玻璃钢门窗系统建筑节能

典型地区用建筑外窗——玻璃钢门窗系统摘要；本文是“2006BAJ02B06典型地区用建筑外窗系统研究”课题项目，通过对各典型地区的建筑门窗节能的要求，指出了门窗的节能控制点，经课题研究提出了采用玻璃钢门窗的节能机理和满足建筑对门窗功能性要求，并经科技创新和工艺的不断改进，在节能减排的经济分析基础上，实现了玻璃钢门窗对不同典型地区的一站式全方位门窗解决方案。Abstract：Thisarticleisa"2006BAJ02B06typicaloftheregionbybuildingoutsidethewindowofsystematicresearch,"thesubjectproject,Throughthedoorsandwindowsofallthetypicalpartsoftherequirementsofenergy-saving,PointedoutthedoorsandwindowsEnergy-savingcontrolpoint.TheresearchprojectproposedFRPdoorsandwindowswithenergy-savingmechanismandtheconstructionofdoorsandwindowstomeetthefunctionalrequirements’Andwithtechnologicalinnovationandcontinuousimprovementprocess,Intheenergy-savingemissionreductiononthebasisofeconomicanalysis,AchievedFRPdoorsandwindowsofthedifferentmodelsofregionalone-stopsolutionforall-roundwindowsanddoors.关键词：典型地区、外窗、玻璃钢门窗、系统、节能Keywords：Typicalareas,Outsidethewindow,FRPdoorsandwindows,System，Energy节约资源、节约能源、建立节约型社会就是要减少能源消耗，而建筑直接耗能占全社会耗能的46%-50%，其中门窗的能源损失又占到建筑能耗的50%，这样近四分之一能耗就由于门窗而被消耗掉，所以减少门窗的能源损失是当前建筑节能的主要途径之一。2008年10月1日国务院颁布实施的《民用建筑节能条例》，将建筑节能提高到了一个新高度。2008年12月29日住房和城乡建设部、国家发展和改革委员会、国家财政部、国务院法制办公室四部门联合下发《关于贯彻实施《民用建筑节能条例》的通知》，要求各地建设主管部门抓紧制定配套政策措施，形成优于国家标准的地方民用建筑节能标准，认真做好《民用建筑节能条例》的贯彻落实工作。

各地纷纷制定了相应的节能规定，为了使在建筑工程中要求使用环保节能优质材料门窗，逐步淘汰劣质材料门窗并制定了相应的国家建筑节能产业政策，开始实行《建筑门窗节能性能标识》，北京市率先在2004年提出新建居住建筑达到节能65%的要求，其中门窗传热系数不得低于2.8W/(㎡·K),2009年实行指导性要求是K值达到2.5W/(㎡·K)，而天津在2006年规定门窗传热系数不得低于2.7W/(㎡·K),现在各地对纷纷对门窗传热系数提出不同要求最低的为1.9W/(㎡·K),有的甚至更低,这对门窗的节能提出很高要求.为此门窗节能势在必行。典型地区的建筑门窗节能建筑热工设计将我国不同的地区分为五个典型地区，而门窗的设计基本功能要求要符合不同气候典型地区对建筑的基本要求。1、门窗的环境及其功能与作用的基本要求环境门窗的功能与作用用自然环境太阳辐射采光、调光（防日日光直射）、日日照、得热、防防晒隔热、防防老化空气温、湿隔绝冷、热温差传传热，防潮湿湿，防腐蚀风抗风压，阻止冷、热热空气渗透，自自然通风换气气雨防雨水渗漏雷电防侧雷击，防静电电砂尘防砂尘昆虫防害虫社会环境噪声隔绝噪声火灾防止火灾蔓延室外人防窥视、防盗窃，建建筑外墙装饰饰室内人视野、观景，防跌跌落，使用、清清洁方便，安安全，室内环环境装饰2、典型地区对建筑的基本要求典型地区名称对建筑的基本要求求严寒地区必须充分满足冬季季保温、防寒寒、防冻要求求，一般可不不考虑夏季防防热寒冷地区应满足冬季保温、防防寒、防冻要要求，部分地地区兼顾夏季季防热夏热冬冷地区必须满足夏季防热热、遮阳、通通风降温要求求，适当兼顾顾冬季保温夏热冬暖地区必须充分满足夏季季防热、遮阳阳、通风、防防雨要求，一一般可不考虑虑冬季保温温和地区部分地区应考虑冬冬季保温，一一般可不考虑虑夏季防热，应应满足防雨和和通风要求3、门窗的隔热与保温门窗不仅是人们常说的所谓建筑的“眼睛”它更是建筑的“五官”，它同时承担着沟通与隔绝室内外这两方面互相矛盾的任务：采光、日照——遮阳、防晒通风、换气——防风雨、尘、虫视野、观景——屏蔽视线、隔绝噪声保温（冬季）——隔热（夏季）门窗的冬季保温和夏季隔热性能是不同的。保温是指门窗阻止室内的远红外长波辐射热向室外传递的能力，以门窗的传热系数为指标；隔热则主要是门窗阻隔室外太阳的短波辐射进入室内的能力，以窗玻璃的遮阳系数为指标。门窗的节能就是要实现隔热与保温。并在门窗系统设计上充分解决好上述矛盾，满足不同典型地区建筑对门窗的不同功能性要求。建筑门窗的节能控制建筑门窗的保温隔热性能直接影响到建筑能耗的大小，而造成门窗的热损失主要有（见图）；门窗用玻璃的热幅射进行的热传导门窗玻璃一般占门窗的70%-80%，对门窗的节能起主导作用，玻璃的节能主要是通过玻璃的热工性能，玻璃层数，玻璃中间的隔离层、隔离层的介质、隔离层间隔框的材质、隔离层间隔框的密封等因素来实现。门窗框材料的热幅射进行的热传导门窗框一般占门窗的20%-30%，对门窗的节能起重要作用，门窗框的节能主要决定门窗框材料的导热系数和门窗框的腔体构成而形成多道保温隔热层。门窗框扇与玻璃之间的各种渗透随之带来的热量交换及渗漏造成的热损失。门窗框与玻璃之间缝隙的密封和多腔体实现，是防止各种渗透的能力，降低门窗的线传热系数（门窗边缘与框的组合传热效应所产生附加传热量的参数），减少热量交换的途径，而门窗型材特别是中竖梃型材的强度而导致的变形是控制的重点。门窗框与窗扇之间形成空气渗透随之带来的热量交换及渗漏造成的热损失。门窗扇实现了门窗的出入和通风，但门窗扇与门窗框的密封是节能控制的最关键点，既要保证扇的开启灵活，又要保证关闭后密封，采取的措施是室外和室内侧的双道密封、框扇之间开启腔体通过等压胶条密封形成双腔，来提高窗的保温隔热性能和气密性，而门窗型材特别是中竖梃和扇梃型材的强度而导致的变形必须严加控制。门窗框与墙体之间缝隙形成空气渗透随之带来的热量交换及渗漏造成的热损失门窗框与墙体之间的安装方式和牢固成度，门窗材料与墙体材料的线膨胀系数一致性，门窗框与墙体之间的密封材料的保温性能和耐候性能以及粘接能力和抗变形能力，附框保温能力是解决墙体与窗框之间缝隙的关键，也是提高门窗与建筑结合部位节能的关键。玻璃钢门窗的节能机理和功能性继木窗、钢窗而发展的铝窗和塑窗，由于铝窗的金属导热性好，保温性能差，而塑窗强度和耐候性能差的弱点，不能够满足现在节能和使用寿命的需要，为此用隔热铝合金窗和铝塑复合窗等来实现节能，但由于使用的是两种不同材料经机械复合，这样复合强度又不能适应建筑对门窗的需要，为此第五代门窗——玻璃纤维增强塑料（FRP）门窗（简称玻璃钢门窗）应用而生。玻璃纤维增强塑料，是一种新型复合材料，它是基体树脂和增强纤维构成的类似于钢筋混凝土的一种复合结构体，由于树脂和纤维在性能上的“优势互补”，使其具有轻质、高强、防腐、绝缘、保温、隔声等优良物理化学性能，在航空、航天等尖端领域广泛应用，更是一种理想的新型建筑材料。玻璃钢门窗是以玻璃纤维及其制品为增强材料，以不饱和聚酯树脂为基材，将玻璃纤维及织物浸透树脂后经牵引机牵引下通过加热专用模具高温固化成型，经拉挤工艺生产出空腹异型材的高分子复合材料，形成表面光洁、尺寸稳定、强度高的玻璃钢型材；又经特殊涂层表面处理切割下料后，使用专用角连件和粘接材料组装成门窗框，再配上毛条、橡胶条及五金件制成成品门窗，具有优越的机械性能和化学性能，耐潮湿、耐腐蚀、抗老化，阻燃、绝热，在高低温作用下，仍能保持尺寸稳定性，工艺先进，在生产过程中不会造成公害。玻璃钢门窗通过玻璃的不同配置来提高节能效果玻璃钢门窗的玻璃品种可以选择无色透明玻璃、Low-E玻璃、真空玻璃和其它玻璃，可加工成二玻中空、三玻中空，并可采用6mm、9mm、12mm、15mm中空隔离层，隔离材料可采用铝隔条或暖边隔条，隔离层内可充隋性气体，采用双道密封，并可在中空层内配置中空百叶，将玻璃的节能技术全部应用到玻璃钢门窗中。玻璃钢型材的采用提高了门窗的保温性能玻璃钢型材的导热系数与其它型材比较相对较低（见下表），从导热系数上比铝合金降低了43%；比PVC塑料降低了30%；比钢材降低了99.3%，玻璃钢型材又采用了二腔或三腔的保温空腔结构，不用内置钢衬而影响玻璃钢型材的导热系数，所以玻璃钢型材是最佳的门窗保温材料。项目单位玻璃钢铝合金PVC钢导热系数W/m.℃0.300.530.4358.23、门窗框与玻璃之间的缝隙密封玻璃钢门窗的玻璃与玻璃钢框室内侧采用了三元乙丙胶条进行了密封，室外侧采用中性密封胶进行密封，三元乙丙胶条和中性密封胶具有较强耐候性，提高了其抗老化能力；玻璃周边与玻璃钢框间的空隙采用类式H型的包条式来实现二腔或三腔，提高其节能效果。4、玻璃钢门窗的框扇之间的等压胶条和内外两边的三元乙丙密封胶条的使用，实现了三道密封和二腔结构，提高了开启部位的节能性能和气密性。5、玻璃钢门窗安装采用先安装玻璃钢专用附框，再进行门窗安装的干法安装和整窗单元安装，有效的解决了湿作业而对门窗的污损，提高了安装效率。玻璃钢门窗框与墙体采用金属膨胀螺栓或自攻钉直接与墙体或附框固定，提高固定强度。窗框与墙体之间中间部位用聚氨脂发泡胶、两侧用建筑密封胶进行密封，来提高其节能效果，保证与建筑结构的连接强度。由于玻璃钢型材（7.3）与其结合的材料玻璃（9）、砖（9.5）、混凝土和水泥（10-14）的线膨胀系数相近，用玻璃钢型材制作的门窗和附框，与玻璃和墙体配合良好，使门窗整体结构更加稳定。注胶槽、挡边、上槽式、弹簧固定卡件、调整件等安装技术的采用，解决安装过程中存在的问题，使其与墙体结合更加完善，从而保证了门窗的整体各性性能。6、玻璃钢门窗由于具有独特的性能可以满足不同地区对门窗的功能要求轻质高强。玻璃钢型材具有轻质高强的优良性能（详见下表），玻璃钢门窗不需钢框为骨架，完全靠自身就能支撑，抗压、抗折、不变形、不弯曲。既节省了钢材，又达到了使用目的。弥补了塑钢门窗强度低易变形的缺点。可在台风多发区使用。项目单位玻璃钢铝合金PVC钢密度1000Kg/mm31.72.91.57.8拉伸强度Mpa38815050420弯曲弹性模量Mpa2090070000196020600比强度220533653耐候性。玻璃钢型材属热固性塑料，树脂交联后即形成三维网状分子结构，变成不溶不溶体，既使受热也不会熔化，热变形温度为200℃，耐高温。玻璃钢型材随着温度的下降，分子运动减速，分子间距离缩小并逐步固定在一定的位置上，分子间引力加中，所以低温不变形，并具在不吸水等特点（祥见下表），在冷热温差变化较大环境下，不易与建筑物及玻璃之间产生缝隙，保证尺寸稳定，可大大提高玻璃钢门窗的密封性能，玻璃钢门窗可在温差变化较大的地区使用。项目单位玻璃钢铝合金PVC钢耐热性热变形温度≥2000℃耐高温维卡软化温度833℃耐冷性低温下强度提高无低温脆性脆化=-40℃吸水性不吸水不吸水0.8(100℃℃,24h))耐腐蚀、抗老化。玻璃钢属优质复合材料，它对酸、碱、盐、油等各种腐蚀介质都有特殊的防止功能，且不会发生锈蚀，耐腐蚀。它还能抗老化，铝合金门窗平均寿命为20年，普通的PVC寿命为15年，而玻璃钢门窗的寿命可达50-60年。玻璃钢门窗对无机酸、碱、盐、大部分有机物、海水及潮湿环境都有较好的抵抗力，对于微生物也有抵抗作用，因此除适用于干燥地区外，同样适用于多雨、潮湿地区，沿海地区和化工场所。健康绿色环保。经有关部门检测，优质玻璃钢门窗型材符合国家规定的各项有害物质限量指标，达到A类装修材料要求，是绿色环保型建材。导电绝缘性。玻璃钢型材是良好的不导电绝缘材料，它不受电磁波影响，不反射无线电波，透微波性好，能够承受高电压而不损坏，所以玻璃钢门窗不用象金属门窗一样做防雷和防静电处理。色泽丰富。玻璃钢型材硬度高，可涂装名种涂料，以适应不同风格及档次的建筑物外立面效果，颜色丰富并经过特殊工艺进行表面处理后不会褪色。隔音。玻璃钢的树脂与玻璃纤维复合结构的振动阻尼很高，对声音的阻隔可达26～30分贝，经实测效果可达36分贝，目前国家标准规定隔音35分贝就可以称为隔音门窗。减震。玻璃钢型材的弹性模量为20900，用它制成的门窗具有较高的减震频率，玻璃钢型材中的树脂与纤维界面的结合，具有吸震和抗震能力，避免了结构件在工作状态下共振引起的早期破坏。阻燃。玻璃钢型材遇明火不燃，属离火自熄，并不产生有害气体。而含氯的PVC塑料窗在火灾时被明火燃烧会放出HCL等有毒气体。玻璃钢门窗具有这些优良的特性和美丽的外观，是建筑门窗的绿色产品和节能先锋，可为不同典型地区门窗提供全方位的一站式解决方案。玻璃钢门窗的创新（一）玻璃钢型材拉挤工艺的研发创新和组合式模具实行了内加热和外保温结构，减少了电力的消耗，做到了有效的节能。玻璃钢门窗的研发首先是玻璃钢型材的研发，原材料的选择和处理，型材的成型工艺，模具的选择与设计，玻璃钢的工艺配方，设备运行做为玻璃钢型材生产的五大要素缺一不可，经过上百次的各种试验和得失，使五个要素达到了有机的结合，对玻璃钢门窗的开发起到关键作用，使玻璃钢型材挤压登上了一新台阶，经检测玻璃钢型材的纵向弯曲强度达到388Mpa，横向弯曲强度达到68.7Mpa，纵向弯曲弹性模量达到20900Mpa，纵向拉伸弹性模量达到360Mpa，线膨胀系数达到0.73×10-6/℃,比国外性能有较大的提高,能够满足玻璃钢门窗的需要。（二）以节能为己任，不断创新门窗新体系，实现节能减排经过近十年全过程的理论与实践相结合的经验积累，根据节能减排的客观要求，已经4代门窗体系，型材系列发生了根本性的变化，由过去的50、58平开系列，66、75推拉系列，新增了55、60系列保证了推拉和平开断面宽度的一致性，新增65系列三玻三道密封门窗，适应了建筑节能的不同需要，主要表现在：一是型材外观更加美观，外视面减小，与墙体安装面增大，提高了整窗的抗风压强度和安全系数；二是主型材由二腔变为三腔，密封由二道密封变为三道密封，提高了门窗的保温性，更加适应不同地区的需求；三是在窗框中增加了独立的排水腔，解决了因建筑施工导致排水口被堵塞现象；四是可以适应不同厚度玻璃的安装，解决了三玻和内置百叶的问题，提高了门窗适应严寒地区和遮阳的需求；五是开发了附框，解决了安装钢附框的热桥问题；六是开发百叶窗型材和遮阳型材，形成完整的玻璃钢门窗系统。（三）型材加工改进，引进了八轴砂光机去掉脱膜剂的打磨工艺，实现机械化，改善了工作环境，实现了环境零污染。（四）滚涂和多色木纹印刷的UV氟碳漆表面处理，使门窗色彩多样化，并达到牢固耐久。（五）钢板和尼龙组合的衬件，并经机械连接和胶接，提高了组角和连接的精度及强度。北京**玻璃钢有限公司的“房云”牌玻璃钢门窗经过上述工艺改进，更加提高了门窗的档次和质量水平，先进结构设计，使性能优越，经国家级检测机构的检测其物理性能和机械性能指标均达到或超过国家规定标准，并达到了国外标准要求，现对比如下：“房云‘牌玻璃钢型材、门窗机械性能和物理性能检测指标玻璃钢型材项目单位中国标准值实测结果备注弯曲强度(纵向))Mpa200388弯曲强度(横向))Mpa3068.7弯曲弹性模量(纵纵向)Mpa1000020900拉伸强度Mpa360树脂含量%20-3532.9树脂不可溶份含量量%>8588.9导热系数W/m.℃0.393线膨胀系数10-6/℃7.3热变形温度℃>200巴氏硬度>35451氧指数30.7加热后尺寸变化率率%0高低温尺寸变化率率%0玻璃钢门窗项目单位实测结果中国标准值抗风压性能（KPa）5.308国标9级气密性能正q1[m3/（㎡·HH）]0.3608国标8级负0.4408国标8级水密性能ΔP（Pa）56008国标5级保温性能K[W/(㎡·KK)]1.908国标7级隔声性能(dB)3908国标4级五、玻璃钢门窗节能减排效果分析现以北京地区市场常用的三种门窗和标准的5+12A+5中空玻璃配置以节电进行比较1、保温K值门窗名称断桥铝合金窗PVC塑料窗玻璃钢窗备注5+12A+5中中空玻璃3．2W/（㎡·KK）2．7W/（㎡·KK）2．2W/（㎡·KK）2、每平米节能量计算公式Q=[0.58(K1·ε1n-K2·ε2n)+0.42(K1·ε1b-K2·ε2b)]×(tn-twp)×t×R×10-3式中：Q——年节能量（KW·h/a）0.58：0.42——南向窗和北向窗的面积比K1、K2——对比窗的传热系数ε1n、ε2n——南向修正系数0.67，0.65ε1b、ε2b——北向修正系数0.91，0.90tn、twp——分别为采暖期（制冷期）室内和室外平均温度t——每天供暖（制冷）时间R——当地采暖（制冷）期天数3、北京地区采用5+12A+5中空玻璃的玻璃钢窗与断桥铝合金窗的节能计算（1）冬季采暖，当室内温度：18℃，室外平均温度：1.3，采暖期为120天，24小时供暖的节能量：Q=[0.58(3.2×0.67-2.2×0.65)+0.42(3.2×0.91-2.2×0.90)]×(18-1.3)×24×120×10-3=38.7KW·h当建筑面积为100㎡，北京电价为0.50元时玻璃钢窗比断桥铝合金窗全年节约电费；M=38.7×100*0.50=1935元（2）夏季制冷，当室内温度：22℃，室外平均温度：30℃，制冷天数：90天，12小时供暖的节能量：Q=[0.58(3.2×0.67-2.2×0.65)+0.42(3.2×0.91-2.2×0.90)]×(30-22)×12×90×10-3=7.0KW·h当建筑面积为100㎡，北京电价为0.50元时玻璃钢窗比断桥铝合金窗全年节约电费；M=7.0×100*0.50=350元（3）冬季采暖和夏季制冷共节约电费；1938+350=2288元结论：当采用5+12A+5中空玻璃的玻璃钢窗时比5+12A+5中空玻璃断桥铝合金窗，建筑面积每100㎡节约能源消耗2288元。4、北京地区采用5+12A+5中空玻璃的玻璃钢窗与PVC塑料窗的节能计算（1）冬季采暖，当室内温度：18℃，室外平均温度：1.3，采暖期为120天，24小时供暖的节能量：Q=[0.58(2.7×0.67-2.2×0.65)+0.42(2.7×0.91-2.2×0.90)]×(18-1.3)×24×120×10-3=20.2KW·h当建筑面积为100㎡，北京电价为0.50元时玻璃钢窗比断桥铝合金窗全年节约电费；M=20.2×100*0.50=1010元（2）夏季制冷，当室内温度：22℃，室外平均温度：30℃，制冷天数：45天，12小时供暖的节能量：Q=[0.58(2.7×0.67-2.2×0.65)+0.42(2.7×0.91-2.2×0.90)]×(30-22)×12×90×10-3=3.64KW·h当建筑面积为100㎡，北京电价为0.50元时玻璃钢窗比断桥铝合金窗全年节约电费；M=3.64×100*0.50=182元（3）冬