節(jié)能耐火窗檢測中遇到的問題探討

文/胡乃冬、張喜臣、王俊洋、宋丹、焦東興、趙威

中國建筑科學研究院有限公司；建筑環(huán)境與節(jié)能研究院 北京 100020

GB50016-2014《建筑設計防火規(guī)范》于2015年5月1日正式實施，首次對建筑外門、外窗提出耐火完整性要求。其目的之一，旨在解決我國超高層建筑發(fā)展越來越迅猛，建筑高度越來越高，發(fā)生火災時無法完全依靠外部救援的問題，著重加強了建筑物自身防御火災技術措施的規(guī)定[1]。

該規(guī)范中，與建筑外門窗相關的規(guī)定總結如下：1）建筑高度大于54米的住宅建筑，每戶所設計的避難間應有一間房靠外墻設置可開啟的外窗，且其耐火完整性不應低于1.0小時；（這個地方是防火門，和文章無關）；2）除采用A1級保溫材料，或B1 級保溫材料且建筑高度不大于24m的公共建筑，或采用B1級保溫材料且建筑高度不大于27m的住宅建筑外，建筑外墻上門、窗的耐火完整性不應低于0.50 h；3）上下層開口之間設置玻璃墻的時候，外窗的耐火完整性不應低于防火玻璃墻的耐火完整性要求[2]。

隨著國家對節(jié)能要求的不斷提升，例如河北地區(qū)從原來65%節(jié)能變?yōu)橐?5%節(jié)能，天津的“四步節(jié)能”等等，使建筑外窗節(jié)能成為了基本要求。節(jié)能外窗在日常生活中發(fā)揮非常重要的作用，能夠降低能耗，提高室內舒適度，增加人民生活的幸福感。同時，賦予建筑外窗一定的耐火性能，一旦火災發(fā)生時，有耐火完整性能的建筑外窗可以為建筑防火救援贏得寶貴時間，保障生命和財產安全。因此，建筑外窗既節(jié)能又耐火逐漸成為了一種趨勢。

1、 耐火窗定義

根據GB31433-2015《建筑幕墻、門窗通用技術條件》[3]中對窗性能的分類，我們可以知道耐火完整性是屬于建筑門窗的安全性范疇內的一項性能，與抗風壓性能、耐撞擊性能、抗風攜碎物沖擊性能、抗爆炸沖擊波性能等一樣，都屬于建筑門窗的安全性。GB31433-2015中3.3條對耐火完整性進行了定義：在標準耐火實驗條件下，建筑門窗某一面受火時，在一定時間內阻止火焰和熱氣穿透或者在背火面出現(xiàn)火焰的能力。

圖1

圖2

圖2

圖3

根據GB31433-2015《建筑幕墻、門窗通用技術條件》中對節(jié)能性的要求，建筑門窗的氣密性能、保溫性能、遮陽性能屬于建筑門窗的節(jié)能性。

綜上所述，耐火窗首先在具有建筑外窗最基本的物理性能要求的基礎上，需滿足耐火完整性的要求。而節(jié)能耐火窗則要兼具節(jié)能性能和耐火完整性的要求。 耐火窗不一定要有遇火自閉的熱敏感元件，并且耐火窗不像防火窗一樣區(qū)分A類（隔熱型）和C類（非隔熱型）。因此只要能同時滿足耐火完整性和節(jié)能性要求的窗都可以稱為節(jié)能耐火窗。

2、節(jié)能耐火窗檢測中遇到的問題

2.1 節(jié)能耐火窗的耐火完整性檢測遇到的問題

節(jié)能耐火窗是在節(jié)能窗的基礎上增加了耐火材料改造而成，其耐火完整性只有通過不斷的實驗才能證明其具有耐火0.5h、1.0h的性能。在大量的試驗過程中，總結出耐火窗經常會遇到的試驗失效情況，并對失效原因加以分析，總結如下：

（1）防火材料使用問題

吸熱型灌注料、防火插條、或者防火膠液等防火材料使用不合格產品，或者防火材料配比問題，或者防火材料還處于固化期等未達到耐火等級要求。這種情況下，往往防火材料強度、剛度不夠，更有甚者在火災發(fā)生時，防火材料還會發(fā)生爆炸，直接將型材腔體炸開，導致試驗失敗，失去耐火完整性，如圖1、圖2所示。因此使用合格的、成分穩(wěn)定的、對型材沒有腐蝕的并通過檢驗的防火材料至關重要。

圖1 中梃背火面被炸開狀態(tài)圖

圖2 防火材料爆炸時狀態(tài)圖

（2）玻璃使用問題

防火玻璃安裝過緊，沒有膨脹空間，導致玻璃受熱后溫度應力和擠壓應力共同作用，或者玻璃自身防火處理不到位，玻璃未達到耐火等級就突然破碎；對于復合玻璃向火面破碎掉落時帶走大量防火膠片或灌注料，導致剩余的防火膠片和防火液過少起不到耐火的作用，如圖3、圖4所示。對于另一種說法，冬天天氣冷玻璃受熱就會炸裂，這種情況一般出現(xiàn)在普通玻璃上，而常見的單片防火玻璃強度是普通鋼化玻璃強度的2～3倍[4]， 所以防火玻璃炸裂跟天氣寒冷沒有關系。因此使用高品質的防火玻璃，比如使用復合防火玻璃，則向火面玻璃內側可以使用脫模劑防止防火液的缺失，同時安裝時玻璃墊塊不能卡太緊，玻璃墊塊硬度不能太大，玻璃與框之間要有供膨脹的空間。

圖3 耐火9min時玻璃突然炸裂圖

圖4 防火液被向火面玻璃帶走掉落圖

（3）中梃強度不夠問題

耐火窗框材料很多是斷橋鋁合金，鋁合金在高溫作用下的抗彎剛度不夠常常會導致中梃變形。中梃變形嚴重時，框扇搭接處產生縫隙，膨脹膠條不能填補過大的縫隙，導致試驗失敗，如圖5所示。為了提高中梃強度，可以增加鋼襯或者使用的穿條、灌注料等要有一定的強度，能夠抵抗中梃變形。

圖5 中梃變形導致耐火失敗圖

圖6 玻璃卡件失效圖

（4）玻璃卡件問題

玻璃卡件直接與玻璃接觸導致防火玻璃從卡件處碎裂，此種破碎容易辨認，表現(xiàn)為玻璃在與卡件接觸的點成放射狀碎裂，或者玻璃卡件不能固定住玻璃，導致玻璃向一側傾倒。有的卡件是L型的，能防止玻璃向爐內傾倒，但有時候，比如塑料窗則需要U型的，還要防止玻璃向背火面傾倒，如圖6所示。塑料窗玻璃卡件要固定到鋼襯上，而對于鋁合金窗，卡件要與室內側型材連接牢固，所有的玻璃卡件都不應與玻璃直接接觸。

（5）框扇密封問題

扇四周因為使用傳動鎖閉器，膨脹膠條不易粘結牢固或為避開合頁、鎖座等部位而被迫多處斷開，或者為了美觀室內側不粘貼膨脹膠條，導致框扇搭接處成為失效 “重災區(qū)”，如圖7所示。

圖7 框扇搭接處防火失效圖

圖8 玻璃鑲嵌密封防火失效圖

（6）玻璃鑲嵌密封問題

玻璃與框之間留有縫隙未用膨脹膠條或者防火棉條充分密封，導致火焰從玻璃鑲嵌處竄火，如圖8所示。對于木窗和塑料窗，玻璃鑲嵌處更要做好防火處理，因為木材在400℃左右就會碳化，而PVC材料則會在170℃左右軟化[5]，室內側壓線可能因為高溫而軟化脫落。塑料窗在室內側壓線中使用防火灌注料或者防火膠液，能夠有效延緩背火面壓線軟化的時間。

圖5、圖6

圖7、圖8

圖9、圖10

（7）五金鎖點問題

鎖點數量少、間距大、鎖座未固定好、開啟扇鎖不緊及掉扇等問題，或者五金件采用鋅合金，鎖點、鎖座、合頁已經融化導致試驗過程中開啟扇突然脫開甚至整體掉落， 如圖9所示。

圖9 開啟扇實驗過程突然打開

圖10 耐火窗保溫檢測玻璃變色圖

2.2 耐火窗的節(jié)能性能檢測遇到的問題

耐火窗多是在節(jié)能窗的基礎上增加使用耐火材料而達到的耐火效果，因此耐火材料的使用對節(jié)能影響便是大家關注的問題。目前，耐火窗既做了節(jié)能試驗又做耐火試驗的企業(yè)還不多，防火材料廠家也是定性的說哪些材料會對保溫效果產生什么影響。比如灌注料會使保溫效果降低，K值增加，穿條式不會影響保溫K值等。但是究竟每種防火材料能對保溫K影響多少，目前還沒有專業(yè)的試驗數據來支撐。我們在試驗過程中，收集整理了一些耐火窗保溫的試驗數據。做完保溫試驗后又拿去做耐火實驗，檢測了節(jié)能耐火效果。其中，玻璃卡件使斷橋鋁合金窗的斷橋出現(xiàn)了冷橋的情況，明顯降低了保溫效果。一些廠家通過在卡件與型材之間填充防火棉來降低負面影響。檢測的試驗結果僅供參考，具體數據見表1。

表1 節(jié)能窗耐火保溫實驗數據統(tǒng)計表

此外，目前常用的（5+1防火膠片+3）mm的防火玻璃，其防火效果較好。但是在保溫試驗的時候，室內20℃，室外-20℃時，玻璃就會變成“白色”，如圖10所示。此時室內側玻璃表面的溫度為13℃，這在東北等嚴寒地區(qū)使用便會出現(xiàn)問題。不過當溫度回歸到正常的時候，玻璃還能變回透明的。同時此種玻璃的太陽得熱系數缺少試驗數據，還需更加深入的研究。

結論：

（1）節(jié)能耐火窗是節(jié)能窗增加了耐火完整性能，既要滿足最低的節(jié)能要求又要滿足最低的耐火完整要求。

（2）節(jié)能耐火窗檢測中常遇到的問題有耐火材料、玻璃、中梃強度、框扇密封、玻璃卡件、玻璃鑲嵌密封、五金件鎖點等問題，針對不同問題本文給出了對應的解決方案。

（3）節(jié)能和耐火的組合，將會是建筑外窗必然的趨勢，同一樘窗先做保溫性能檢測，再做耐火性能檢測，才能真正體現(xiàn)好的節(jié)能耐火窗的全部性能。