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等压雨幕原理在铝合金窗的应用

摘要:

  针对常见的样窗水密气密不达标,首先概述等压雨幕的作用原理,然后介绍其在铝合金门窗应用中的代表性细节。可以看出,控制框扇搭接处的间隙很重要,以及密封胶条合理设计选用的重要性。而且日系推拉采用等压设计的方式很值得借鉴。

  关键词:

  平开窗,等压雨幕,推拉窗

  据笔者从一些门窗性能检测站了解到的信息:样窗的水密性和气密性不达标的比例较高,和热工性能正好相反。说明如何改善防水性能是不少隔热客户遇到的难题。解决方法一方面需要提高加工/安装的水平,另外可以参照国内外铝合金门窗系统的做法。因为“系统”,在笔者看来就是设计并检测过的一揽子解决方案。在防水方面,等压雨幕原理是经常使用的,所以本文首先概述等压雨幕的作用原理,然后介绍其在铝合金门窗应用中的代表性细节。


  一、等压雨幕原理

  等压雨幕广泛应用于建筑防水设计,大的如图1所示的墙体等立面,小的用于一些缝隙防水。这正是因为它一方面减少了流入空腔的雨水量,即流量;另一方面可以加速排水。

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▲图1


  流体力学中,开口部位的压差流量Q如公式1所示:与开口的面积A以及压差平方根微信图片_20180816142457.jpg成正比。

 

微信图片_20180816142327.jpg 公式1


  虽然混杂雨水的空气并不均匀,但公式1仍可以定性地描述积水过程。因此设法减少门窗封闭腔与外界大气的开口以及实现两者之间的等压是提升防水效果的重要途径。

  如果实现了等压原理,那么门窗封闭腔体内的雨水在自身重力的作用下即可排出,不需要再克服气压差了。

  完整的等压雨幕原理如图2所示。以杯子为例,可以看出等压雨幕由3部分组成:


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▲图2


  ● 雨幕:外面的一层板,作用是遮挡雨水,并配有适当的排水/通风孔。

  ● 中间的等压腔:顾名思义,实现等压的地方

  ● 最里面的气密层:必须连续、寿命长、无孔洞,作用是承受风压,是实现等压的关键。只有密不透风,杯中的空气才能与外部压力平衡 。

  众所周知,材料在室外的寿命没法和室内比。雨幕只是用来遮挡雨水,因此允许一定的失效。关键的气密层放在室内侧,不受自然环境的直接作用,延长了寿命,也保证了防水系统的寿命。这就是等压雨幕的妙处。


  二、等压雨幕在内开窗上的应用


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▲图3


  图3是一个典型的内开节点。

  (1)其中雨幕由中空玻璃、室外型材的外表面等组成;

  等压腔:如图中的蓝色线框所示,即框与扇之间的空腔和玻璃安装槽。

  气密层:正风压的情况下,中间胶条的鸭嘴会贴紧CT型隔热条,起到气密层的作用。

  因此中间胶条把框扇之间的大空腔分割成了等压腔和气密腔。目前大部分设计选用:小等压腔、大气密腔。目的是实现快速等压。

  (2)开口面积除了通风孔、排水孔外,就是框扇搭接的间隙。而从公式1可以看出:除了适当的开孔外,控制间隙也很重要,像国外成熟的系统公司Schuco, Hueck, Wicona等装配图要求此间隙为0.5mm。而国内大部分在1mm起步。这样相当于流量增加了一倍以上!因此提高加工工艺,控制好装配误差,很有必要。


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▲图4


  1、关于图4的内开节点,需要留意下列细节:

  ● 泡沫填充

  与玻璃和型材贴的太紧,空气在玻璃安装槽内不易流通,不利于等压的实现。而且适当的向室内侧移动,防水效果会更好。

  ● 压条槽口

  低于其他材料的表面,导致积水不容易排出。

  ● 中间胶条

  缠绕供货的胶条,整体有变形,导致安装好后鸭嘴部分呈波浪形,有的地方会漏风。可以采用类似图5的软硬共挤胶条或者分体式设计。


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▲ 图5 中间胶条 软硬共挤


  EPDM等材质偏软,其挤出精度也没有铝型材和隔热条高。像图4那么大的跨度,很容易从槽口中脱出。而图6的固定方式就比较好。因为根基稳定了,上面的鸭嘴部分才能起到应有的作用。


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▲图6


  ● 室内密封胶条

  正风压使框和扇之间有一定的分离。因此室内密封胶条要靠弹性来贴紧框型材表面,除了选用适当工作高度的胶条,也可以改变一些尺寸或者结构来增加回弹力(图7)。


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▲图7


  2、对于图8的节点,扇型材穿了常见的I型隔热条,形成了低凹处,容易积水。常见的排水孔开法有两种。对于图9来说,积水流到鸭嘴部分与型材的接触部位,导致水密失效。而图10对排水孔的加工精度要求很高:隔热条头部尺寸4.2,壁厚1.8以上,如果加工设备调整不当,容易铣穿隔热条,使得积水进入隔热腔!因此选用C型隔热条或者采用类似图3中的积水槽,效果会改善。


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  3、风压较大的地方,可以在玻璃下面增设一道密封胶条或硅酮胶,提高玻璃安装空腔的等压效果。(图11)


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▲图11


  三、等压雨幕在外开窗上的应用

  外开窗在风压的作用下,两个胶条处于压缩状态(图12),雨水不容易直接渗入框扇之间的间隙。但玻璃槽中的雨水以及露水等,仍然需采用等压原理。且考虑到胶条老化后密封效果变差的影响,也是必要的。


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▲图12


  四、等压雨幕在推拉窗上的应用

  因为自身环境的特点,日系推拉窗在水密性的设计很先进,很值得借鉴。参考一些日本资料,可以发现等压原理在推拉窗上的应用,可以在三协、郦住、YKK的产品上可以看到。而国内推拉窗采用等压原理的并不多。

  常见的日系等压设计(如图13),在正风压的作用下,外侧扇型材上伸出一支悬臂与下滑紧压,形成气密层。相似的,内侧扇型材与下滑压紧,也形成了气密层。随之双双形成等压腔,来减少积水,加速排水。这样要好过单纯拉高下滑的阶梯斜度(积水高度)来克服风压的设计。当然日系推拉窗的高水密性的实现还需要很多其他设计和加工的细节来保证。


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▲图13


  五、总结

  在改善水密性/气密性方面,国内外门窗系统普遍使用等压雨幕原理,所以本文首先概述等压雨幕的作用原理,然后介绍其在铝合金门窗应用中的代表性细节。可以看出,控制框扇搭接处的间隙很重要,以及密封胶条合理设计选用的重要性。而且日系推拉采用等压设计的方式很值得借鉴。


  参考资料:

  1、Nathan Van Den Bossche, Pressure equalization as design strategy for watertight windows

  2、李良 《横滑式单元幕墙防水构造典型误区分析》

  3、张芹 《中国对世界幕墙技术发展的新贡献》


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