玻璃鋼門窗與幕墻系統

周明云 史 超 周佩杰

“綠色改變中國，低碳保護地球”和 “建立節約型社會”就是要節約能源和不可再生資源消耗，減少廢棄物和污染物排放。而建筑直接耗能占全社會耗能的46%-50%，其中門窗幕墻的能源損失又占到建筑能耗的50%，這樣近四分之一能耗就由于門窗幕墻而被消耗掉，所以減少門窗幕墻的能源損失是當前建筑節能的主要途徑之一。而構成門窗幕墻的材料能否節能、能否再生、是否匱乏、生產過程中是否污染環境則是建筑節能減排的關鍵所在，而采用玻璃鋼材料制造的門窗幕墻系統則是建筑節能減排的首選。

一、建筑門窗幕墻節能

2008年10月1 日國務院頒布實施的 《民用建筑節能條例》，將建筑節能提高到了一個新高度。2008年12月29日住房和城鄉建設部、國家發展和改革委員會、國家財政部、國務院法制辦公室四部門聯合下發 “關于貫徹實施 《民用建筑節能條例》的通知”，要求各地建設主管部門抓緊制定配套政策措施，形成優于國家標準的地方民用建筑節能標準，認真做好 《民用建筑節能條例》的貫徹落實工作。各地紛紛制定了相應的節能規定，對門窗幕墻傳熱系數提出不同要求，北京從2.8W/(m2·K) 到 2.5W/(m2·K)， 直至最低的為 1.9W/(m2·K)，甚至更低，并開始實行 《建筑門窗幕墻節能性能標識》。為此門窗幕墻節能減排勢在必行。

建筑熱工設計將我國不同地區分為五個典型地區，而門窗幕墻的設計基本功能要符合不同氣候典型地區對建筑的基本要求。

1.環境對門窗幕墻的功能與作用的基本要求

2.典型地區對建筑的基本要求

3.門窗幕墻的隔熱與保溫

門窗幕墻不僅是人們常說的所謂建筑的 “眼睛”，更是建筑的 “五官”、 “衣服”， 建筑的靈魂，它同時承擔著溝通與隔絕室內外這兩方面互相矛盾的任務：

采光、日照——遮陽、防曬

通風、換氣——防風雨、塵、蟲

視野、觀景——屏蔽視線、隔絕噪聲

保溫 （冬季）——隔熱 （夏季）

門窗幕墻的冬季保溫和夏季隔熱性能是不同的。保溫是指門窗幕墻阻止室內的遠紅外長波輻射熱向室外傳遞的能力，以門窗幕墻的傳熱系數為指標；隔熱則主要是門窗幕墻阻隔室外太陽的短波輻射進入室內的能力，以窗玻璃的遮陽系數為指標。門窗幕墻的節能就是要實現隔熱與保溫，并在門窗幕墻系統設計上充分解決好上述矛盾，滿足不同典型地區建筑對門窗幕墻的不同功能性要求。

二、建筑門窗幕墻的節能控制

建筑門窗幕墻的保溫隔熱性能直接影響到建筑能耗的大小，而造成門窗幕墻的熱損失主要有（見圖）：

1.門窗幕墻用玻璃的熱幅射進行的熱傳導

門窗幕墻玻璃一般占門窗幕墻的70%-80%，對門窗幕墻的節能起主導作用，玻璃的節能主要是通過玻璃的熱工性能，玻璃層數，玻璃中間的隔離層、隔離層的介質、隔離層間隔框的材質、隔離層間隔框的密封等因素來實現。

2.門窗幕墻框材料的熱幅射進行的熱傳導

門窗幕墻框一般占門窗幕墻的20%-30%，對門窗幕墻的節能起重要作用，門窗幕墻框的節能主要決定門窗幕墻框材料的導熱系數和門窗幕墻框的腔體構成而形成多道保溫隔熱層。

3.門窗幕墻框扇與玻璃之間的各種滲透隨之帶來的熱量交換及滲漏造成的熱損失

門窗幕墻框與玻璃之間縫隙的密封和多腔體實現，是防止各種滲透的能力，降低門窗幕墻的線傳熱系數 （門窗幕墻邊緣與框的組合傳熱效應所產生附加傳熱量的參數），減少熱量交換的途徑，而門窗幕墻型材特別是中豎梃型材的強度導致的變形是控制的重點。

4.門窗幕墻框與窗扇之間形成空氣滲透隨之帶來的熱量交換及滲漏造成的熱損失

門窗幕墻扇實現了門窗幕墻的出入和通風，但門窗幕墻扇與門窗幕墻框的密封是節能控制的最關鍵點，既要保證扇的開啟靈活，又要保證關閉后密封，采取的措施是室外和室內側的雙道密封、框扇之間開啟腔體通過等壓膠條密封形成雙腔，來提高窗的保溫隔熱性能和氣密性，而門窗幕墻型材特別是中豎梃和扇梃型材的強度導致的變形必須嚴加控制。

5.門窗幕墻框與墻體之間縫隙形成空氣滲透隨之帶來的熱量交換及滲漏造成的熱損失

門窗幕墻框與墻體之間的安裝方式和牢固程度，門窗幕墻材料與墻體材料的線膨脹系數一致性，門窗幕墻框與墻體之間的密封材料的保溫性能和耐候性能以及粘接能力和抗變形能力，附框保溫能力是解決墻體與窗框之間縫隙的關鍵，也是提高門窗幕墻與建筑結合部位節能的關鍵。

三、玻璃鋼門窗幕墻的節能機理和功能性

繼木窗、鋼窗而發展的鋁窗和塑窗，由于鋁窗的金屬導熱性好，保溫性能差，而塑窗強度和耐候性能差的弱點，不能夠滿足現在節能和使用壽命的需要，為此用隔熱鋁合金窗和鋁塑復合窗等來實現節能，但由于使用的是兩種不同材料經機械復合，這樣復合強度又不能適應建筑對門窗幕墻的需要，為此新型的玻璃纖維增強塑料（FRP）門窗幕墻 （簡稱玻璃鋼門窗幕墻）應運而生。

玻璃纖維增強塑料，是一種新型復合材料，它是基體樹脂和增強纖維構成的類似于鋼筋混凝土的一種復合結構體，由于樹脂和纖維在性能上的 “優勢互補”，使其具有輕質、高強、防腐、絕緣、保溫、隔聲等優良物理化學性能，在航空、航天的噴氣式飛機上的油箱和管道、宇航員們背著的微型氧氣瓶、導彈和地面雷達站的雷達罩等尖端領域；在化工行業采用酚醛樹脂代替不銹鋼做各種耐腐蝕設備；在體育方面自從有撐竿跳高這項運動以來，運動員使用木制撐竿創造的最高紀錄是3.05米，后來使用了竹竿提高到了4.77米，但自從新的玻璃鋼撐竿出現以后，撐桿跳高紀錄已經超過了6米大關；還在澆注制品、木器涂層、衛生潔具和工藝品等很多方面得到廣泛應用，在建筑、化工防腐、交通運輸、造船工業、電氣工業材料、娛樂工具、工藝雕塑、文體用品、宇航工具等各行各業中發揮了應有的效用，它更是一種理想的新型建筑材料，更可在玻璃鋼門窗幕墻上廣泛應用。

玻璃鋼門窗幕墻是以玻璃纖維及其制品為增強材料，以不飽和聚酯樹脂為基材，將玻璃纖維及織物浸透樹脂后經牽引機牽引下通過加熱專用模具高溫固化成型，經拉擠工藝生產出空腹異型材的高分子復合材料，形成表面光潔、尺寸穩定、強度高的玻璃鋼型材；又經特殊涂層表面處理切割下料后，使用專用角連件和粘接材料組裝成門窗幕墻框，再配上毛條、橡膠條及五金件等先進工藝制成成品門窗幕墻，具有優越的機械性能和化學性能，耐潮濕、耐腐蝕、抗老化，阻燃、絕熱，在高低溫作用下，仍能保持尺寸穩定，在生產過程中不會造成公害。

1.玻璃鋼門窗幕墻通過玻璃的不同配置來提高節能效果

玻璃鋼門窗幕墻的玻璃品種可以選擇無色透明玻璃、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，最大可達到30mm的中空隔離層，隔離材料可采用鋁隔條或暖邊隔條，隔離層內可充隋性氣體，采用雙道密封，并可在中空層內配置中空百葉，將玻璃的節能技術全部應用到玻璃鋼門窗幕墻中。

2.玻璃鋼型材的采用提高了門窗幕墻的保溫性能

玻璃鋼型材的導熱系數與其它型材比較相對較低（見下表），從導熱系數上比鋁合金降低了43%；比PVC塑料降低了30%；比鋼材降低了99.3%，玻璃鋼型材又采用了二腔或三腔的保溫空腔結構，不用內置鋼襯而影響玻璃鋼型材的導熱系數，所以玻璃鋼型材是最佳的門窗幕墻保溫材料。

3.門窗幕墻框與玻璃之間的縫隙密封

玻璃鋼門窗幕墻的玻璃與玻璃鋼框室內側采用了三元乙丙膠條進行了密封，室外側采用中性密封膠進行密封，三元乙丙膠條和中性密封膠具有較強耐候性，提高了其抗老化能力；玻璃周邊與玻璃鋼框間的空隙采用類似H型的包條式來實現二腔或三腔，提高其節能效果。

4.玻璃鋼門窗幕墻的框扇之間的等壓膠條和內外兩邊的三元乙丙密封膠條的使用，實現了三道密封和二腔結構，提高了開啟部位的節能性能和氣密性。

5.玻璃鋼門窗幕墻框與墻體采用金屬膨脹螺栓或自攻釘直接與墻體或附框固定，提高固定強度，窗框與墻體之間中間部位用聚氨脂發泡膠、兩側用建筑密封膠進行密封，附框采用玻璃鋼專用附框來提高其節能效果，保證與建筑結構的連接強度。由于玻璃鋼型材 （7.3）與其結合的材料玻璃 （9）、 磚 （9.5）、 混凝土和水泥 （10-14） 的線膨脹系數相近，用玻璃鋼型材制作的門窗幕墻，與玻璃和墻體配合良好，使門窗幕墻整體結構更加穩定。

6.玻璃鋼門窗幕墻由于具有獨特的性能可以滿足不同地區對門窗幕墻的功能要求

輕質高強。玻璃鋼型材具有輕質高強的優良性能 （詳見下表），玻璃鋼門窗幕墻不需鋼框為骨架，完全靠自身就能支撐，抗壓、抗折、不變形、不彎曲。既節省了鋼材，又達到了使用目的，彌補了塑鋼門窗幕墻強度低易變形的缺點，可在臺風多發區使用。

耐候性。玻璃鋼型材屬熱固性塑料，樹脂交聯后即形成三維網狀分子結構，變成不溶體，既使受熱也不會熔化，熱變形溫度為200℃，耐高溫。玻璃鋼型材隨著溫度的下降，分子運動減速，分子間距離縮小并逐步固定在一定的位置上，分子間引力加中，所以低溫不變形，并具有不吸水等特點 （詳見下表），在冷熱溫差變化較大環境下，不易與建筑物及玻璃之間產生縫隙，保證尺寸穩定，可大大提高玻璃鋼門窗幕墻的密封性能，玻璃鋼門窗幕墻可在溫差變化較大的地區使用。

耐腐蝕、抗老化。玻璃鋼屬優質復合材料，它對酸、堿、鹽、油等各種腐蝕介質都有特殊的防止功能，且不會發生銹蝕，耐腐蝕。它還能抗老化，鋁合金門窗幕墻平均壽命為20年，普通的PVC壽命為15年，而玻璃鋼門窗幕墻的壽命可達50-60年。玻璃鋼門窗幕墻對無機酸、堿、鹽、大部分有機物、海水及潮濕環境都有較好的抵抗力，對于微生物也有抵抗作用，因此除適用于干燥地區外，同樣適用于多雨、潮濕地區、沿海地區和化工場所。

健康綠色環保。經有關部門檢測，優質玻璃鋼門窗幕墻型材符合國家規定的各項有害物質限量指標，達到A類裝修材料要求，是綠色環保型建材。

導電絕緣性。玻璃鋼型材是良好的不導電絕緣材料，它不受電磁波影響，不反射無線電波，透微波性好，能夠承受高電壓而不損壞，所以玻璃鋼門窗幕墻不用象金屬門窗幕墻一樣做防雷和防靜電處理。

色澤豐富。玻璃鋼型材硬度高，可涂裝各種涂料，以適應不同風格及檔次的建筑物外立面效果，顏色豐富并經過特殊工藝進行表面處理后不會褪色，表面處理涂料與玻璃鋼同屬樹脂，所以相融性極佳。

隔音。玻璃鋼的樹脂與玻璃纖維復合結構的振動阻尼很高，對聲音的阻隔可達26～30分貝，經實測效果可達36分貝，目前國家標準規定隔音35分貝就可以稱為隔音門窗幕墻。

減震。玻璃鋼型材的彈性模量為20900，用它制成的門窗幕墻具有較高的減震頻率，玻璃鋼型材中的樹脂與纖維界面的結合，具有吸震和抗震能力，避免了結構件在工作狀態下共振引起的早期破壞。

玻璃鋼門窗幕墻具有這些優良的特性和美麗的外觀，是建筑門窗幕墻的綠色產品和節能減排的先鋒，可為不同典型地區門窗幕墻提供全方位的一站式解決方案。

四、玻璃鋼門窗幕墻的創新

1.玻璃鋼型材拉擠工藝的研發創新和組合式模具實行了內加熱和外保溫結構，減少了電力的消耗，做到了有效的節能。

玻璃鋼門窗幕墻的研發首先是玻璃鋼型材的研發，原材料的選擇和處理，型材的成型工藝，模具的選擇與設計，玻璃鋼的工藝配方，設備運行做為玻璃鋼型材生產的五大要素缺一不可，經過上百次的各種試驗和得失，使五個要素達到了有機的結合，現在實現可以拉擠門窗和幕墻所需要的任何異型材，對玻璃鋼門窗幕墻的開發應用起到關鍵作用，使玻璃鋼型材擠壓登上了新臺階，經檢測玻璃鋼型材的縱向彎曲強度達到388Mpa，橫向彎曲強度達到68.7Mpa，縱向彎曲彈性模量達到20900Mpa，縱向拉伸彈性模量達到360Mpa，線膨脹系數達到0.73×10-6/℃，比國外性能有較大的提高，能夠滿足玻璃鋼門窗幕墻的需要。

2.以節能為己任，不斷創新門窗幕墻新體系，實現節能減排。

經過近十年全過程的理論與實踐相結合的經驗積累，根據節能減排的客觀要求，型材系列發生了根本性的變化，由過去的50、58平開系列，66、75推拉系列，新增了55、60系列保證了推拉和平開斷面寬度的一致性，新增65系列三玻三道密封門窗幕墻，適應了建筑節能的不同需要，主要表現在：一是型材外觀更加美觀，外視面減小，與墻體安裝面增大，提高了整窗的抗風壓強度和安全系數；二是主型材由二腔變為三腔，密封由二道密封變為三道密封，提高了門窗幕墻的保溫性，更加適應不同地區的需求；三是在窗框中增加了獨立的排水腔，解決了因建筑施工導致排水口被堵塞現象；四是可以適應不同厚度玻璃的安裝，解決了三玻和內置百葉的問題，提高了門窗幕墻適應嚴寒地區和遮陽的需求；五是開發了附框，解決了安裝鋼附框的熱橋問題；六是開發百葉窗型材和遮陽型材，形成完整的玻璃鋼門窗系統。

玻璃鋼幕墻結構系統的建立，主要應解決：一是與主體建筑結構的有效連接，在層間主梃之間采用鋼管做為加強插芯，既保證連接件與建筑結構的有效連接，又保證了主梃的伸縮變形能力；二是幕墻各構件之間的有效連接，在連接處采用鋼襯管和鋼帶有效的解決了連接強度，并對明框扣板等采用了槽口掛接方式；三是隱框玻璃結構性粘接，繼續實行硅硐結構膠將玻璃與鋁合金附框的粘接工藝；四是幕墻新技術的集成，采用了現在幕墻所有新技術，實現幕墻系統的先進性、節能性和抗變形能力，解決了金屬之間的電位腐蝕；五是引進玻璃鋼型材的加工新工藝，采用阻燃樹脂，提高幕墻的防火能力；六是新型裝飾板材建立，玻璃鋼裝飾板有效的解決了石材的減重和色差、鋁板的耐腐蝕。總之玻璃鋼幕墻系統的發展隨著玻璃鋼型材拉擠技術的完善，已經勢在必行。

3.采用了現代先進的型材表面前處理工藝，實現機械化和標準化作業，改善了工作環境，達到了環境零污染，也提高了漆膜的覆著力。

4.不同顏色和木紋的先進涂漆工藝，使門窗幕墻色彩多樣化，并達到牢固耐久。

5.鋼板和尼龍組合的襯件，并經機械連接和膠接，提高了組角和連接的精度及強度，并在連接方式上實現了連接螺釘在裝飾面和開啟后的可見飾面的不外露。

北京房云盛玻璃鋼有限公司的 “房云”牌玻璃鋼門窗幕墻經過上述工藝改進，更加提高了門窗幕墻的檔次和質量水平，先進結構設計，使性能優越，經國家級檢測機構的檢測其物理性能和機械性能指標均達到或超過國家規定標準，并達到了國外標準要求，現對比如下：

“房云”牌玻璃鋼型材、門窗幕墻機械性能和物理性能檢測指標

五、玻璃鋼門窗幕墻節能減排效果分析

現對北京地區按節能達到65%的保溫K值2.8W/（m2·K） 時，而采用 5+12A+5無色透明中空玻璃配置的玻璃鋼門窗K值2.2W/（m2·K）和5+12A+5暖邊無色透明中空玻璃配置的玻璃鋼門窗K值1.9W/（m2·K）時，可實現節能減排進行效果分析。

1.每平米節能量計算公式

式中：Q——年節能量 （KW·h/a）

0.58：0.42 ——南向窗和北向窗的面積比

K1、K2——對比窗的傳熱系數

ε1n、 ε2n——南向修正系數0.67，0.65

ε1b、 ε2b——北向修正系數0.91，0.90

tn、twp——分別為采暖期 （制冷期）室內和室外平均溫度

t——每天供暖 （制冷）時間

R——當地采暖 （制冷）期天數

2.當采用5+12A+5中空玻璃的玻璃鋼窗與按北京節能K值達到2.8W/（m2·K）時比

（1）全年每平方米建筑節電計算

冬季采暖，當室內溫度：18℃，室外平均溫度：1.3，采暖期為120天，24小時供暖的節能量：

Q=[0.58(2.8×0.67-2.2×0.65)+0.42(2.8×0.91-2.2×0.90)]× (18-1.3) ×24×120×10-3=23.1KW·h/m2

夏季制冷，當室內溫度：22℃，室外平均溫度：30℃，制冷天數：90天，12小時制冷的節能量：

Q=[0.58(2.8×0.67-2.2×0.65)+0.42(2.8×0.91-2.2×0.90)]× (30-22) ×12×90×10-3=4.1KW·h/m2

總節電量23.1+4.1=27.2KW·h/m2

（2）每戶每年節約電費

當建筑面積為100m2，北京電價為0.50元時

M=27.2×100×0.50=1360元

（3）建筑面積50萬m2全年可節電及減排

27.2KW·h×500000=13600000KW·h×0.50=680萬元

當采用燃煤發電時，1KW·h的電需煤平均0.35Kg，則消耗煤

13600000 KW·h×0.35Kg=4760噸標準煤

根據發電廠的有關資料計算，這些煤的燃燒要排出大約如下數量的有害物：

CO2：6901噸；NO2：43.8噸；CO：104.7噸；SO2：118.9噸；懸浮物：7.5噸；灰渣：808.8噸。

結論：當采用5+12A+5無色透明中空玻璃的玻璃鋼窗與按北京節能K值達到2.8W/（m2·K）時比，每年每100m2建筑節約能源消耗1360元；每50萬m2節約能源消耗680萬元，同時可節煤4760噸標準煤，減少 CO2：6901噸、NO2：43.8噸、CO：104.7噸、SO2：118.9噸、懸浮物：7.5噸、灰渣：808.8噸的有害物排放。

3.當采用5+12A+5無色透明暖邊中空玻璃的玻璃鋼窗與按北京節能K值達到2.8W/（m2·K）時比

（1）全年每平方米建筑節電計算

冬季采暖，當室內溫度：18℃，室外平均溫度：1.3，采暖期為120天，24小時供暖的節能量：

Q=[0.58(2.8×0.67-1.9×0.65)+0.42(2.8×0.91-1.9×0.90)]× (18-1.3) ×24×120×10-3=34.8KW·h/m2

夏季制冷，當室內溫度：22℃，室外平均溫度：30℃，制冷天數：90天，12小時制冷的節能量：

Q=[0.58(2.8×0.67-1.9×0.65)+0.42(2.8×0.91-1.9×0.90)]× (30-22) ×12×90×10-3=6.3KW·h/m2

總節電量34.8+6.3=41.1KW·h/m2

（2）每戶每年節約電費

當建筑面積為100m2，北京電價為0.50元時

M=41.1×100×0.50=2055元

（3）建筑面積50萬m2全年可節電及減排

41.1KW·h×500000=20550000KW·h×0.50=1027.5萬元

當采用燃煤發電時，1KW·h的電需煤平均0.35Kg，則消耗煤

20550000 KW·h×0.35Kg=7192.5噸標準煤

根據發電廠的有關資料計算，這些煤的燃燒要排出大約如下數量的有害物：

CO2： 10427噸； NO2： 66.2噸； CO： 158.2噸；SO2：179.7噸；懸浮物：11.3噸；灰渣：1222噸。

結論：當采用5+12A+5無色透明暖邊中空玻璃的玻璃鋼窗與按北京節能K值達到2.8W/（m2·K）時比，每年每100m2建筑節約能源消耗1360元；每50萬m2節約能源消耗680萬元，同時可節煤4760噸標準煤，減少CO2：10427噸、NO2：66.2噸、CO：158.2噸、SO2：179.7噸、懸浮物：11.3噸、灰渣：1222噸的有害物排放。

從以上計算結果看，玻璃鋼門窗幕墻達到了國家節能減排要求，取得了很好的社會效益。

玻璃鋼型材使用壽命可達60年，同建筑同壽命，為此玻璃鋼門窗幕墻不需要每20年左右重新更新一次，只需對配件進行維修更換，減少了更換門窗幕墻的多次費用投入，也相對的減少了資源消耗和環境污染。

玻璃鋼型材所構成的連續玻璃纖維是在高溫熔融狀態下將二氧化硅、三氧化二硼、氧化鈣、三氧化二鋁等通過池窯拉絲法或玻璃球坩堝拉絲法而制成的，其材料來源廣泛；不飽和聚酯樹脂是將不飽和二元酸（或酸酐）和飽和二元酸（或酸酐）、二元醇或多元醇以及交聯劑、阻聚劑等經過化學合成而制成的，其材料來源是石油的副產品。

玻璃鋼型材可進行回收，經粉碎或研磨后，可做為玻璃鋼模塑或拉擠的填料，進行多次利用。

綜上所述，玻璃鋼門窗幕墻被稱為21世紀綠色環保產品，生產過程無三廢排放，生產工藝符合國家環保標準，因此現得到了不斷推廣和應用，將為建筑提供更加優質的節能減排環保產品。