1 前言

自從在2010 年上海世博會上出了一棟代表世界先進水平的“漢堡之家”之后，中國開始引入了“被動房”這一源于歐洲的創(chuàng)新節(jié)能建筑概念，同時中國政府及地方主動作為引入并發(fā)展被動房；北京、天津、河北、山東、河南、黑龍江、遼寧、江蘇、福建、陜西、內(nèi)蒙古等省市出臺了相關(guān)政策鼓勵發(fā)展被動房，并完善了相關(guān)節(jié)能標準；促進了與建筑相關(guān)的企業(yè)對節(jié)能、環(huán)保材料的研究。

據(jù)統(tǒng)計，建筑能耗已占全社會總能耗的40% 以上，而通過門窗損失的能耗約占建筑總能耗的50%。由此可見，建筑的門窗節(jié)能成為關(guān)建環(huán)節(jié)，研究門窗節(jié)能也成為節(jié)能的重要方面，門窗節(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)計理念

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

圖1 市場上的常見窗型

圖1 是現(xiàn)在市場上比較常見的三種窗型，圖3 為下合頁, 是外掛式合頁；無論使用鋁合金型材，還是PVC類型材（本次討論對象不包括木窗），為保證合頁安裝通道，必須對室內(nèi)側(cè)的膠條進行斷割，現(xiàn)有的工藝水平是無法達到完全密封的，同時增加了門窗廠加工制作的難度。

圖2 熱對流

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

我們對寒冷地區(qū)的北京、河北，嚴寒地區(qū)的東北多處工地現(xiàn)場及業(yè)主家庭進行了調(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)外溫差較大窗戶的合頁處開始結(jié)露、結(jié)冰、結(jié)霜。（圖3、圖4）。

圖3 合頁處結(jié)露

圖4 合頁處結(jié)霜

同時，我們對中間加裝了等壓膠條的窗型進行了觀察，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)水越來越多，冰越來越厚，擠壓等壓膠條變形；最后窗戶失去密封性，有的甚至打不開( 圖6）。

圖5 等壓膠條的室外側(cè)表面形成水珠

圖6 窗戶結(jié)冰

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

圖7 側(cè)邊外掛合頁

圖8 正立面外裝式合頁

圖7 側(cè)邊外掛式門窗其強度就取決與型材本，一般用于重量小于20 公斤對的窗型。現(xiàn)假設(shè)一個窗戶用兩只側(cè)邊外掛式合頁，用四個ST4.2 螺絲固定并穿過兩腔，PVC 壁厚為c=3MM, 型材的屈服強度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)邊外掛式合頁的主要原因是強度不足。對被動窗抗風(fēng)壓性能等級不應(yīng)低于9 級，否則更無法保證。

采用圖8 外裝式合頁的基本是主要門，主要的問題是生產(chǎn)制作過程中被壞了型材的腔體，合頁與型材腔體之間存在縫隙，同樣會在腔體內(nèi)產(chǎn)生熱對流，包括門鎖孔漏氣問題一直是業(yè)內(nèi)無法解決的問題。

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

3 結(jié)構(gòu)方式

通過與眾多門窗企業(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 級左右，氣密性能也在5-6 級之間，主要原因是傳統(tǒng)五金破壞了門窗密封膠條或型材的完整性。我們設(shè)計研究發(fā)現(xiàn)采用隱藏式方案可以保證密封膠條的完全整性，同時要降低熱導(dǎo)率；減少因內(nèi)外溫差引起的熱對流。

圖9 適用于PVC 型材的五金系統(tǒng)隱藏設(shè)計方案

圖10 適用于鋁合金型材的五金系統(tǒng)隱藏設(shè)計方案

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

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

圖11 外裝式合頁門窗

圖12 隱藏式合面門窗

在國標GB16809 防火窗標準“6.3 五金件、附件、緊固件應(yīng)滿足功能要求，其安裝應(yīng)正確、齊全、牢固，具有足夠的強度，啟閉靈活，承受反復(fù)運動的五金件、附件應(yīng)便于更換。“采用隱藏式開裝設(shè)計便可以滿足這一要求。同時行業(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)的外露方式會將大量的熱量傳入框、扇之間，到導(dǎo)型材變型；同時斷割膠條導(dǎo)致門窗的跑火、竄火現(xiàn)象發(fā)生。采用隱藏式的設(shè)計可以完全避免此問題。

4 結(jié)論

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

來源：被動房網(wǎng)

參考文獻

[1] 孫義明 《PVC 型材及應(yīng)用材料指標可行性分析報告》.

[2] 張小玲《我國被動房發(fā)展現(xiàn)狀及影響健康發(fā)展的制約因素》.

[3] GB 16809-2008《防火窗》.

[4] GB/T7106-2008 《建筑外門窗氣密，水密，抗風(fēng)壓性能分級及檢測方法》.

[5] http://www.gba.org.cn/.