门窗水密性能刍议

门窗水密性能刍议李庆东关键词：建筑外窗水密性能概述：建筑外窗是安装在建筑物上有一面朝向室外的窗。外窗的水密性能是门窗的三大性能之一，是门窗性能指标中最重要的一项指标。水密性能是指关闭着的门窗在风雨同时作用下阻止雨水渗漏的能力。随着生活水平的提高和生活环境的改善，人们对居住环境的舒适性、功能性、智能性的要求越来越高，居室的装饰也越来越时尚。如果外窗的水密性能不佳，在遇到刮风下雨的天气时，雨水会借助风力通过窗向室内渗漏，甚至水流成柱，造成窗台装饰板受潮，变形变色，给用户带来了不小的麻烦，相反，如果门窗的水密性能很好，当门窗关闭时，即使外面有瓢泼大雨，室内也不会受到影响，给用户留下的是一种避风港式的温馨感觉。检测门窗水密性能采用的标准是《建筑外窗雨水渗漏性能分级及检测方法》，代号为GB/T7108-2002。该标准详细规定了对检测设备的要求、性能检测的方法以及水密性能的分级指标。检测设备模拟外窗在风雨天气中所处的真实状态，采用供压系统、控压系统以及测压系统对门窗两侧的压力差值进行计量，用来确定严重渗漏时的压力差值，最后确定门窗的水密性能等级。在门窗水密试验中，标准规定的是正压检测，即门窗外表面的承受的压力大于门窗内表面承受的压力，还未有负压检测的项目。而现实中，建筑外窗的受压是很复杂的。对于内开窗，门窗负压水密性能要好于正压水密性能。分级指标值用△P表示，是指门窗严重渗漏（雨水从窗外持续或反复渗入窗内侧，喷溅或溢出试件界面）压力差的前一级压力差。根据△P的取值确定外窗的水密性能等级，具体分级表如下表一所示：表一建筑外窗水密性能分级表（GB/T7108—2002，单位：Pa）分级12345××××分级指标ΔP100≤ΔP150150≤ΔP250250≤ΔP350350≤ΔP500500≤ΔP700ΔP≥700注：××××表示用≥700Pa具体值取代分级代号。外窗水密性能检测的方法分为稳定加压法和波动加压法。定级检测和工程所在地为非热带风暴和台风地区时，采用稳定加压法；如果工程所在地为热带风暴和台风地区时，性能检测采用波动加压法。稳定加压法采用逐级加压，压力无反复，先对安装好的门窗试件预备加压，看有无严重漏风的地方，如果正常，在常压下淋水10分钟后，进行加压淋水，淋水量为2L/(m2·min)，加压时间间隔5分钟，直至出现严重渗漏，当工程检测时，加压检测至设计标准值。二、门窗水密性能理论及试验分析如何提高门窗的水密性能，首先要从理论上分析水密原理，再通过试验加以证实，找出影响外窗水密性能的因素及水密参数，然后提出提高门窗水密性能的方法。众所周知，处在液体中不同深度的物体其表面承受的压强是不同的，越深的物体，表面受到的压强越大。从理论上讲，假设门窗水密性能只由框内积水高度决定，那么，积水高度越大，水密性能越好。由换算关系计算得知，1MMH2O=9.8Pa，得到水密性能P与框内积水槽高度h的理论曲线，斜率为9.8的一条直线，如下图1所示，图1水密性能理论曲线通过计算可知，不同等级对应的理论积水槽高度的最小值为下表二所示。表二不同等级对应的理论积水槽高度的最小值表水密性能P（Pa）100150250350500700积水槽最小高度h（mm）10.215.325.535.75171.4目前，国内的窗型从开启形式上分主要有两大类型：平开窗与推拉窗。平开窗又分为内平开窗和外平开窗。平开窗的密封形式为搭接式胶条密封，有两密封和三密封之分。平开窗的水密性能与胶条质量及门窗制作安装质量有很大关系。推拉窗采用毛条密封，是一个开放式的结构，有双轨和三轨两种形式。推拉窗的水密性能与框的滑轨高度有关。上述的窗型中，以外平开窗的水密性能最佳。下面对常见窗型的水密性能作简要分析。1、外平开窗外平开窗的开启是朝向室外一侧方向，窗扇在窗框的外侧。在受到正压的情况下，窗室外表面空气压力P大于室内表面空气压力P0，即PP0，窗扇向窗框一侧施压，使密封间隙变小，密封胶条受压变形，从而使窗的气密性能提高，随着正压P的加大，气密性能越来越好，使得雨水渗入室内一侧的可能性越来越小。如下图2所示：图2双密封外开窗2、两密封内平开窗如图3所示，内平开窗开了排水槽及气压平衡孔以后，两道密封中间的五金件安装腔与室外的空气相通，在进行水密性能试验时，在常压条件下也会有少量的水通过框扇间的密封胶条的缝隙渗漏到五金件安装腔内，由于排水槽和气压平衡孔的作用，水很快会从排水槽中排出，所以常压情况下水一般不会流到室内；当试验加压时，平开五金件以及型材自身受力变形，开启扇在室外压力P的作用下产生远离窗框的趋势，使得框扇密封间隙变大，密封胶条的压紧力变松，使得水流向五金件安装腔的可能性增大。图3双密封内平开窗在排水槽和气压平衡孔的作用下，如果外窗室内侧的密封情况良好，五金件安装腔压力P1与窗室外侧压力P相等，流向五金件安装腔的雨水会使压力P1增加，在压力差的作用下雨水会通过排水槽流到室外；如果窗室内侧的密封情况不好，使五金件安装腔内的压力与室外侧压力达不到平衡，这时PP1P0，雨水就会在室外侧压力的作用下流到五金件安装腔而不能及时排出，水位慢慢升高，如果这时室内侧的密封效果承受不了五金件安装腔内的水压，雨水便会渗漏到室内，造成水密性能失效。可见，影响内平开窗水密性能的因素包括五金件强度、型材自身的机械强度以及密封胶条的质量等等。3、三密封内平开窗为了进一步平开窗的水密性和气密性，近年来出现了三密封窗，在原来两密封的基础上，中间再增加一道密封，使内平开窗的水密性能大大改善，三密封的结构形式很多，典型的三密封窗，如图4所示。图4三密封内平开窗由图4可以看出，三密封将窗的断面分成两个密闭的腔室，水密腔室和气密腔室。在提高水密性能上，中间密封起着至关重要的作用。在框的上部打气压平衡孔，保证水密腔室与外界大气相通，在扇的型材断面设计上，要保证顺扇外表面流下的雨水全部落在水密腔室内，使水通过排水槽顺利排到室外。中间密封胶条必须保证将水密腔室和气密腔室完全分开，使P=P1，P2=P0，这样无论是在常压试验还是加压试验，都要保证不使雨水进入气密腔室。4、窗扇窗扇是窗的主要部件，是窗的主体，对提高外窗的水密性能至关重要。在整个窗体中玻璃的面积最大，约占整窗面积的70%，与雨水接触的面积也最大。除大部分雨水会向下流出扇体之外，仍有少量的雨水会顺着玻璃表面向下渗过密封胶条流到玻璃镶嵌槽内，如果雨水不能及时排出，水位不断升高，达到一定量时，雨水会通过玻璃压条角部的缝隙流到室内。影响窗扇水密性能的因素有扇上共挤胶条的质量，扇积水槽的高度，玻璃压条的强度等等。另外，玻璃压条的安装也很重要，角部位置的缝隙越小，则玻璃压条与玻璃镶嵌槽形成的密闭腔体的保压能力越大，承受的风压越大，相反，如果角部缝隙很大或者玻璃压条的共挤胶条强度不高，雨水就会顺着角部缝隙或者玻璃压条的胶条上方渗漏到室内一侧。提高窗扇的水密性，除在扇的下横开排水孔外，根据压力平衡原理，在扇的上横也必须开气压平衡孔，使流到玻璃镶嵌槽内的雨水能够顺利地流到室外，另外，玻璃用密封胶条，其材质必须达到国家标准规定的物理性能指标GB1200289（《塑料门窗用密封条》）；密封胶条的断面形状应符合设计者的尺寸要求；胶条对玻璃的压紧程度也至关重要，应以偏紧为宜。5、推拉窗推拉窗是一个开放式结构，所谓开放式是指由于推拉框扇的结构限制，不能在框扇之间形成一个空气密闭的腔体。如下图5所示，图5三轨推拉窗在这种情况下，推拉窗的水密性能和推拉框框轨的高度有着直接的关系，推拉窗的水密性能遵循图一水密性能理论曲线的规律。另外，按照制作工艺的要求，推拉窗框的下横外侧轨道两端各开一个Ф5×30的排水槽（中间推拉轨道不开排水槽），这对推拉窗的水密性能也有一定的影响。现以80推拉窗为例，通过实验对推拉窗水密性能进行研究。试验条件如下，淋水量2L/m2·min，滑轨高度23mm，排水孔距框内槽上表面5mm。表三加压淋水时间测试加压（Pa）持续时间（s）0600100300150300200300250300300160在进行水密性能试验时观察，在常压状态下，室内侧的滑轨槽内存少量水，而水的来源是室外侧滑轨槽内的水通过防风块流进的。当试验压力P升高时，通向室内侧的排水孔就会出现冒水泡的现象，随着时间的增加，室内侧滑轨槽内的水开始增多，达到一定高度后，冒水泡现象停止，水位继续上升。当压力P再一次升高时，又会重复上一次生压时的现象。当压力P升高到200Pa时，防风块处开始冒泡；当压力生至250Pa时，滑轨槽内的水基本与滑轨持平，排水槽处位置开始向纱扇轨槽内漏水，当压力到300Pa时，160秒左右，水开始向室内严重渗漏，说明水密性达不到300帕，水密性能以250Pa分级，加压过程如表三所示。试验的过程说明了什么呢？根据压力平衡原理可知，当室外侧的试验压力P升高时，即与室内形成压力差，PP0，室外较高的压力造成滑轨槽内的水位不能向室外侧排出，而且部分水还通过排水孔流向室内侧。当室内侧滑轨槽内水位到一定程度时，达到室内室外压力平衡。这时通过防风块流到滑轨槽内的水使水位继续升高，这时H高的水压加上P0大于P，在压力差的作用下，水开始流向室外。如下图6所示：图6框排水槽水密性能示意图为了验证水密性能曲线，我们还做了几个试验，把纱扇轨的高度调高到不同的高度，看对水密性能有何影响，下面是一些试验摘录：⑴纱扇轨总高为28mm，当室外压力P为350Pa时，严重渗漏，按300帕分级；（2）纱扇轨总高为37mm，当室外压力P为400Pa时，严重渗漏，按350Pa分级；（3）纱扇轨总高40mm，当压力为400帕时严重渗漏，按350Pa分级；（4）纱扇轨总高55mm，当压力为500Pa时严重渗漏，按400Pa分级，（5）纱扇轨总高63mm，当压力为600Pa时严重渗漏，按500Pa分级。当压力差值增大时，产生的气泡喷溅到室内造成水密性能失效。对这些试验数据进行整理，可得到表格如表四所示：表四试验数据表格纱扇轨总高（mm）212837405563水密分级（Pa）250300350350400500以（0，100）为原点，以纱扇轨总高h（mm）为x轴，以水密性能分级值P（Pa）为y坐标，绘制曲线如下图7所示，图7水密性能试验数据曲线由试验曲线及数据值可得，纱扇轨总高度在37mm以下时，曲线基本符合理论曲线的走向，曲线斜率角度为82度；当压力差之超过350Pa时，由于气泡的产生影响了推拉窗水密性能，而且压力差值越大，气泡对水密性能的影响越大。如何提高推拉窗的水密性能？笔者认为，应该从两个方面入手，一是根据水密性能要求确定滑轨的高度，再就是采取方法抑制气泡产生。由于推拉窗这种毛条密封的结构，推拉窗的气密性能很难得到保障，从而使水密性能受到影响，而气泡的产生正是由于门窗缝隙两侧有压力差。气流由高压向低压流动形成风，从而带动水流产生大量的气泡。如果消除了气泡的产生，那么设计任意水密性能的门窗就会实现。产生气泡的部位有两个，一个是排水孔处，一个是扇与扇搭接部位的下端。根据通风器原理，我们可以在排水孔内侧设计一个压力平衡器，当室外压力大于室内压力时，平衡器关闭，当滑轨槽内水位压力大于室外压力时，平衡器开启，水流向室外，这样既可避免排水孔处气泡的产生也不影响排水槽的排水。对于扇搭接部位气泡的抑制，我们需要开发新型的防风块。以上是笔者在长期的门窗水密性能试验后总结的一点儿心得体会，有不妥之处还望专家批评指正。