馬喜斌 閆宇壯 徐從啟 方天馳 馮國勇 張 兵

嚴寒和寒冷地區(qū)老舊小區(qū)建筑外窗氣密性實測分析

馬喜斌1閆宇壯1徐從啟1方天馳1馮國勇1張 兵2

（1.32181部隊 西安 710032；2.北京特種工程設計研究院 北京 100028）

為有效指導老舊小區(qū)建筑外窗節(jié)能改造，采用壓差法針對嚴寒和寒冷地區(qū)106樘外窗進行了氣密性實測。結果表明這些外窗的平均冷風滲透量為23.04m3/(m2·h)，合格率僅為16.98%，大部分外窗達不到氣密性要求；相對于木窗和鋼窗，鋁合金窗和塑鋼窗能明顯提升氣密性；對于塑鋼窗，單層玻璃與雙層玻璃的氣密性差別較小，平開塑鋼窗的氣密性明顯優(yōu)于推拉塑鋼窗。

外窗；氣密性；冷風滲透量；實測

0 引言

嚴寒和寒冷地區(qū)的供暖能耗主要由建筑圍護結構傳熱以及通過建筑外門、外窗縫隙的冷風滲透這兩部分能耗構成[1]。相關研究表明，空氣滲透引起的熱損失占建筑熱負荷的25%～50%[2]，因此，外窗冷風滲透的控制對于嚴寒和寒冷地區(qū)的能耗有著重要作用。

國外學者對門窗氣密性進行了大量實測[3,4]。國內(nèi)對于圍護結構傳熱研究較多，而對于門窗特別是外窗的冷風滲透實測研究則較少。文獻[5]對我國北方地區(qū)（北京和唐山）的居住建筑進行了氣密性測試，其中北京住宅的換氣次數(shù)為0.24h-1，唐山住宅的換氣次數(shù)為0.98h-1。季永明等[6]采用壓差法對大連地區(qū)（寒冷地區(qū)）9戶新建住宅的建筑氣密性進行了實測，并采用紅外熱像儀進行了空氣滲漏點檢測；某公司選取了國內(nèi)常規(guī)的建筑、低能耗建筑和被動房建筑進行房間整體氣密性測試和對比分析[7]；曹勝民[8]根據(jù)文獻以及實地調(diào)研的結果匯總了天津地區(qū)常用的建筑外窗類型，然后通過窗戶鼓風的方法對這幾種建筑外窗的氣密性進行了實測；豐曉航等[9]則通過建立居住建筑模型，利用軟件模擬分析了門窗不同氣密性等級情況下，自然通風和機械通風兩種模式對建筑能耗的影響，并考慮氣候的差異，針對不同氣候區(qū)提出適宜的通風模式和建筑氣密性等級。白濤[10]通過DeST能耗模擬軟件定量分析了建筑外窗氣密性與建筑能耗之間的關系；王夢偉等[11]以哈爾濱、北京、成都三個地區(qū)為例，分析了提高辦公建筑氣密性對采暖和空調(diào)能耗的影響，指出外窗位置的不同，將對建筑氣密性產(chǎn)生直接的影響，從而影響建筑能耗。

為了解嚴寒和寒冷地區(qū)老舊小區(qū)建筑外窗氣密性的真實水平，有效指導老舊小區(qū)建筑外窗節(jié)能改造，本文針對嚴寒和寒冷地區(qū)共計106樘外窗進行了氣密性實測并分析。

1 實測情況

被測的建筑外窗分布在19個老舊小區(qū)，門窗類型包括木窗、鋼窗、鋁合金窗和塑鋼窗；玻璃層數(shù)包括單層、雙層和三層；開啟方式分為平開和推拉。根據(jù)現(xiàn)場的測試條件，得到有效測量的外窗共計106樘，其信息如表1所示。

表1 106樘外窗簡要信息

續(xù)表1 106樘外窗簡要信息

2 檢測方案

2.1 檢測依據(jù)

（1）JGJ/T 132-2009《居住建筑節(jié)能檢測標準》；

（2）JGJ/T 177-2009《公共建筑節(jié)能檢測標準》；

（3）GB/T 7106-2008《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》。

2.2 合格判據(jù)

《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》GB/T 7106-2008將建筑外門窗的氣密性指標分為8個等級，以標準狀態(tài)下壓力差為10Pa時的單位開啟縫長空氣滲透量1和單位面積空氣滲透量2作為分級指標，其中2指標值如表2所示。

表2 外窗氣密性分級表

《嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》JGJ 26-2010規(guī)定嚴寒地區(qū)外窗的氣密性等級不應低于《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》GB/T 7106-2008中規(guī)定的6級；寒冷地區(qū)1～6層的外窗的氣密性等級不應低于規(guī)定的4級，7層及7層以上不應低于6級。

《公共建筑節(jié)能設計標準》GB 50189-2015規(guī)定外窗氣密性分級應符合《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》GB/T 7106-2008中第4.1.2條規(guī)定，并應滿足下列要求：10層及以上建筑外窗的氣密性不應低于7級；10層以下建筑外窗的氣密性不應低于6級。

2.3 檢測方法

盡管有研究指出采用單位面積滲透量存在爭論[12]，考慮到現(xiàn)場準確測量各種外窗的縫長比較復雜，參照JGJ/T 132-2009《居住建筑節(jié)能檢測標準》，還是采用面積指標衡量。同時為減少誤差，便于操作，檢測時受檢外窗內(nèi)外的起始壓差定為70Pa，為了得到外窗在10Pa壓差下的值，則需要通過回歸方程來間接計算。

2.4 檢測儀器

采用DG-700氣密性測試系統(tǒng)進行檢測，儀器自帶軟件采集不同壓差下的空氣滲透量并進行擬合，從而得到10Pa壓差下的單位面積空氣滲透量，如圖1所示。

圖1 外窗氣密性現(xiàn)場實測圖

3 結果分析

3.1 總體情況

全部外窗（106樘）的冷風滲透量實測值分布如圖2（a）所示，氣密性平均值為23.04m3/(m2·h)，合格率僅為16.98%，最小值為一塑鋼單框三玻推拉窗，其冷風滲透量為1.64m3/(m2·h)，達到7級水平；一單框單玻平開木窗氣密性最大，冷風滲透量達到了109.86m3/(m2·h)。圖2（a）中由于含有單框木窗極端值，概率分布不是正態(tài)的，圖2（b）為塑鋼窗（60樘）的冷風滲透量，基本呈正態(tài)分布，實測結果表明：老舊小區(qū)外窗大部分達不到節(jié)能要求，外窗冷風滲透量過大。

圖2 外窗氣密性實測值分布

3.2 外窗類型影響分析

被測外窗包括木窗13樘、鋼窗6樘、鋁合金窗27樘、塑鋼窗60樘，不同類型外窗的實測氣密性水平如圖3所示。

圖3 不同類型外窗冷風滲透量

木窗、鋼窗、鋁合金窗和塑鋼窗的平均冷風滲透量分別為67.43m3/(m2·h)、30.89m3/(m2·h)、17.04m3/(m2·h)和15.33m3/(m2·h)，總體趨勢是外窗類型越先進氣密性水平越好，但是即使是塑鋼窗，其平均冷風滲透量也未達到標準的1級水平。其中12#-1塑鋼窗的冷風滲透量達到了41.79m3/(m2·h)，是因為該戶業(yè)主自行進行更換，安裝質(zhì)量堪憂，如圖4（a）；4#-4塑鋼窗冷風滲透量為35.32m3/(m2·h)，其窗框與墻體之間存在很大縫隙，如圖4（b）所示。

圖4 存在安裝質(zhì)量的外窗

3.3 塑鋼窗玻璃層數(shù)影響分析

剔除塑鋼窗中安裝質(zhì)量導致冷風滲透量較大的2樘外窗后，單框單玻、單框雙玻和單框三玻的塑鋼窗的平均冷風滲透量分別為15.94m3/(m2·h)，14.22m3/(m2·h)和1.64m3/(m2·h)，可見在氣密性方面，塑鋼單玻窗與雙玻窗的差別不大，但是三玻的氣密性水平提升非常明顯。

3.4 塑鋼窗開啟方式影響分析

分析單玻和雙玻塑鋼窗的氣密性水平，發(fā)現(xiàn)推拉和平開外窗的平均冷風滲透量分別為15.13m3/(m2·h)和4.63m3/(m2·h)，其氣密性水平差距較大，說明平開方式能夠有效控制冷風滲透。

4 結論

針對嚴寒和寒冷地區(qū)19個老舊小區(qū)的106樘外窗進行了氣密性水平實測，結果表明：

（1）平均冷風滲透量為23.04m3/(m2·h)，合格率僅為16.98%，大部分外窗達不到氣密性要求；

（2）木窗、鋼窗、鋁合金窗和塑鋼窗的氣密性水平逐漸提升，鋁合金和塑鋼窗的氣密性水平明顯優(yōu)于木窗和鋼窗；

（3）單玻與雙玻塑鋼窗的氣密性水平差別不大，但是三玻塑鋼窗的氣密性水平提升非常明顯，平開塑鋼窗的氣密性水平要比推拉窗提升明顯，有條件時應優(yōu)先安裝平開窗；

（4）老舊小區(qū)外窗的安裝應由具備資質(zhì)的施工單位統(tǒng)一改造。

大規(guī)模外窗氣密性水平的測試能夠定量分析嚴寒和寒冷地區(qū)既有建筑外窗的氣密性水平，指導外窗節(jié)能改造，同時也能為標準制定機構在今后制定我國外窗氣密性標準時提供基礎數(shù)據(jù)參考。由于現(xiàn)場檢測條件和時間限制，檢測數(shù)量還不夠多，外窗種類還不夠全面，下一步將加大抽檢數(shù)量并著手分析外窗氣密性水平與合理新風量的平衡以及對實際建筑供暖能耗的影響。

[1] 清華大學建筑節(jié)能研究中心.中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報告2015[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2015.

[2] Younes C, Shdid C A, Bitsuamlak G. Air infiltration through building envelopes: A review[J]. Journal of Building Physics, 2012,35(3):267-302.

[3] Ryynanen K. Air tightness of buildings in the Arctic Circle housing fair, Rovaniemi, Finland[J]. Aerospace/Defense Sensing, Simulation, and Controls, 2001,4360.

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[6] 季永明,端木琳,王宏彬,等.大連地區(qū)新建居住建筑氣密性實測[J].暖通空調(diào),2015,45(1):13-18.

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[12] 王夢偉,秦堃,龍恩深,等.圍護結構的氣密性對辦公建筑能耗影響的分析[J].制冷與空調(diào),2016,30(3):345-349.

Filed Test and Analysis for Air Tightness of Exterior Windows in Severe Cold and Cold Zones

Ma Xibin1Yan Yuzhuang1Xu Congqi1Fang Tianchi1Feng Guoyong1Zhang Bin2

( 1.32181 Unit, Xi’an, 710032; 2.Beijing Special Engineering and Design Institute, Beijing, 100028 )

To guide the energy-saving reconstruction of building exterior windows effectively, filed test and analysis for air tightness of exterior windows in severe cold and cold zones were undertaken. The results show that: the average air infiltration is 23.04m3/(m2·h) and the qualified rate is only 16.98%, Most of the windows can’t meet the requirement of air Tightness. The air tightness of aluminum alloy windows and plastic steel windows are better than the wood windows and steel windows evidently; The air tightness difference between the single glass-plastic steel windows and double glass-plastic steel windows is little and the air tightness of casement windows are better than sliding windows obviously.

Exterior Window; Air Tightness; Air Infiltration; Filed Test

TU834

A

1671-6612（2020）02-230-05

馬喜斌（1982.07-），男，博士，高工，E-mail：xibinma@163.com

2019-05-30