1 前言

自從在2010 年上海世博會(huì)上出了一棟代表世界先進(jìn)水平的“漢堡之家”之后，中國(guó)開(kāi)始引入了“被動(dòng)房”這一源于歐洲的創(chuàng)新節(jié)能建筑概念，同時(shí)中國(guó)政府及地方主動(dòng)作為引入并發(fā)展被動(dòng)房；北京、天津、河北、山東、河南、黑龍江、遼寧、江蘇、福建、陜西、內(nèi)蒙古等省市出臺(tái)了相關(guān)政策鼓勵(lì)發(fā)展被動(dòng)房，并完善了相關(guān)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)；促進(jìn)了與建筑相關(guān)的企業(yè)對(duì)節(jié)能、環(huán)保材料的研究。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，建筑能耗已占全社會(huì)總能耗的40% 以上，而通過(guò)門(mén)窗損失的能耗約占建筑總能耗的50%。由此可見(jiàn)，建筑的門(mén)窗節(jié)能成為關(guān)建環(huán)節(jié)，研究門(mén)窗節(jié)能也成為節(jié)能的重要方面，門(mén)窗節(jié)能除了研究型材、玻璃、膠條外，所配套使用的五金也非常關(guān)鍵。

2 設(shè)計(jì)理念

在門(mén)窗中五金實(shí)現(xiàn)了門(mén)窗的開(kāi)啟（包括內(nèi)倒、外懸）與關(guān)閉功能；同時(shí)在框和扇中主要起連接、承重作用；以上兩點(diǎn)在大家的認(rèn)知中是顯而易見(jiàn)的。但與隔熱節(jié)能聯(lián)系起來(lái)，好象是風(fēng)馬牛不相及，下面我們來(lái)看一以下兩種窗型結(jié)構(gòu)圖。

圖1 市場(chǎng)上的常見(jiàn)窗型

圖1 是現(xiàn)在市場(chǎng)上比較常見(jiàn)的三種窗型，圖3 為下合頁(yè), 是外掛式合頁(yè)；無(wú)論使用鋁合金型材，還是PVC類(lèi)型材（本次討論對(duì)象不包括木窗），為保證合頁(yè)安裝通道，必須對(duì)室內(nèi)側(cè)的膠條進(jìn)行斷割，現(xiàn)有的工藝水平是無(wú)法達(dá)到完全密封的，同時(shí)增加了門(mén)窗廠加工制作的難度。

圖2 熱對(duì)流

從圖2 中我們不難理解, 外露式合頁(yè)安裝后，除了斷割膠條外，還有合頁(yè)與型材之間的縫隙形成漏氣點(diǎn)，而且框、扇之間形成熱對(duì)流。

我們對(duì)寒冷地區(qū)的北京、河北，嚴(yán)寒地區(qū)的東北多處工地現(xiàn)場(chǎng)及業(yè)主家庭進(jìn)行了調(diào)查了解：京津冀等寒冷地區(qū)，冬天內(nèi)外溫差較大，一般屋內(nèi)溫度為20℃，屋外溫度為-10 ℃以下，溫差近30 ℃；東北等嚴(yán)寒地區(qū)，冬天內(nèi)外溫差更大，一般屋內(nèi)溫度為20℃，屋外溫度為-20℃以下，溫差近40℃；內(nèi)外溫差較大窗戶(hù)的合頁(yè)處開(kāi)始結(jié)露、結(jié)冰、結(jié)霜。（圖3、圖4）。

圖3 合頁(yè)處結(jié)露

圖4 合頁(yè)處結(jié)霜

同時(shí)，我們對(duì)中間加裝了等壓膠條的窗型進(jìn)行了觀察，冬天因室內(nèi)外溫差較大，在等壓膠條的室外側(cè)表面形成了大量水珠，流入框的下排水口處，結(jié)冰后堵排水口（圖5）。導(dǎo)致凝結(jié)水越來(lái)越多，冰越來(lái)越厚，擠壓等壓膠條變形；最后窗戶(hù)失去密封性，有的甚至打不開(kāi)( 圖6）。

圖5 等壓膠條的室外側(cè)表面形成水珠

圖6 窗戶(hù)結(jié)冰

現(xiàn)在市場(chǎng)上門(mén)窗上下合頁(yè)均采用外掛式的也很多，采用圖7 側(cè)邊外掛合頁(yè)的型材主要是PVC 和木質(zhì)型材（本次討論對(duì)象不包括木窗）；采用圖8在正立面外裝式合頁(yè)的型材主要是鋁合金型材。

圖7 側(cè)邊外掛合頁(yè)

圖8 正立面外裝式合頁(yè)

圖7 側(cè)邊外掛式門(mén)窗其強(qiáng)度就取決與型材本，一般用于重量小于20 公斤對(duì)的窗型?，F(xiàn)假設(shè)一個(gè)窗戶(hù)用兩只側(cè)邊外掛式合頁(yè)，用四個(gè)ST4.2 螺絲固定并穿過(guò)兩腔，PVC 壁厚為c=3MM, 型材的屈服強(qiáng)度σ=60Mp; 窗扇所承受的最大拉力F;

F=2*4*S*σ

S 螺紋接觸表面積=

從理論計(jì)算看F值只有105N, 所以PVC窗現(xiàn)在一般不用側(cè)邊外掛式合頁(yè)的主要原因是強(qiáng)度不足。對(duì)被動(dòng)窗抗風(fēng)壓性能等級(jí)不應(yīng)低于9 級(jí)，否則更無(wú)法保證。

采用圖8 外裝式合頁(yè)的基本是主要門(mén)，主要的問(wèn)題是生產(chǎn)制作過(guò)程中被壞了型材的腔體，合頁(yè)與型材腔體之間存在縫隙，同樣會(huì)在腔體內(nèi)產(chǎn)生熱對(duì)流，包括門(mén)鎖孔漏氣問(wèn)題一直是業(yè)內(nèi)無(wú)法解決的問(wèn)題。

現(xiàn)在河北省對(duì)被動(dòng)房用門(mén)窗作出了“外門(mén)窗應(yīng)具有良好的氣密、水密和抗風(fēng)壓性能。依據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑外門(mén)窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能分級(jí)及檢測(cè)方法》GB/T7106，其氣密性等級(jí)不應(yīng)低于8 級(jí)、水密性等級(jí)不應(yīng)低于6 級(jí)、抗風(fēng)壓性能等級(jí)不應(yīng)低于9 級(jí)。”的規(guī)定。所以五金安裝要保證門(mén)窗膠條完整性是非常重要的。

3 結(jié)構(gòu)方式

通過(guò)與眾多門(mén)窗企業(yè)相關(guān)人員溝通發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)五金水密性能基本在4 級(jí)左右，氣密性能也在5-6 級(jí)之間，主要原因是傳統(tǒng)五金破壞了門(mén)窗密封膠條或型材的完整性。我們?cè)O(shè)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)采用隱藏式方案可以保證密封膠條的完全整性，同時(shí)要降低熱導(dǎo)率；減少因內(nèi)外溫差引起的熱對(duì)流。

圖9 適用于PVC 型材的五金系統(tǒng)隱藏設(shè)計(jì)方案

圖10 適用于鋁合金型材的五金系統(tǒng)隱藏設(shè)計(jì)方案

圖9 為適用于PVC 型材的五金系統(tǒng)隱藏設(shè)計(jì)方案（部分），圖10 為適用于鋁合金型材的五金系統(tǒng)隱藏設(shè)計(jì)方案（部分），從設(shè)計(jì)方案可以看出，完全保證了密封膠條完整性，達(dá)到降低熱導(dǎo)率；減少熱對(duì)流的要求。

通過(guò)PTC-Creo-Simulate 的熱傳導(dǎo)及熱輻射可以看出，圖11 為外裝式合頁(yè)門(mén)窗，熱輻射大量集中在合頁(yè)表面上，圖12 為隱藏式合頁(yè)門(mén)窗，熱輻射表面非常均勻，與窗面成直線分布。

圖11 外裝式合頁(yè)門(mén)窗

圖12 隱藏式合面門(mén)窗

在國(guó)標(biāo)GB16809 防火窗標(biāo)準(zhǔn)“6.3 五金件、附件、緊固件應(yīng)滿(mǎn)足功能要求，其安裝應(yīng)正確、齊全、牢固，具有足夠的強(qiáng)度，啟閉靈活，承受反復(fù)運(yùn)動(dòng)的五金件、附件應(yīng)便于更換。“采用隱藏式開(kāi)裝設(shè)計(jì)便可以滿(mǎn)足這一要求。同時(shí)行業(yè)內(nèi)的耐火窗的五金件通常采用鋼制構(gòu)件，因鋼質(zhì)材料的熱容率低，熱傳導(dǎo)系數(shù)大，如果采用傳統(tǒng)的外露方式會(huì)將大量的熱量傳入框、扇之間，到導(dǎo)型材變型；同時(shí)斷割膠條導(dǎo)致門(mén)窗的跑火、竄火現(xiàn)象發(fā)生。采用隱藏式的設(shè)計(jì)可以完全避免此問(wèn)題。

4 結(jié)論

在使用鋁合金型材及PVC 型材的被動(dòng)門(mén)窗中采用隱藏式五金系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)門(mén)窗的加工工藝，保證了門(mén)窗密封系統(tǒng)的完整性，杜絕了因外裝式合頁(yè)向框、扇之間的熱傳導(dǎo)，降低了門(mén)窗的隔熱系數(shù) ；對(duì)提高被動(dòng)窗的氣密性、水密性有明顯的幫助；同時(shí)在耐火窗中采用隱藏式五金系統(tǒng)可以降低門(mén)窗的跑火、竄火現(xiàn)象發(fā)生，提高門(mén)窗的耐火性要求。

來(lái)源：被動(dòng)房網(wǎng)

參考文獻(xiàn)

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