建筑門窗氣密性能是指處于關(guān)閉狀態(tài)的建筑外窗在室外壓差作用下，阻止空氣滲透進(jìn)入室內(nèi)的能力，以在10Pa壓力差作用下的單位可開啟縫長(zhǎng)度的空氣滲透量或單位面積空氣滲透量進(jìn)行評(píng)價(jià)。通風(fēng)換氣是建筑門窗的主要功能之一，窗本身一般具有開啟扇，打開時(shí)進(jìn)行室內(nèi)外空氣對(duì)流，但在關(guān)閉時(shí)的開啟縫隙不是密閉的，另外型材的拼接縫隙、玻璃鑲嵌縫隙都會(huì)產(chǎn)生滲漏。在北方寒冷地區(qū)，冬季室內(nèi)外溫差較大，當(dāng)室外刮風(fēng)時(shí)形成壓力差，冷空氣通過縫隙進(jìn)入室內(nèi)，造成室溫劇烈波動(dòng)，影響室內(nèi)環(huán)境并消耗大量熱能，這種現(xiàn)象我們稱之為“冷風(fēng)滲透"；在南方炎熱地區(qū)，夏季多采用空調(diào)制冷，空氣流動(dòng)產(chǎn)生的熱風(fēng)通過縫隙進(jìn)入室內(nèi)，導(dǎo)致制冷能耗增加。但無(wú)論在寒冷地區(qū)還是炎熱地區(qū)，如果室內(nèi)外溫度相同或溫差很小，此時(shí)由于空氣滲透導(dǎo)致的能耗可以忽略不計(jì)；當(dāng)室內(nèi)外溫差很大時(shí)建筑門窗的氣密性能對(duì)空調(diào)負(fù)荷和室溫的穩(wěn)定有顯著影響，當(dāng)居室的空氣換氣次數(shù)由每小時(shí)0.5次增至1.5次時(shí)，設(shè)計(jì)日冷負(fù)荷大約增加41%，運(yùn)行負(fù)荷增加27%[1]。因此產(chǎn)生空氣滲透導(dǎo)致能耗增加的原因可以歸納為縫隙、壓力、溫差三大要素。然而并非氣密性能越高越好，至少應(yīng)保證一定的換氣量，否則將導(dǎo)致室內(nèi)空氣渾濁，影響工作效率，危害身體健康。另外從阻止沙塵進(jìn)入，保持室內(nèi)清潔的角度，同樣要求氣密性能越高越好。
目前我國(guó)的檢測(cè)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)分別規(guī)定了外窗產(chǎn)品的氣密性能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但是從建筑節(jié)能的角度，現(xiàn)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各地區(qū)住宅建筑外窗的氣密性能提出了更高要求[2]：
6層以下：2.5m3/hm（7.5m3/hm2）
7層以上：1.5m3/hm（4.5m3/hm2）
通常認(rèn)為建筑節(jié)能主要是外窗的保溫性能，其含義是指正常關(guān)閉著的門窗兩側(cè)空氣存在溫差的條件下，外窗阻抗從高溫一側(cè)向低溫一側(cè)傳熱的能力。建筑門窗是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中保溫性能薄弱的部位，其長(zhǎng)期使用能耗可以占到整個(gè)建筑長(zhǎng)期使用能耗的50%以上。因此提高建筑外窗的保溫性能對(duì)降低建筑物長(zhǎng)期使用能耗具有重大意義，我國(guó)制訂了相關(guān)的政策法規(guī)保證節(jié)能工作的貫徹實(shí)施。新的《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ26-95要求在80住宅能耗基礎(chǔ)上節(jié)能50%，因此對(duì)建筑門窗的保溫性能提出了更高的要求。但是傳熱性能和氣密性能的高低在節(jié)能設(shè)計(jì)中各自會(huì)占到多大的比例呢，以下舉例分析。
對(duì)保溫性能來(lái)說(shuō)，外窗的傳熱量采用如下的計(jì)算公式：
Q=K（ti-to）
式中Q—傳熱量W/m2h
K—傳熱系數(shù)W/m2h℃
ti—室內(nèi)空氣溫度，按照采暖期室外溫度平均值
to—室外空氣溫度，采暖地區(qū)取18℃
其中K值稱為傳熱系數(shù)，表征了外窗傳熱量的大小。
對(duì)于氣密性能來(lái)說(shuō)，由于空氣滲透產(chǎn)生的熱量損失顯然與空氣量有關(guān)，按照相關(guān)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，從居室舒適及健康環(huán)境的角度要求，對(duì)建筑的空氣質(zhì)量換氣量的規(guī)定為：
在采暖建筑中，空氣滲透量所占的比重往往高達(dá)30%—40%，這部分能耗主要是由于外門窗氣密性不良所引起的，同時(shí)管線出入口、煙囪、風(fēng)道以及一些結(jié)構(gòu)接縫也是空氣滲透的通道，因此冷空氣滲透產(chǎn)生的熱量損失的計(jì)算非常復(fù)雜，涉及到對(duì)流傳遞的熱量及流體與外窗型材表面接觸時(shí)的換熱，因此實(shí)際上是對(duì)流換熱過程，影響因素包括流速流態(tài)、流體的物理性質(zhì)、縫隙的幾何形狀等，計(jì)算對(duì)流產(chǎn)生的換熱量為：
Q=Cpm（ti-to）[4]
式中Q—對(duì)流換熱量W/m2h
Cp—換熱系數(shù)kJ/kg℃，常壓下干空氣近似取1.0
m—單位面積氣體流量kg/m2h，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下20℃時(shí)取空氣密度1.2045kg/m3（-50℃時(shí)為1.5340，40℃時(shí)為1.1267）
ti—室內(nèi)空氣溫度，按照采暖期室外溫度平均值
to—室外空氣溫度，采暖地區(qū)取18℃
忽略交換損失的熱量，近似計(jì)算在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下由于外窗空氣滲透產(chǎn)生的熱量損失如表2（W/m2）：
部分民用建筑主要房間小新風(fēng)量的參考標(biāo)準(zhǔn)（m2/h人）[3] 表1
房間類型 新風(fēng)量 參考標(biāo)準(zhǔn)
旅游旅館、飯店 客房 3-5 ≥30 GB9963-1996
2以下 ≥20
餐廳、宴會(huì)廳、多功能廳 3-5 ≥30
2以下 ≥20
會(huì)議室、辦公室、接待室 3-5 ≥50
2以下 ≥20
辦公樓 辦公室（無(wú)煙） 35-50 室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
一般 20-30
會(huì)議室（無(wú)煙） 30-50
中、小學(xué) 教室 小學(xué) ≥11 GB17226-1998
初中 ≥14
高中 ≥17
民用建筑 居住建筑 — ≥37.5 JGJ75-2003
表2
氣密等級(jí)要求 單位面積氣體流量m（kg/m2h） 單位溫差熱損失（W/m2℃） 不同室內(nèi)外溫差℃（ti-to）時(shí)的熱損失（W/m2）
10 20 30 40
0.5m3/hm等級(jí)（1.5m3/hm2） 1.8 0.5 5.0 10.0 15.0 20.0
1.5m3/hm等級(jí)（4.5m3/hm2） 5.4 1.5 15.0 30.0 45.0 60.0
2.5m3/hm等級(jí)（7.5m3/hm2） 9.0 2.5 25.0 50.0 75.0 100.0
4.0m3/hm等級(jí)（12.0m3/hm2） 14.4 4.0 40.0 80.0 120.0 160.0
通過比較可以看出，在單位溫差下由于空氣滲透產(chǎn)生的熱量近似相當(dāng)于按照單位縫隙長(zhǎng)度滲透量的數(shù)值，例如氣密性能為3.5m3/hm的外窗因氣密損失的熱量相當(dāng)于傳熱系數(shù)為3.5W/m2h的外窗因傳熱損失的熱量。
不同材料門窗氣密、保溫性能檢測(cè)結(jié)果 表3
材料 氣密檢測(cè)結(jié)果m3/hm 傳熱系數(shù)K檢測(cè)結(jié)果W/m2.k
推拉窗 平開窗
PVC塑料窗 1.5-3.0 0.1-1.5 2.2-3.1
鋁合金窗 1.5-3.5 0.1-1.5 3.9-4.5
鋁合金型材斷熱窗 1.5-3.5 0.1-1.5 3.0-3.4
玻璃鋼窗 3.5-6.0 3.5-6.0 2.7-4.0
彩板鋼窗 1.5-3.5 1.5-3.5 3.1-4.4
因此在門窗中氣密損失的熱量與熱傳遞產(chǎn)生的熱量損失與氣密、傳熱系數(shù)的數(shù)值相關(guān)，從檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)可以看出，推拉窗由于氣密損失的熱量可以超過熱傳遞產(chǎn)生的熱量，平開窗也可以占很大的比例，那么是否按照節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的建筑就可以滿足使用要求呢？實(shí)際并不是這樣，由于建筑門窗特殊性，在上墻安裝之前不是終的產(chǎn)品，所以不能進(jìn)行動(dòng)風(fēng)壓性能檢測(cè).因此各地的檢測(cè)部門采用兩種方法:一是將已經(jīng)完成的窗拆下來(lái)送到實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，二是要求門窗生產(chǎn)廠家按照與工程*一致的再加工樣窗送檢。這兩種方法均為實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，與實(shí)際工程有較大差異。前一種方法明顯不可取，拆裝過程會(huì)對(duì)質(zhì)量造成較大的影響；后者很難保證樣品與工程產(chǎn)品的一致。針對(duì)工程檢測(cè)美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)（American Society for Testing and Materials）在標(biāo)準(zhǔn)ASTM1105、ASTM783分別規(guī)定了工程現(xiàn)場(chǎng)的氣密、水密性能檢測(cè)方法，根據(jù)國(guó)家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心使用相同原理的設(shè)備對(duì)部分工程檢測(cè)的結(jié)果，以部分工程的鋁合金窗氣密性能檢測(cè)結(jié)果為例[5]
序號(hào) 產(chǎn) 品 氣 密m3/hm 水 密Pa 結(jié) 論
1 60系列鋁合金斷熱內(nèi)平開 0.37 100 GB8479-2003水密不合格
2 50系列鋁合金平開窗 0.5 50 GB8479-2003水密不合格
3 70鋁合金推拉窗 37 50 GB8479-2003氣密不合格
4 70鋁合金推拉窗 10 100 GB8479-2003氣密不合格
對(duì)平開窗來(lái)說(shuō)，基本符合設(shè)計(jì)要求，而對(duì)推拉窗來(lái)說(shuō)，卻會(huì)出現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離設(shè)計(jì)要求的現(xiàn)象，實(shí)際使用中的熱量損失是正常結(jié)果的幾倍甚至十幾倍，因此在建設(shè)部即將發(fā)布的關(guān)于推廣應(yīng)用新技術(shù)和限制、禁止使用落后技術(shù)第1號(hào)公告中推薦優(yōu)先采用平開窗。
通過以上比較可以得到以下結(jié)論：
1、建筑外窗的空氣滲透導(dǎo)致的熱量損失與熱傳導(dǎo)產(chǎn)生的熱量損失相比，不可忽視，實(shí)際工程可以占到100%以上，尤其是推拉窗，甚至可以達(dá)到數(shù)倍，因此提高氣密性能同樣是保證節(jié)能建筑技術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵因素。
2、氣密性能決定了居室建筑的換氣數(shù)量，因此過高的氣密性能將導(dǎo)致室內(nèi)空氣質(zhì)量嚴(yán)重下降，危害人的身體健康。顯然通風(fēng)換氣與節(jié)能是矛盾的。因此可控的換氣是非常必要的，比如窗式通風(fēng)器的采用，應(yīng)特別提倡使用可以進(jìn)行熱交換的通風(fēng)器，這樣既可以保證室內(nèi)空氣質(zhì)量，又可以減少熱量損失，提高節(jié)能效果。
3、影響氣密性能的因素除設(shè)計(jì)加工外，安裝質(zhì)量往往導(dǎo)致氣密性能嚴(yán)重下降，這樣才能解釋為什么在實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)很好的窗安裝到工程上會(huì)如此差。推薦采用使用安裝附框的柔性安裝，不僅可以解決安裝質(zhì)量對(duì)氣密性能的影響，而且可以提高水密性能。對(duì)提高節(jié)能水平保證產(chǎn)品質(zhì)量是非常重要的。
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