建筑耐火節能門窗材料的設計選擇路徑研究

王致遠，崔彭，董翠娜

（沈陽金維特門窗有限公司，遼寧 沈陽 110000）

0 引言

在選擇建筑門窗時，往往需要考慮門窗的物理性能是否達到標準，在保證門窗的使用性能合格之后，還要考慮門窗的保溫性，其次就是客戶根據自己的喜好選擇型號。很多的生產商為了保證門窗的保溫性能和物理性能達到標準，往往會采用有機高分子材料來替代部分框架位置，從而達到更高的節能性。但是有機材料在使用時，就必須要考慮到一個問題，那就是可燃性，如果門窗選用一些具有可燃性的高分子材料作為部分框架結構，就無法保證門窗結構的耐火性，很容易在發生火災時發生嚴重的損失。隨著國家規范條例的推出，就必須要選擇更加合適的材料來替代，因此能否保證建筑門窗達到規范要求，就在于門窗的耐火性能以及結構的設計是否能夠達到標準。為了滿足規范的要求并提升門窗的相關性能，就必須從材料的選擇和設計上入手，全面優化節能門窗的選材和設計，從而實現建筑耐火節能門窗性能的提升。本文將針對不同類型的門窗進行對比分析，從門窗的材料選擇到結構設計上進行分析，從而探究出合適的耐火節能門窗材料設計選擇路徑。

1 《建筑設計防火規范》的提出背景

近年來隨著經濟的不斷發展，我國的城市化進程不斷加快，高層建筑也逐漸成為城市化的標志之一，由于建筑物的高度不斷增加，因此人們對于安全的關注度也不斷升高。排除自然災害的影響之外，火災便是危害高層建筑安全最為可怕的因素之一，由于高層建筑的特殊性，一旦發生火災就會迅速蔓延，并且由于人員密度較大，逃生與救援都有著很大的難度。除此之外，很多的建筑在建設過程中，為了提高其使用的舒適度，都會在外墻外加裝保溫材料，并且很多的建筑材料都具有可燃性，這些都給高層建筑的使用帶來了巨大的安全隱患。一旦保溫材料被點燃，就會直接對門窗造成毀滅性的破壞，大大增加救援和逃生的難度，嚴重影響了使用者的生命財產安全[1]。為了能夠更好的避免這些問題的發生，提高高層建筑使用的消防安全性能，提出了《建筑設計防火規范》對建筑的耐火性能提出要求，以此來提高建筑的安全性。更是首次針對門窗的耐火性提出了全面的要求，針對建筑的內門、外窗、外墻外保溫系統等都提出了明確的耐火等級要求，不僅如此，還針對耐火窗的檢測規則進行了明確的規定。

2 節能門窗的分類

在建筑中外門窗的組成通常有五個部分，分別是由玻璃面板、框架型材、五金配件、密封膠條、其他輔助配件，門窗在實際應用時還會根據實際情況，對不同部位的設計進行更改，從而實現結構的優化達到更好的使用效果。想要實現耐火門窗的相關要求，就必須要對門窗的組成材料進行了解，由于部分普通材料不能夠實現耐火性，所以在進行耐火門窗的設計時，就需要對部分材料進行更換。同時部分類型的門窗由于材料的更換，也會導致結構和部分功能無法正常使用，因此傳統的鋁合金類門窗、塑料類門窗、復合門窗、實木類門窗、玻璃類門窗等，部分類型會由于材料的限制而無法正常使用，所以要想實現耐火節能門窗的設計與選擇，就必須對材料進行優化選擇[2]。

3 傳統材料的不適用性

3.1 PVC型材

在建筑中塑料門窗的主要材料是PVC塑料以及增強型鋼，雖然在日常使用中不會出現耐熱性上的問題，但是一旦發生火災，就很難保證耐火性。由于PVC型材的耐火性較差，所以一旦發生消防問題，就無法保證門窗的正常使用，在溫度過高時型材就會發生框架的變形，并且結構的密封效果也會失效，導致門窗無法成為有效的救援和逃生通道。雖然現階段針對PVC的耐火性研究有了很大進展，通過一些技術手段可以大大提高PVC型材的耐火性，但是無法從根本上明顯的降低塑料門窗在遇到火災時系統被破壞的程度，所以這類型材難以有效的在耐火門窗中繼續應用[3]。

3.2 斷橋鋁型材

斷橋鋁型材的問題主要表現在耐火性和隔熱性上，斷橋的采用是為了提高隔熱性能，但是斷橋材料不能夠很好的抵抗高溫，因此只能滿足日常使用的需求，一旦發生火災就會由于溫度過高而出現融化。型材的耐熱性不夠好，雖然熔點遠遠高于PVC型材，但是在高溫狀態下會出現軟化，導致整體框架結構出現問題，使結構的整體性得到破壞。但是如果對材料進行改進，只能通過增加鋼襯的方式來實現，這樣的方式會導致結構的保溫性和隔熱性不能有效保障，所以很難在耐火門窗的使用中正常運用[4]。

3.3 新型材的優勢

3.3.1 聚氨酯耐火節能窗的耐火性

建筑構建要想加大耐火性能必須要達到兩個方面的指標，首先是耐火完整性，對于部分不需要具備隔熱性能的門窗而言，只需要有良好的耐火性能即可滿足耐火性的標準。根據相關的檢測標準，對非隔熱性耐火窗進行耐火性檢測，只需要對背火面的狀態進行檢測，通過對材料進行持續燃燒，觀察背火面的實際情況便可以得出結論。在對聚氨酯耐火節能窗進行耐火性試驗時，通過一小時的持續燃燒并未發生完整性破壞，僅僅表現為受火面的鋼化玻璃出現碎裂，受火面發生了部分燃燒現象并持續到實驗的結束。對于背火面而言，僅僅出現了部分變形整體結構未發生破壞，并且防火玻璃直到試驗結束也未發生破碎現象，正在完成試驗后對背火面進行熱通量檢測，也在正常范圍之內。由此可見，聚氨酯耐火節能窗的耐火性完全能夠達到相關標準，這一新型材料可以很好的提高節能窗的耐火性[5]。

圖1 門窗材料性能對比

3.3.2 材料的強化

玻纖增強聚氨酯型材是在聚氨酯的基礎上強化得到的一種材料，有著比聚氨酯更優良量的耐火性，就材料而言玻璃纖維本身就是很好的阻燃劑，這是一種無機纖維熔點往往在1000攝氏度以上，聚氨酯材料在遇火后會形成碳化層，從而阻止了火焰的進一步擴散。在將這兩者結合之后便得到了玻纖增強聚氨酯型材，在明火的灼燒之下也很難被點燃，大大提高了材料的耐火性，不僅如此遇火面承受的高溫也很難傳導到另一面，所以極大的提高了材料的耐火性能。

3.3.3 優良的工藝特點

首先，玻纖增強聚氨酯型材具有很高的纖維含量，纖維的含量更是達到了80%以上，大大改善了材料的力學性能，不僅如此由于較高的纖維含量，進行生產時可以很好的減少生產步驟，簡化了生產工藝大大提高了生產效率。對于一些特殊的部件，對于材料的截面形狀和厚度都有著很高的要求，傳統的材料很容易產生斷裂，但是玻纖增強聚氨酯型材料卻能夠很好的避免這一問題，大大提高了材料的可塑性。在生產過程中，由于工藝簡單材料的配比固定，所以完全可以實現自動化生產，只需要對材料的固定、切割、配比、運送等步驟進行嚴格的設定，便可以實現自動化生產，并且對產品的質量沒有任何影響，可以極大的提高生產效率。最后，生產過程中所使用的材料不具有污染性，能夠很好的對生產工人的健康和周邊環境進行保障，生產環境也是嚴格封閉，不會出現安全問題，同時還保障了生產環境的清潔[6]。

3.3.4 良好的表面裝飾性

由于材料的纖維含量高，所以在使用過程中需要選用合適的涂料來滿足美觀的要求，同時也可以保護材料不受到損害，新型的水性環保聚氨酯涂料就是專門針對玻纖增強聚氨酯型材研制的一種涂料，能夠很好的為型材提供保護和裝飾。首先這一涂料可以實現均勻的覆蓋大大提升材料的平整性，并且能夠很好的進行附著，實現持久性的防護。這一材料屬于環保材料，無毒、無污染能夠很好的保證使用者的健康，這一材料還可以很好的吸收紫外光，對材料起到良好的保護作用。作為裝飾性涂料，這一材料在顏色、光澤以及實際效果上都可以進行很好的搭配，使用者可以根據自己的需求隨意搭配，從而實現更好的美化效果。

4 結語

隨著經濟的不斷發展與進步，各種各樣的新式材料也層出不窮，因此為了更好的滿足國家的要求，做好建筑節能門窗耐火性的設計，就需要選擇優良的材料。與此同時，國家相關部門也要加大對于市場的監管，加強對于工程質量的檢測與管理。綜合考慮門窗的各項性能，在保證門窗的各項物理性能基礎之上，還要協調耐火性和美觀性，在諸多優良性能得支持下，這一材料必定會成為未來發展的新方向，必定會大大推動節能防火型門窗的發展。