèi)許多人認(rèn)為窗戶的安裝和安裝位置并不主要,窗戶只要安裝在洞口內(nèi)(中間、靠外些類似飄窗)就可以了,通常做法是用固定片與墻體連接,然后填充發(fā)泡(詞條“發(fā)泡”由行業(yè)大百科提供),再用沙漿密封或用密封膠密封,其安裝方法既不防水又不保溫,還會產(chǎn)生室內(nèi)墻皮脫落和室內(nèi)墻發(fā)霉等現(xiàn)象,都是安裝不當(dāng)產(chǎn)生的結(jié)果,目前的安裝方式存在很大的滲漏隱患,至于以后會出現(xiàn)什么問題,問題出在哪里,都是以后的事情,以為問題出現(xiàn)打打膠就可以解決了。實際情況不是大家想象得那么簡單,門窗是外墻維護體系中的一部分,是要具備和外墻體一樣的功能,要解決很多問題,防水、防霉、防滲漏、保溫是最基本的要求,并且增加采光、通風(fēng)等功能,所以安裝位置和安裝工藝流程并實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化工藝特別重要,不是什么三分設(shè)計七分安裝的想法,實現(xiàn)100%的設(shè)計和100%的加工、組裝與安裝的精細化理念,只有這樣才能實現(xiàn)窗戶體系的完整可靠性能。。
2.1窗戶安裝位置
大家知道,目前大部分窗戶安裝在洞口中間位置很多,這只是其中一種安裝方式,其實窗戶的安裝實際分為三種:
1、 窗戶安裝在洞口中間位置;
2、 窗戶安裝在洞口外側(cè)邊緣位置;
3、 窗戶安裝在洞口外側(cè)位置。
2.2窗戶的固定方式
由于安裝位置不同,其與結(jié)構(gòu)的固定方式也不同,固定方法直接關(guān)系到門窗的安全性和可靠性,以及與建筑位移伸縮等,因此保證窗戶的固定安全是最重要的,常規(guī)濕法的安裝窗框適用于1、2種,如圖2、3


同時1、2種安裝位置也可以進行干法施工,采用副框結(jié)構(gòu)方式,干法施工是門窗標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的基礎(chǔ),解決安裝過程中的問題,如圖4

第3種洞口外側(cè)安裝形式
目前國內(nèi)只局限于超低能耗建筑的外窗安裝,并沒有全面推廣應(yīng)用,窗框與結(jié)構(gòu)通過專用鋼制角碼和墻體外掛式連接固定,類似幕墻連接方式,但是與幕墻完全不同,使窗戶與墻體成為一體化模塊設(shè)計結(jié)構(gòu),這樣的窗戶結(jié)構(gòu)屬于模塊化設(shè)計,是當(dāng)今最先進的設(shè)計和施工方法,并能解決建筑的零滲漏等問題,從而滿足超低能耗建筑節(jié)能要求85~95%以上節(jié)能要求,發(fā)展離不開降能減排。如圖5

三、門窗的加工工藝、安裝工藝
本文主題講門窗的安裝,必須要提到門窗的加工制作工藝,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),加工制造及現(xiàn)場安裝是關(guān)鍵環(huán)節(jié),每個環(huán)節(jié)和細節(jié)都必須嚴(yán)格執(zhí)行到位,百分百的設(shè)計與百分百的安裝,做好頂層設(shè)計,才實現(xiàn)免售后服務(wù),達到客戶的真正滿意,真正實現(xiàn)產(chǎn)品的品質(zhì)提升和品牌效應(yīng)。
門窗的加工制作精度、組裝工藝和安裝工藝流程的編制和落實,實現(xiàn)工藝的標(biāo)準(zhǔn)化是關(guān)鍵,產(chǎn)品進行全面質(zhì)量管理體系管理流程,每道工序都有記錄檢查和可追溯性,保證產(chǎn)品的出廠為100%合格率,這些要素都會直接影響門窗產(chǎn)品質(zhì)量、使用功能和門窗性能,尤其對抗風(fēng)壓、水密性、氣密性、保溫性、隔音性能表現(xiàn)尤為突出,也關(guān)系到門窗安全性及可靠性,因此需要生產(chǎn)加工企業(yè)和施工單位加強內(nèi)部培訓(xùn),嚴(yán)格監(jiān)督檢查,把能夠發(fā)生的關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量的因素,問題解決在事前是最關(guān)鍵的。
在批量生產(chǎn)前,應(yīng)先制作一樘實際尺寸的樣窗,安裝好玻璃及五金后,檢查窗戶整體配合及質(zhì)量是否有問題,確認(rèn)沒有問題后,各部門簽字,按照這個樣窗標(biāo)準(zhǔn)再進行批量加工生產(chǎn)。
3.1門窗加工組裝工藝要求
門窗加工及組裝工藝流程要求是很嚴(yán)格的,不是說有臺雙頭鋸、組角機就可以加工門窗產(chǎn)品,要建立完整體系加工流水線,同時加工尺寸要有加工標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求,包括成品半成品的裝飾面保護,及其材料的擺放等要求,這一點組裝后偏差就表現(xiàn)出來了,要形成完整的生產(chǎn)流水線,按加工工藝流程要求進行加工,其要求下面做些分析:
3.1.1型材加工的尺寸偏差為<±0.5mm;窗框型材之間(包括中挺)為90度連接,窗扇型材為45度加工,窗框型材端面要配備專用刀具進行端銑加工,窗扇之間的連接要采用專用連接角碼,拒絕使用活動角碼、壓鑄角碼、加導(dǎo)流片角碼,通過注膠導(dǎo)流槽注膠使角碼直接與型材形成了一個整體,其門窗角部強度將大幅度提高,增強防水性能和門窗角強度功能,組角注膠后水密性和門窗的整體結(jié)構(gòu)性能全面提高。角碼的注膠流道設(shè)計的優(yōu)化,角碼注膠時保證充分粘接,保證其物理性能安全可靠。
3.1.2窗框中挺要用中梃連接件連接,連接處使用雙組份組角膠注膠,增加連接強度,拼縫通過拼縫膠或者專用的密封膠墊密封,保證連接可靠性和防水密封性能;
3.1.3拒絕使用自攻螺絲釘,所有連接必須采用機制螺絲連接,并進行涂膠處理,這種連接方式首先保證不了門窗的幾何尺寸的準(zhǔn)確性,制作工人很難掌握加工尺寸的準(zhǔn)確性,其次這種用自攻螺絲釘連接方式存在巨大的安全隱患,有些制作工人使用自攻螺絲釘時用力不當(dāng),致使螺絲釘存在半斷裂狀態(tài),稍加外力就可以使其中梃組件脫落,沒有安全保障性能。
3.1.4窗扇型材加工為45度切角,并加工執(zhí)手連接孔等加工,通過專用注膠角碼連接,并進行鉚角和采用雙組份組角膠在注膠孔進行注膠連接,窗扇鉚角時,每個角為8個點進行鉚角,配備專用刀具進行組裝;
3.1.5窗框和窗扇組裝完成后,其窗的對角線尺寸偏差要<±1.0mm,窗框上下連接孔為長條孔,解決窗戶伸縮問題;
3.1.6安裝好五金件后,安裝玻璃和膠條,并進行檢查調(diào)整各處間隙是否符合要求;
注膠角碼及注膠效果詳見圖6。

角部注膠效果
3.1.7窗臺板及窗套要復(fù)核洞口窗臺尺寸,再進行專門定制加工與安裝,保證建筑外窗的整體性能安全可靠。
3.2門窗的安裝工藝要求
鋁、塑窗上一定要安裝抬高窗下口副框和窗臺板、窗套,為什么要這樣做?下面作詳細分析:
3.2.1窗戶副框連接為干法施工,干法施工是很規(guī)矩的做法,通過副框?qū)⒋岸纯诔叽绫WC與設(shè)計的圖實相符,保證窗與副框的連接安全可靠,窗與副框之間增加保溫墊,使窗戶無熱橋,同時采用窗臺板、窗套結(jié)構(gòu),使窗戶的施工形成完整系統(tǒng);
3.2.2窗副框與洞口的縫隙約為20mm-30mm左右,應(yīng)采用膨脹棉進行填充,窗框下口與窗抬高副框的上口要用防雨布做好室內(nèi)外的防水施工,隨后安裝窗框、窗扇、玻璃、保溫板及室外窗臺板,以及室內(nèi)窗臺板,這樣可以提高窗戶的防水、防滲漏、保溫、防霉等性能,使窗成為完整系統(tǒng)體系;
3.2.3安裝固定玻璃時,固定玻璃的安裝位置要在斷橋窗的斷橋位置最好,墊好玻璃墊,在玻璃內(nèi)四周塞好泡沫棒,然后用密封膠在玻璃與窗框間隙中填充密封,徹底解決窗戶滲漏問題;
3.2.4窗扇玻璃的安裝是有方法的,玻璃墊塊應(yīng)與合頁的對角線處位置安裝,將窗扇位置調(diào)整好后,用中性密封膠固定玻璃墊,防止使用過程中發(fā)生滑動,導(dǎo)致窗扇掉角下墜現(xiàn)象;

3.2.5在窗戶安裝在墻體外側(cè)時,應(yīng)采用鐵件連接與窗框和墻體,這樣防水雨布和保溫墊塊的應(yīng)用,并使用窗臺板或窗套結(jié)構(gòu),徹底解決防水、防霉和無滲漏問題;

3.2.6窗戶安裝的所有機制螺釘連接需要涂滿中性密封膠,或帶膠連接;
3.2.7窗扇執(zhí)手高度確定,在設(shè)計階段需要與業(yè)主溝通好,嚴(yán)格按圖施工安裝;
3.2.8做好避雷接地工作;
3.2.9窗戶安裝完成3—5個工作日后,要現(xiàn)場做淋水試驗。
四、建筑外窗的性能保證
窗戶要具備基本的性能,抗風(fēng)壓性能、氣密性能、水密性能、保溫性能、隔音性能、防撬等,為實現(xiàn)這些要求,需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計、選材、加工、安裝的各個環(huán)節(jié)做好,包括所有的細節(jié)。
4.1氣密性能控制門窗的氣密、水密、隔音、保溫性能是可直接感受到的指標(biāo),氣密性能起到室內(nèi)外內(nèi)外空氣的完全封閉,不僅僅只是窗戶的密封,還有窗戶與洞口及墻體的密封等環(huán)節(jié),需要我們認(rèn)真考慮。在安裝窗戶過程中,窗框與窗扇之間的等壓膠條起的作用很大,等壓膠條不僅僅解決氣密性能,還有水密、隔音、保溫等性能,材質(zhì)要選用三元乙丙發(fā)泡復(fù)合膠條,所以要采用多腔結(jié)構(gòu),解決空氣對流及氣流衰減問題,也包括玻璃內(nèi)外膠條的選用。
膠條安裝過程中,應(yīng)考慮伸縮問題,防止熱脹冷縮時發(fā)生不完整連接。
4.2水密性的控制與氣密相關(guān),采用“等壓原理”結(jié)構(gòu)設(shè)計,解決水與氣的分離,因為水的滲漏有幾種方式:1、縫隙滲漏;2、水的毛細張力(詞條“張力”由行業(yè)大百科提供);3、水蒸氣對流;4、水蒸汽擴散。應(yīng)用“等壓原理”是解決水密性的方法解決,做好水與氣的分離。
對于窗戶的結(jié)構(gòu)設(shè)計中窗臺板和窗套的設(shè)計和采用,對防水起到一定的作用,在歐洲市場,窗臺板為強制采用產(chǎn)品,并列入德標(biāo)。。
4.3隔音性能的控制,整窗的隔音設(shè)計應(yīng)如何衰減聲波,達到隔音效果,通過型材、玻璃、膠條密封、五金件實現(xiàn),減少空氣的對流,做好密封。
4.3.1型材斷橋腔體內(nèi)填充保溫材料;
4.3.2三玻結(jié)構(gòu)玻璃采用不同厚度的玻璃,中空腔體充惰性氣體;
4.3.3提高窗體氣密性,五金采用6-8點的多點鎖,隱藏式合頁結(jié)構(gòu)。
4.4保溫性能的控制,窗戶的保溫性能是設(shè)計難度最大的,從設(shè)計到選材,還有加工、安裝的全面控制,提高窗戶的熱阻(詞條“熱阻”由行業(yè)大百科提供)值R是解決問題的根本方法,通過三種途徑實現(xiàn):
1.降低材料的導(dǎo)熱率;
2.提高材料的厚度和寬度;
3.結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化。
對于窗框與洞口的縫隙處理,目前常用的是打發(fā)泡劑后,砂漿填縫。但是還有其他方法可以處理的更好,選用膨脹棉、室內(nèi)外防水布、窗臺板和窗套及保溫一體板,解決無滲漏問題。如圖

4.5 抗風(fēng)壓性能保證
抗風(fēng)壓性能保證是通過分格強度計算來實現(xiàn),選擇型材系列,壁厚,玻璃配置等,滿足不同條件下的窗戶抗風(fēng)壓性能。
五、結(jié)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,實現(xiàn)產(chǎn)品體系的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化,其重要性可想而知,把問題解決在事前。
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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