據筆者從一些門窗性能檢測站了解到的信息:樣窗的水密性和氣密性不達標的比例較高,和熱工性能正好相反。說明如何改善防水性能是不少隔熱客戶遇到的難題。解決方法一方面需要提高加工/安裝的水平,另外可以參照國內外鋁合金門窗系統的做法。因為“系統”,在筆者看來就是設計并檢測過的一攬子解決方案。在防水方面,等壓雨幕原理是經常使用的,所以本文首先概述等壓雨幕的作用原理,然后介紹其在鋁合金門窗應用中的代表性細節。
一、等壓雨幕原理
等壓雨幕廣泛應用于建筑防水設計,大的如圖1所示的墻體等立面,小的用于一些縫隙防水。這正是因為它一方面減少了流入空腔的雨水量,即流量;另一方面可以加速排水。
圖1
流體力學中,開口部位的壓差流量Q如公式1所示:與開口的面積A以及壓差平方根√?P成正比。
公式1
雖然混雜雨水的空氣并不均勻,但公式1仍可以定性地描述積水過程。因此設法減少門窗封閉腔與外界大氣的開口以及實現兩者之間的等壓是提升防水效果的重要途徑。
如果實現了等壓原理,那么門窗封閉腔體內的雨水在自身重力的作用下即可排出,不需要再克服氣壓差了。
完整的等壓雨幕原理如圖2所示。以杯子為例,可以看出等壓雨幕由3部分組成:
圖2
⑴ 雨幕:外面的一層板,作用是遮擋雨水,并配有適當的排水/通風孔。
⑵ 中間的等壓腔:顧名思義,實現等壓的地方
⑶ 最里面的氣密層:必須連續、壽命長、無孔洞,作用是承受風壓。是實現等壓的關鍵。只有密不透風,杯中的空氣才能與外部壓力平衡 。
眾所周知,材料在室外的壽命沒法和室內比。雨幕只是用來遮擋雨水,因此允許一定的失效。關鍵的氣密層放在室內側,不受自然環境的直接作用,延長了壽命,也保證了防水系統的壽命。這就是等壓雨幕的妙處。
二、等壓雨幕在內開窗上的應用圖3是一個典型的內開節點。
圖3
(1 )其中雨幕由中空玻璃、室外型材的外表面等組成;
等壓腔如圖中的藍色線框所示,即框與扇之間的空腔和玻璃安裝槽。
氣密層:正風壓的情況下,中間膠條的鴨嘴會貼緊CT型隔熱條,起到氣密層的作用。
因此中間膠條把框扇之間的大空腔分割成了等壓腔和氣密腔。目前大部分設計選用:小等壓腔、大氣密腔。目的是實現快速等壓。
(2)開口面積除了通風孔、排水孔外,就是框扇搭接的間隙。而從公式1可以看出:除了適當的開孔外,控制間隙也很重要,像國外成熟的系統公司Schuco, Hueck, Wicona等裝配圖要求此間隙為0.5mm。而國內大部分在1mm起步。這樣相當于流量增加了一倍以上!因此提高加工工藝,控制好裝配誤差,很有必要。
1、關于圖4的內開節點,需要留意下列細節:
圖4
⑴泡沫填充
與玻璃和型材貼的太緊,空氣在玻璃安裝槽內不易流通,不利于等壓的實現。
而且適當的向室內側移動,防水效果會更好。
⑵ 壓條槽口
低于其他材料的表面,導致積水不容易排出。
⑶ 中間膠條纏繞供貨的膠條,整體有變形,導致安裝好后鴨嘴部分呈波浪形,有的地方會漏風。可以采用類似圖5的軟硬共擠膠條或者分體式設計。
圖5 中間膠條 軟硬共擠
EPDM等材質偏軟,其擠出精度也沒有鋁型材和隔熱條高。像圖4那么大的跨度,很容易從槽口中脫出。而圖6的固定方式就比較好。因為根基穩定了,上面的鴨嘴部分才能起到應有的作用。
圖6
⑷ 室內密封膠條
正風壓使框和扇之間有一定的分離。因此室內密封膠條要靠彈性來貼緊框型材表面,除了選用適當工作高度的膠條,也可以改變一些尺寸或者結構來增加回彈力(圖7)。
圖7
2、對于圖8的節點,扇型材穿了常見的I型隔熱條,形成了低凹處,容易積水。常見的排水孔開法有兩種。對于圖9來說,積水流到鴨嘴部分與型材的接觸部位,導致水密失效。而圖10對排水孔的加工精度要求很高:隔熱條頭部尺寸4.2,壁厚1.8以上,如果加工設備調整不當,容易銑穿隔熱條,使得積水進入隔熱腔!因此選用C型隔熱條或者采用類似圖3中的積水槽,效果會改善。
3、風壓較大的地方,可以在玻璃下面增設一道密封膠條或硅酮膠,提高玻璃安裝空腔的等壓效果。(圖12)
圖8
圖9
圖10
三、等壓雨幕在鋁合金外開窗上的應用外開窗在風壓的作用下,兩個膠條處于壓縮狀態(圖11),雨水不容易直接滲入框扇之間的間隙。但玻璃槽中的雨水以及露水等,仍然需采用等壓原理。且考慮到膠條老化后密封效果變差的影響,也是必要的。
圖11
圖12
四、等壓雨幕在推拉窗上的應用
因為自身環境的特點,日系推拉窗在水密性的設計很先進,很值得借鑒。參考一些日本資料,可以發現等壓原理在推拉窗上的應用,可以在三協、酈住、YKK的產品上可以看到。而國內推拉窗采用等壓原理的并不多。
常見的日系等壓設計(如圖13),在正風壓的作用下,外側扇型材上伸出一支懸臂與下滑緊壓,形成氣密層。相似的,內側扇型材與下滑壓緊,也形成了氣密層。隨之雙雙形成等壓腔,來減少積水,加速排水。這樣要好過單純拉高下滑的階梯斜度(積水高度)來克服風壓的設計。當然日系推拉窗的高水密性的實現還需要很多其他設計和加工的細節來保證。
圖13等壓雨幕在鋁合金推拉窗上的應用
五、總結
針對常見的樣窗水密氣密不達標,首先概述等壓雨幕的作用原理,然后介紹其在鋁合金門窗應用中的代表性細節。可以看出,控制框扇搭接處的間隙很重要,以及密封膠條合理設計選用的重要性。而且日系推拉采用等壓設計的方式很值得借鑒。在改善水密性/氣密性方面,國內外門窗系統普遍使用等壓雨幕原理,所以本文首先概述等壓雨幕的作用原理,然后介紹其在鋁合金門窗應用中的代表性細節。可以看出,控制框扇搭接處的間隙很重要,以及密封膠條合理設計選用的重要性。而且日系推拉采用等壓設計的方式很值得借鑒。