密封膠對建筑外窗節(jié)能的影響分析

　　１前言
　　建筑節(jié)能是落實我國“節(jié)能減排”政策的重要內(nèi)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(fā)達國家相比，外窗單位面積能耗是發(fā)達國家的2～3倍，門窗空氣泄漏率為發(fā)達國家的3～6倍。因此門窗節(jié)能是提高我國建筑節(jié)能的關鍵。

　　目前，我國的節(jié)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(jié)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(jié)能型玻璃（如中空玻璃）、加強外窗結(jié)構(gòu)的氣密性是實現(xiàn)外窗節(jié)能的重要途徑，這其中密封膠起著十分重要的作用。

　　２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(jié)能玻璃，具有優(yōu)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(shù)為0.028W/m•K，遠低于玻璃的導熱系數(shù)（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(zhì)量性能的主要因素是密封膠的性能以及密封道數(shù)。

　　２．1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(yè)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(yōu)良的性能及環(huán)保性，取代聚硫膠占據(jù)了市場主導地位。表1是常用密封膠的性能比較。

　　２．1.1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(nèi)可以長期使用而不變質(zhì)；聚硫膠能在-50℃至100℃溫度范圍內(nèi)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(nèi)部一層密封的、干燥的空氣（或是氬氣、氙氣等）層來實現(xiàn)的，一旦透氣量達到一定程度，在較低溫度時，就會結(jié)霜結(jié)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(nèi)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(jié)構(gòu)；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(zhì)量會更為優(yōu)良。

　　２．1.3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(jié)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(jīng)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(jié)構(gòu)；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(yōu)良的化學粘接力，而聚氨酯與被粘接材料之間產(chǎn)生的氫鍵作用會使高分子內(nèi)聚力增加，從而使粘接更加牢固。

　　實驗結(jié)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(jié)霜結(jié)露性能較差，所以在長時間范圍內(nèi)，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(fā)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(fā)時，會對環(huán)境產(chǎn)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(fā)的有害物質(zhì)，也沒有溶劑揮發(fā)的問題產(chǎn)生，從環(huán)保的角度考慮，更易廣為接受。

　　２．2中空玻璃的密封結(jié)構(gòu)
　　目前市場上中空玻璃的密封結(jié)構(gòu)主要有膠條法和膠接法。膠條結(jié)構(gòu)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(xiàn)象嚴重，因此膠條結(jié)構(gòu)的中空玻璃會逐漸被淘汰。膠接法密封結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(jié)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(nèi)層密封、聚硫膠作外層密封）或是環(huán)保型的聚氨酯系列密封膠。

　　３外窗密封膠的選用
　　國家規(guī)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(guī)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(jié)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(tài)。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(chǎn)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(xiàn)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(jié)能的要求，將逐步淡出市場。

　　密封膠是裝配現(xiàn)場進行施工粘結(jié)的非定型材料，除接縫構(gòu)造設定、施工技能因素外，密封膠的選用直接決定粘結(jié)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(yōu)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(jù)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(jié)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(zhì)量，增強外窗的氣密性，對外窗的節(jié)能有十分重要的作用。我們現(xiàn)將結(jié)構(gòu)為5+12A+5中空玻璃、氣密性3級的節(jié)能鋁合金外窗與普通鋁合金外窗的節(jié)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(qū)為例，該區(qū)域大多屬于冬冷夏熱地區(qū)，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(jù)下面的節(jié)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(jié)能量，單位為kw•h；

　　A——普通鋁合金窗的導熱系數(shù)，4.0w/m2•K；

　　A1——節(jié)能外窗的導熱系數(shù)，2.8w/m2•K；

　　tn——華北地區(qū)采暖期室內(nèi)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(shù)，華北地區(qū)采暖天數(shù)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(jié)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(shù)：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(jié)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(jié)約標準煤6.97千克/m2。

　　５結(jié)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(jié)能效果也將高于計算的結(jié)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(jié)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(jié)構(gòu)，2007，(2)
　　2．劉彥博，石曉東.玻璃幕墻用建筑密封膠和結(jié)構(gòu)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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