密封膠對建筑外窗節能的影響分析

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　　建筑節能是落實我國“節能減排”政策的重要內容之一。在各種能耗中，建筑能耗占全國總能耗的27.5%以上。近幾年，我國每年新建房屋面積近20億平方米，其中約90%為高耗能建筑；在既有的近400億平方米建筑中，有95%是高耗能建筑，而這些高耗能建筑中又有50％的耗能是通過門窗散失的。我國在建筑物保溫性能上與發達國家相比，外窗單位面積能耗是發達國家的2～3倍，門窗空氣泄漏率為發達國家的3～6倍。因此門窗節能是提高我國建筑節能的關鍵。

　　目前，我國的節能門窗主要從窗型、玻璃、窗框三個方面采取措施，通過對熱的對流、傳導和輻射這3種熱交換進行有效的阻斷達到節能的目的。由于外窗的熱損失主要是通過玻璃的傳導、輻射與存在的縫隙，因此，采用節能型玻璃（如中空玻璃）、加強外窗結構的氣密性是實現外窗節能的重要途徑，這其中密封膠起著十分重要的作用。

　�。�中空玻璃的密封膠的選用
　　中空玻璃是目前應用較廣的一種節能玻璃，具有優良的隔熱性能，其隔熱能力主要來源于二玻璃間密封的空氣層。此空氣的導熱系數為0.028W/m•K，遠低于玻璃的導熱系數（0.77W/m•K），密封的中空玻璃除玻璃四邊用密封膠導熱，其余大面積玻璃均依靠空氣層導熱，     因此加大了熱阻，明顯提高了中空玻璃隔熱效果。由此可知，決定中空玻璃質量性能的主要因素是密封膠的性能以及密封道數。

　�。玻�1中空玻璃密封膠的選用
　　常用的中空玻璃密封膠有聚硫膠、丁基熱熔膠、聚氨酯膠和硅酮膠，聚硫密封膠是中空玻璃行業中最早使用的外層密封膠。2002年后，全球中空玻璃密封膠中，聚氨酯因其優良的性能及環保性，取代聚硫膠占據了市場主導地位。表1是常用密封膠的性能比較。

　�。玻�1.1耐候性
　　密封膠的抗老化性能在很大程度上決定了中空玻璃的使用壽命。在常用的密封膠中，硅酮膠有很好的耐候性，在很寬的溫度范圍內可以長期使用而不變質；聚硫膠能在-50℃至100℃溫度范圍內亦可保持其特性；而聚氨酯膠其表面易劣化，但對配方進行改良后，其使用壽命長也可達15～20年。

　　２．1.2透氣率
　　透氣量是一個非常重要的因素。中空玻璃隔熱、防霜霧性能是通過其內部一層密封的、干燥的空氣（或是氬氣、氙氣等）層來實現的，一旦透氣量達到一定程度，在較低溫度時，就會結霜結露，中空玻璃的使用性能也就失效。因此，要求密封材料對氣體具有良好的阻隔性能或具較低的透氣率。

　　常見的中空玻璃密封膠中，丁基膠的水蒸汽透過率最低，但丁基膠是熱塑性的，只用做內層密封，一般不單獨使用；聚硫膠具有較低的透氣率，是制造中空玻璃的理想材料；硅酮膠的透氣率較高，約為10～15g/m2•d•cm，一般地，使用硅酮膠密封膠時采用雙道密封結構；與聚硫膠和硅酮膠相比，聚氨酯的水氣滲透率是最低的，使用聚氨酯的制作的中空玻璃的質量會更為優良。

　�。玻�1.3粘接性
　　丁基熱熔膠屬于非化學粘接，低溫粘接性差；硅酮膠由于本身就有很強的粘結性能，所以使用硅酮膠作中空玻璃密封條不需要再涂底膠，直接升溫便可與玻璃很好地粘接在一起；但它的耐水性較差，由于玻璃與窗框之間容易積存雨水，經過日曬，水溫最高可達80℃左右，在此條件下，膠的粘接強度會降低，膠層與玻璃之間就會脫粘而導致中空玻璃失效；聚硫膠與玻璃的粘接性差，一般需加入不飽和聚酯來提高其與玻璃的粘接性或使用雙道密封結構；聚氨酯膠因含有極性很強、化學活潑性很高的異氰酸酯基（—NCO）和氨酯基（—NHCOO—），它與含有活潑氫的材料和玻璃等表面光潔的材料都有著優良的化學粘接力，而聚氨酯與被粘接材料之間產生的氫鍵作用會使高分子內聚力增加，從而使粘接更加牢固。

　　實驗結果表明:硅酮密封膠抗老化性能很好，使用壽命長，但它的透氣量比聚硫橡膠密封膠要大，抗結霜結露性能較差，所以在長時間范圍內，它的使用效果沒有聚硫橡膠密封膠好，且它的綜合成本了略高于聚硫膠，但是聚硫膠粘接性能較差，必須使用雙道密封；與聚硫膠和硅酮膠相比，聚氨酯的水氣滲透率是最低的，其接著性也較好，在其他條件不變的情況下，使用聚氨酯的制作的中空玻璃的密封壽命和耐久性應該要長一些。

　　此外，硅酮膠在反應過程中脫去易發散的小分子丙酮，會造成膠層表面的污染；聚硫膠的配方中需使用化學溶劑，當溶劑從邊部密封的膠體中揮發時，會對環境產生一定的污染；而使用不含溶劑的聚氨酯膠時，既不會生成易揮發的有害物質，也沒有溶劑揮發的問題產生，從環保的角度考慮，更易廣為接受。

　　２．2中空玻璃的密封結構
　　目前市場上中空玻璃的密封結構主要有膠條法和膠接法。膠條結構的主體材料是丁基或聚異丁烯膠，膠條在加熱、加壓條件下在玻璃上形成一個非化學粘接表層，導致耐溫度交變性能、耐候性能差（丁基或聚異丁烯膠遇熱易蠕變，遇冷則變硬）；再者，膠條為熱塑性體而非彈性體，因此抗位移變形能力很差。從實際使用效果看，中空玻璃漏氣、漏水現象嚴重，因此膠條結構的中空玻璃會逐漸被淘汰。膠接法密封結構主要有單道密封與雙道密封，由于雙道密封的中空玻璃的耐久性和密封壽命較單道密封的要長，所以現在雙道密封的中空玻璃占市場主導地位。丁基膠在幾種常用膠中的水氣滲透率最低，通常被用作第一道密封，起隔離水氣、防止空氣和惰性氣體進出中空玻璃空腔的作用；第二道密封膠常用聚硫膠、聚氨酯膠和硅酮膠，主要是將玻璃和間隔條粘結成一中空玻璃整體、防止氣體泄漏、彈性恢復并緩沖邊部應力，并對防止水氣滲透起輔助作用。

　　總之，對于建筑門窗用中空玻璃應選擇丁基-聚硫體系（丁基膠作內層密封、聚硫膠作外層密封）或是環保型的聚氨酯系列密封膠。

　　３外窗密封膠的選用
　　國家規定，新建建筑門窗密封性指標不低于《建筑外窗空氣滲透性能分級及其檢測方法》（GB7107）規定的Ⅲ級水平，相當于窗戶每米縫長的空氣滲透量為QL≤2.5m3/(m•h)。這就要求必須采取相應的措施，以保證外窗的密封性及建筑物的整體節能要求。一般可從以下兩個方面加強外窗的密封性能�！�   

　　3.1膠條的選用
　　框扇間的密封膠條是外窗氣密性和水密性的保證，鋁合金窗驗收標準要求：在關閉后各配合處無縫隙，不透氣、不透光，密封面上的密封條應處于壓縮狀態。這就要求所使用的膠條要有較高的復原性和位移補償能力，即：密封膠條應能適應接縫受到壓力或拉力時所產生的位移、基材受熱時或受冷時的膨脹和收縮。常用硫化橡膠類和熱塑性彈性體類密封膠條，如：三元乙丙橡膠、熱塑性硫化膠(TPV)、聚氨酯熱塑性彈性體(TPU)膠條等，理想的是使用三元乙丙和TPU等耐候性好的膠料。

　　3.2密封膠的選用
　　在玻璃與窗框間使用密封膠對縫隙進行處理，既牢固可靠，又使外表無縫隙，提高氣密性能。現在多使用膠條和密封膠兩種方式。膠條在加熱、加壓條件下在粘接面上形成一個非化學粘接表層，其耐候性、抗位移變形能力較差，在搭接處易形成縫隙，影響窗的密封性能。由于這種方法不符合節能的要求，將逐步淡出市場。

　　密封膠是裝配現場進行施工粘結的非定型材料，除接縫構造設定、施工技能因素外，密封膠的選用直接決定粘結密封性能。常用的三大彈性密封材料——聚氨酯密封膠、有機硅密封膠和聚硫密封膠，其中聚氨酯與金屬、玻璃等表面光潔的材料都有著優良的化學粘接力，且性價比已接近于建筑用理想的密封材料，占據著市場主導地位。

此外，窗扇與窗框間一般使用毛條加強密封和隔熱，普通化纖毛條遇水會卷曲而失去密封作用，必須使用硅化毛條。

　　４節能效果分析
　　實驗表明，選用合適的密封膠可以提高中空玻璃的質量，增強外窗的氣密性，對外窗的節能有十分重要的作用。我們現將結構為5+12A+5中空玻璃、氣密性3級的節能鋁合金外窗與普通鋁合金外窗的節能效果做以下對比分析（我國建筑門窗市場上，鋁合金外窗占比為55%）。

　　對比分析中選取華北地區為例，該區域大多屬于冬冷夏熱地區，一般地，冬季采暖期為120天，平均氣溫-1.6℃（以北京為例）；夏季制冷期為6、7、8三個月之間，9：00至17：00室外平均氣溫在33℃以上，夜間平均氣溫超過28℃約30天，整個夏季制冷時間約為720小時。

　　根據下面的節能公式：

　　冬季: QJ=(A-A1)×(tn-tp)×24×n1/103×3.6×106J/kw•h
　　夏季: QJ=(A1-A)×(tn-tp)×T/103×3.6×106J/kw•h
　　式中QJ——節能量，單位為kw•h；

　　A——普通鋁合金窗的導熱系數，4.0w/m2•K；

　　A1——節能外窗的導熱系數，2.8w/m2•K；

　　tn——華北地區采暖期室內平均溫度，冬季取18℃，夏季取21℃； tp——采暖期室外平均溫度，冬季取-1.6℃，夏季取31℃；

　　n1——采暖天數，華北地區采暖天數為120天；

　　T——制冷時間（小時），夏季平均制冷時間720小時。

　�。�1）冬季節能計算：

　　QJ=（4.0－2.8）×（18－1.6）×24×120÷103×3.6×106J/ kw•h=2.04×108J/m2
按熱力折算系數：0.03412千克標準煤/百萬焦耳，折標煤：6.96千克標準煤/m2。

　�。�2）夏季節能計算：

　　QJ=(2.8－4.0)×(21－33)×720÷103×3.6×106J/kw•h=0.373×108J/m2
　　折標煤：0.01千克標準煤/m2。

　�。�3）冬夏兩季共節約標準煤6.97千克/m2。

　　５結論
　　以上對比分析中所取的保溫值K［w/(m2•K)］均為保守值。如配合使用6Low-E+12A+6中空玻璃時，整窗的K值可達2.1w/(m2•K)，遠遠高于以上對比計算中引用的K值。在實際應用中，節能效果也將高于計算的結果。

　　通過對比計算可以看出，使用中空玻璃（普通浮法玻璃）和合適的密封體系時，可達到良好密封性能，其節能效果是明顯的。

　　參考文獻
　　1．陳友志，劉明.建筑門窗接縫的設計與密封膠的選擇，中國建筑金屬結構，2007，(2)
　　2．劉彥博，石曉東.玻璃幕墻用建筑密封膠和結構密封膠的選用．粘接，2005，（3）
　　3．酈華興，郭慶時等.新型中空玻璃密封膠的研制與應用．特種橡膠制品，2003，(2)

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