超低能耗建筑用門窗的內嵌式安裝技術

焦長龍，毛建龍，林峰

（河北奧潤順達窗業有限公司，河北 保定 071000）

0 引言

門窗是建筑安全、采光、通風、節能的重要組成部分，作為建筑節能的薄弱環節，其能耗占到圍護結構總能耗的一半左右[1]。由外窗引起的建筑能耗主要通過熱傳導、空氣滲透及太陽輻射三個方面，決定了外窗傳熱系數、氣密性和遮陽系數三項性能指標。其中，由于施工措施不當或構造自身缺陷，外窗與墻體的連接部位常成為氣密和保溫的薄弱部位[2]。

按照建筑門窗與洞口的連接方式分類，窗墻洞口施工方式可以分為直接固定法與連接件固定法[3]，按照外窗與墻體的相對位置又可以分為外掛式和內嵌式[4]。陳秉學等[5]研究了被動式低能耗建筑中幾種不同窗戶安裝方式和保溫層厚度對圍護結構整體性能的影響，并提出了改善其保溫性能的構造建議。彭莉等[6]針對外窗嵌入式安裝方式，對其安裝熱橋、成本、安全性、節能性進行分析，結果表明嵌入式安裝方式能有效避免外掛安裝所產生的隱患，從安全性、經濟性、可持續發展上更有優勢。金松濤等[7]對目前被動式超低能耗建筑外窗的外掛式、窗戶懸挑于窗洞口和窗戶內嵌于窗洞口三種典型安裝節點的熱橋進行計算，結果表明當節能窗安裝數量較多，宜采用窗戶內嵌于窗洞口的安裝方式，當節能窗安裝數量較少且施工水平高時，宜采用窗戶外掛于窗洞口的安裝方式。

超低能耗建筑外保溫根據國家的現狀要求，需采用保溫結構一體化體系，外門窗就不能采用常規的外掛式安裝，需要采用內嵌式安裝方式。但現狀的內嵌式安裝工藝很多無法滿足超低能耗建筑的性能要求，本文通過對保溫結構一體化體系的構造形式分析，提出外門窗在內嵌安裝時，外門窗下口與主體結構的連接位置需采取斷熱橋的處理措施，比如安裝石墨聚苯節能附框，解決安裝熱橋提高保溫性能。然后外門窗室內、外側周圈粘貼防水隔氣膜材料、防水透氣膜材料，保證氣密性能。

1 建筑用門窗安裝設計

建筑外門窗在安裝設計時，要考慮建筑整體的節能設計要求，安裝時為保證熱橋設計的一致性，采用等溫線的設計方案，同時要保證門窗周圈氣密層的連續性和完整性，避免交叉作業施工時破壞氣密層。

建筑節能，門窗是關鍵。建筑外門窗作為建筑的外圍護結構之一，也是建筑最薄弱的地方，雖然外門窗面積只占建筑外圍護結構的10%，其通過洞口流失的熱量卻高達50%，所以，建筑門窗的性能設計和安裝設計顯得尤為重要。門窗洞口位置對整窗的傳熱系數影響很大，尤其是超低能耗建筑，外門窗的安裝不當造成的熱橋，就會與前期設計的提高保溫性能措施相互抵消，導致熱量從這些部位快速傳遞出去而增加建筑能耗。

外門窗的進出線安裝位置要進行建筑整體熱工計算優化后確定，設計出合理的安裝節點和施工工藝，進而確保外門窗與建筑物整體的節能性能一致性，也就是外門窗與建筑物整體的等溫線設計的一致性，避免安裝節點產生熱橋。

目前外門窗的安裝工藝主要有以下兩種方式：

（1）外掛式安裝方式，門窗框內表面與主體結構外表面齊平，門窗位于建筑外墻外保溫層內；

（2）內嵌式安裝方式，門窗嵌于洞口內，門窗底部采取斷熱橋措施。

2 外墻外保溫與保溫結構一體化的分析

盡管外保溫的做法有很多，應用也較為成熟。但是不可否認，目前外墻外保溫工程尤其是薄抹灰系統出現的問題最多，外墻保溫層脫落、開裂、滲水等現象多有發生。加之近年來第2和第3節能階段均以有機保溫材料為主要保溫層，因保溫工程引起的火災事故頻頻發生，造成極大的社會影響、經濟損失和人員傷亡。現階段除了75%建筑節能外，還有些項目實施了更高節能標準的超低能耗、近零能耗節能設計，因其核心之一就是高效的保溫系統，保溫層厚度的大幅度增加，給安全耐久性和經濟合理性增加了更大考驗，在現階段高節能標準和防火要求條件下，對外墻外保溫技術是一次重大挑戰。

保溫結構一體化技術起初被稱為節能與結構一體化技術，這個名詞是2009年在北京召開的：“新型建筑結構體系－節能與結構一體化技術研討會”上提出的，此時提出的節能結構一體化技術是對墻體自保溫技術更形象的稱謂，不是特指某一個技術或體系，是一個寬泛概念。該技術具有與建筑主體同壽命、安全可靠、施工方便、縮短工期等諸多優點，是傳統建筑保溫設計與施工方法的一次重大變革。

根據國家標準對保溫結構一體化的定義：保溫層與建筑結構同步施工完成的構造技術。可見同步施工是該技術的重要特征，現階段大多數界定保溫結構一體化基本遵循3個基本原則：（1）建筑保溫與結構同壽命；（2）建筑墻體保溫與結構同步施工，同時保溫層外側應有50mm及以上的混凝土或其他無機材料防護層；（3）施工后墻體無需再做保溫能滿足既定的節能標準。

建筑保溫與結構一體化技術具有建筑結構保溫和結構防火性能，解決了外保溫脫落與起火問題。因其優良的防火性能，滿足建筑防火規范要求。復合剪力墻結構外部為50mm厚及以上的混凝土防護層，內部填充保溫板（以聚苯板，擠塑板，石墨聚苯板，石墨擠塑板較多）為主體結構層，阻燃B1級防火性能，無火災脫落等隱患。解決了目前粘錨構造的薄抹灰技術易產生的脫落、開裂、空鼓、滲漏等隱患。

3 鋼絲網架復合板噴涂砂漿外墻保溫體系

鋼絲網架珍珠巖夾芯板能減少甚至解決外保溫脫落、開裂的情況，并且滿足防火安全性能要求。由內斜插金屬腹絲與復合保溫板外單側或雙側鋼絲網片焊接構成鋼絲網架復合保溫板，通過金屬連接件將鋼絲網架（片）復合保溫板與現澆混凝土結構層或將鋼絲網架（片）復合保溫板與鋼結構、框架結構主體可靠連接，構成鋼絲網架（片）復合保溫板體系；外側鋼絲網噴涂砂漿作為防護層、內側結構層澆筑混凝土形成保溫與外墻結構一體的外墻保溫系統。

圖1 鋼絲網架復合板噴涂砂漿外墻保溫構造系統

常用的復合保溫板由兩側分別為25mm的A級保溫材料（目前以珍珠巖棉板為主）與石墨聚苯板形成的復合保溫材料，并通過復合板內斜穿的金屬腹絲與復合板外單側或雙側鋼絲網片焊接形成三維鋼絲網架加強復合板材，現場施工時采用復合板材兩側機械噴涂高強度水泥砂漿抹面，并和鋼結構、混凝土框架結構復合到一起的體系。

復合保溫板分為不同的板材類型，分別用于不同類型建筑的不同部分，不同型號板材配合使用在建筑物上形成不同的系統，分為梁柱系統、填充墻系統、屋面板系統。

4 超低能耗建筑用門窗外掛式安裝

外掛式安裝技術是將外門窗整體懸掛在建筑結構外立面，外墻保溫材料覆蓋部分門窗框提高門窗與結構連接位置的保溫性能，防止窗框及洞口周邊產生結露發霉的現象。

目前國內大力推廣超低能耗建筑、近零能耗建筑，按照等溫設計，外窗常規采用外掛式安裝，不過在高層建筑中外窗外掛安裝仍存在人員成本高、施工難度大、門窗維護更換困難等問題。

另外缺少安全性，外門窗外掛式安裝，外門窗自重很大，懸掛的連接方式缺少與結構、保溫層整體的安全耐久性測試，無法滿足與主體結構連接的安全性。

隨著各省市禁止使用外保溫粘錨構造體系，導致門窗外掛式安裝無法采用。而且無法滿足外保溫系統防火安全性?，F行的設計規范及技術標準多強調材料防火，但缺少對構造防火的詳細技術要求。規范要求保溫材料耐火性能達到A級，但目前市場上能兼顧保溫性能優越、達到A級耐火要求的材料并不多，室外火焰會通過門窗與結構之間的縫隙蔓延，成為防火薄弱點。

5 超低能耗建筑用門窗內嵌式安裝

目前，創新性地將保溫結構一體化技術應用于超低能耗建筑。不僅在滿足超低能耗建筑節能水平和舒適度水平的同時，還實現了外保溫與主體結構同步完成施工。有效解決了建筑外墻外保溫出現的開裂、滲漏、空鼓、脫落和火災隱患，特別是保溫層與墻體主體結構不同壽命問題。因此，保溫結構一體化加外門窗內嵌式安裝是目前現階段最優的施工方案，不僅提高了安全性，后期外門窗維護更換也方便。

下面以鋼絲網架復合板噴涂砂漿外墻保溫體系為例進行闡述門窗內嵌安裝方式。

超低能耗建筑采用保溫結構一體化技術時，外門窗需內嵌式安裝，通過拉片進行固定，當門窗框周邊有主體結構時可以直接固定在結構上，無結構時需要在門窗洞口周圈設置至少70mm厚噴漿帶，還要綜合考慮室內窗臺板大小、外側壓框外立面效果、斷熱橋等問題。

當內嵌外平齊安裝時，為解決外窗底部出現安裝熱橋情況，外窗底部應采取安裝節能附框等斷熱橋處理措施；窗兩側及上部外保溫應覆蓋部分窗框，窗框外露尺寸預留20mm，窗下部節能附框噴涂砂漿收口全部覆蓋。

內嵌式安裝方式不僅能夠使外保溫更多地覆蓋窗框進而有效提高門窗與結構連接位置的保溫性能，同時室內一側粘貼防水隔氣膜材料，室外一側粘貼防水透氣膜材料，可以使外窗與建筑結構之間縫隙里的水蒸氣自由蒸發到室外，降低結露發霉的概率。

而且外保溫與節能附框外噴涂高強度水泥砂漿抹面，使得包覆其內，大大提高了門窗與結構連接縫隙的防火安全性。

防水隔氣（透氣）膜粘貼應符合下列要求：

（1）防水隔氣（透氣）膜與窗框粘貼寬度≥15mm；

（2）防水隔氣（透氣）膜與基層墻體粘貼寬度≥50mm；

（3）防水隔氣（透氣）膜自身搭接長度≥50mm；

（4）防水隔氣（透氣）膜粘貼時，門窗角部要留出富余量，避免門窗洞口側墻無法粘貼密實。

圖2 內嵌式安裝技術節點（窗寬、高均不大于1 800mm）

當涉及窗洞口尺寸大于1 800mm×1 800mm時，為保證外窗安裝強度，外窗周圈應澆筑混凝土構造柱，并且與主體結構固定拉結，保證外窗安裝強度。

外窗底部安裝節能附框，節能附框與混凝土梁固定連接，節能附框室內側進行二次砂漿澆筑收口，外窗安裝到節能附框上，解決安裝熱橋問題。外窗室內側粘貼防水隔氣膜材料，室外側粘貼防水透氣膜材料，保證氣密性能。

圖3 內嵌式安裝技術節點（窗寬高大于1 800mm×1 800mm）

窗左右兩側安裝時，固定在側口的構造柱上，斷熱橋設計可以采用保溫壓框的形式（一般壓框10～30mm），但需要注意外露的窗框不能過小以免影響外立面效果，貼防水隔氣膜、防水透氣膜后通過兩側收口（一次抹灰蓋住外膜，再次外墻裝飾收口）達到最終外立面效果。

圖4 內嵌式安裝技術節點（窗側口）

被動門安裝時，由于門自重較大，出于安全考慮，在外墻洞口設計時需要在洞口兩側設置鋼筋混凝土構造柱，構造柱尺寸及配筋需進行力學驗算并滿足結構設計要求，一般以150mm方形柱為宜，同時需要考慮構造柱外側斷熱橋。

圖5 內嵌式安裝技術節點（門側口）

目前被動門固定兩側即可，上下一般不固定，上口若固定可直接固定于噴漿帶上，也可只靠兩側固定，上側門框與墻體之間的縫隙用阻燃型聚氨酯發泡填充密實，同時做好氣密措施。

被動門下側一般為二次澆筑的結構體，主要是為承托門兩側的抱框柱并與之形成整體增加安全性；被動門與結構體之間用防腐木墊塊阻隔，既能防止被動門的沉降且具有隔熱性能，同時施工也較為簡便快捷。

6 內嵌式安裝工藝流程

以鋼絲網架復合板噴涂砂漿外墻保溫體系為例。當保溫結構施工完成后，為保證外門窗安裝強度，在門窗安裝前，先在外門窗安裝位置的上端和下端澆筑混凝土梁（低層直接澆筑砂漿即可），并與門窗兩側的構造柱固定拉結，然后在門窗洞口底部安裝石墨聚苯節能附框，節能附框與混凝土梁采用專用聚合物強力密封膠粘接，并用螺釘固定，節能附框室內側進行二次砂漿澆筑收口，將節能附框全部覆蓋，外門窗安裝在石墨聚苯節能附框上，并且保證門窗兩側及上部外保溫覆蓋部分門窗框，解決安裝熱橋過大的問題，然后室內、外側粘貼防水隔氣膜、防水透氣膜，保證氣密性能的同時還能讓水蒸氣自由蒸發，降低發霉的概率。

室外側鋁合金窗臺板內翻邊與外保溫完成面平齊，需要求外保溫尺寸精確；為防止窗臺板部位出現漏水情況，窗臺板底部粘貼預壓膨脹密封帶起到密封與防水作用。

圖6 內嵌式安裝方式熱工圖

7 現場施工

所有墻板安裝完畢并經過驗收合格后進行砂漿噴抹，復合保溫板內外層主要是噴涂，分為底層和面層兩遍，底層灰厚度控制在12～15mm，面層灰厚度控制在10～13mm，抹灰總厚度不小于25mm。注意門窗洞口位置的砂漿噴涂，需要澆筑混凝土梁的一起澆筑，并與洞口兩側的構造柱拉結。

圖7 鋼絲網架復合板結構

圖8 噴涂砂漿

圖9 鋼絲網架復合板結構

圖10 噴涂砂漿

圖11 安裝石墨聚苯節能附框

圖13 安裝外窗

圖14 安裝外窗效果

8 結論

超低能耗建筑用外門窗在保溫結構一體化體系安裝時，首先重點考慮采取斷熱橋的措施，其次考慮安裝氣密性的情況，同時，系統化的安裝設計也是必不可少的環節。保證建筑整體的保溫性能及氣密性，最終實現超低能耗建筑整體節能指標。

（1）超低能耗建筑外保溫采用結構一體化施工時，外門窗采用內嵌式安裝，門窗底部必須采用節能附框斷熱橋措施，不然此位置容易出現熱橋現象，導致窗洞口位置有結露發霉的風險。節能附框建議選擇防腐木附框或者石墨聚苯附框，兩種附框不僅在保溫性能、抗老化性能、抗壓強度方面都有很高的性能，另外根據《建筑門窗附框技術要求》GB/T39866-2021，對節能附框尺寸也有具體要求。

（2）建筑外門窗的氣密性是保證超低能耗建筑整體氣密性的一個重要細節，對超低能耗建筑整體良好的氣密性有著至關重要的作用，因此，外門窗的氣密層施工是整體氣密性的重要基礎保障。

（3）建筑外門窗的系統化安裝是在外門窗安裝設計時應滿足建筑整體節能方案設計要求，安裝時保證熱橋設計的一致性和氣密層的連續完整性。而外門窗的性能設計與安裝設計又是超低能耗建筑性能設計與安裝設計的重要一環，將外門窗與建筑的性能化設計與系統化安裝整體綜合性考慮，是實現超低能耗建筑整體節能指標的基本保證。