建筑門窗氣密性能是指處于關(guān)閉狀態(tài)的建筑外窗在室外壓差作用下，阻止空氣滲透進(jìn)入室內(nèi)的能力，以在10Pa壓力差作用下的單位可開啟縫長度的空氣滲透量或單位面積空氣滲透量進(jìn)行評價(jià)。通風(fēng)換氣是建筑門窗的主要功能之一，窗本身一般具有開啟扇，打開時(shí)進(jìn)行室內(nèi)外空氣對流，但在關(guān)閉時(shí)的開啟縫隙不是絕對密閉的，另外型材的拼接縫隙、玻璃鑲嵌縫隙都會產(chǎn)生滲漏。在北方寒冷地區(qū)，冬季室內(nèi)外溫差較大，當(dāng)室外刮風(fēng)時(shí)形成壓力差，冷空氣通過縫隙進(jìn)入室內(nèi)，造成室溫劇烈波動(dòng)，影響室內(nèi)環(huán)境并消耗大量熱能，這種現(xiàn)象我們稱之為“冷風(fēng)滲透”；在南方炎熱地區(qū)，夏季多采用空調(diào)制冷，空氣流動(dòng)產(chǎn)生的熱風(fēng)通過縫隙進(jìn)入室內(nèi)，導(dǎo)致制冷能耗增加。但無論在寒冷地區(qū)還是炎熱地區(qū)，如果室內(nèi)外溫度相同或溫差很小，此時(shí)由于空氣滲透導(dǎo)致的能耗可以忽略不計(jì)；當(dāng)室內(nèi)外溫差很大時(shí)建筑門窗的氣密性能對空調(diào)負(fù)荷和室溫的穩(wěn)定有顯著影響，當(dāng)居室的空氣換氣次數(shù)由每小時(shí)0.5次增至1.5次時(shí)，設(shè)計(jì)日冷負(fù)荷大約增加41%，運(yùn)行負(fù)荷增加27%[1]。因此產(chǎn)生空氣滲透導(dǎo)致能耗增加的原因可以歸納為縫隙、壓力、溫差三大要素。然而并非氣密性能越高越好，至少應(yīng)保證一定的換氣量，否則將導(dǎo)致室內(nèi)空氣渾濁，影響工作效率，危害身體健康。另外從阻止沙塵進(jìn)入，保持室內(nèi)清潔的角度，同樣要求氣密性能越高越好。
目前我國的檢測及分級標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)分別規(guī)定了外窗產(chǎn)品的氣密性能等級標(biāo)準(zhǔn)，但是從建筑節(jié)能的角度，現(xiàn)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對各地區(qū)住宅建筑外窗的氣密性能提出了更高要求[2]：
6層以下：2.5m3/hm（7.5m3/hm2）
7層以上：1.5m3/hm（4.5m3/hm2）
通常認(rèn)為建筑節(jié)能主要是外窗的保溫性能，其含義是指正常關(guān)閉著的門窗兩側(cè)空氣存在溫差的條件下，外窗阻抗從高溫一側(cè)向低溫一側(cè)傳熱的能力。建筑門窗是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中保溫性能最薄弱的部位，其長期使用能耗可以占到整個(gè)建筑長期使用能耗的50%以上。因此提高建筑外窗的保溫性能對降低建筑物長期使用能耗具有重大意義，我國制訂了相關(guān)的政策法規(guī)保證節(jié)能工作的貫徹實(shí)施。新的《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ26-95要求在80住宅能耗基礎(chǔ)上節(jié)能50%，因此對建筑門窗的保溫性能提出了更高的要求。但是傳熱性能和氣密性能的高低在節(jié)能設(shè)計(jì)中各自會占到多大的比例呢，以下舉例分析。
對保溫性能來說，外窗的傳熱量采用如下的計(jì)算公式：
Q=K（ti-to）
式中Q—傳熱量W/m2h
K—傳熱系數(shù)W/m2h℃
ti—室內(nèi)空氣溫度，按照采暖期室外溫度平均值
to—室外空氣溫度，采暖地區(qū)取18℃
其中K值稱為傳熱系數(shù)，表征了外窗傳熱量的大小。
對于氣密性能來說，由于空氣滲透產(chǎn)生的熱量損失顯然與空氣量有關(guān)，按照相關(guān)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，從居室舒適及健康環(huán)境的角度要求，對建筑的空氣質(zhì)量換氣量的規(guī)定為：
在采暖建筑中，空氣滲透量所占的比重往往高達(dá)30%—40%，這部分能耗主要是由于外門窗氣密性不良所引起的，同時(shí)管線出入口、煙囪、風(fēng)道以及一些結(jié)構(gòu)接縫也是空氣滲透的通道，因此冷空氣滲透產(chǎn)生的熱量損失的計(jì)算非常復(fù)雜，涉及到對流傳遞的熱量及流體與外窗型材表面接觸時(shí)的換熱，因此實(shí)際上是對流換熱過程，影響因素包括流速流態(tài)、流體的物理性質(zhì)、縫隙的幾何形狀等，計(jì)算對流產(chǎn)生的換熱量為：
Q=Cpm（ti-to）[4]
式中Q—對流換熱量W/m2h
Cp—換熱系數(shù)kJ/kg℃，常壓下干空氣近似取1.0
m—單位面積氣體流量kg/m2h，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下20℃時(shí)取空氣密度1.2045kg/m3（-50℃時(shí)為1.5340，40℃時(shí)為1.1267）
ti—室內(nèi)空氣溫度，按照采暖期室外溫度平均值
to—室外空氣溫度，采暖地區(qū)取18℃
忽略交換損失的熱量，近似計(jì)算在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下由于外窗空氣滲透產(chǎn)生的熱量損失如表2（W/m2）：
部分民用建筑主要房間最小新風(fēng)量的參考標(biāo)準(zhǔn)（m2/h人）[3] 表1
房間類型 新風(fēng)量 參考標(biāo)準(zhǔn)
旅游旅館、飯店 客房 3-5星級 ≥30 GB9963-1996
2星級以下 ≥20
餐廳、宴會廳、多功能廳 3-5星級 ≥30
2星級以下 ≥20
會議室、辦公室、接待室 3-5星級 ≥50
2星級以下 ≥20
辦公樓 辦公室（無煙） 高級 35-50 室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
一般 20-30
會議室（無煙） 30-50
中、小學(xué) 教室 小學(xué) ≥11 GB17226-1998
初中 ≥14
高中 ≥17
民用建筑 居住建筑 — ≥37.5 JGJ75-2003
表2
氣密等級要求 單位面積氣體流量m（kg/m2h） 單位溫差熱損失（W/m2℃） 不同室內(nèi)外溫差℃（ti-to）時(shí)的熱損失（W/m2）
10 20 30 40
0.5m3/hm等級（1.5m3/hm2） 1.8 0.5 5.0 10.0 15.0 20.0
1.5m3/hm等級（4.5m3/hm2） 5.4 1.5 15.0 30.0 45.0 60.0
2.5m3/hm等級（7.5m3/hm2） 9.0 2.5 25.0 50.0 75.0 100.0
4.0m3/hm等級（12.0m3/hm2） 14.4 4.0 40.0 80.0 120.0 160.0
通過比較可以看出，在單位溫差下由于空氣滲透產(chǎn)生的熱量近似相當(dāng)于按照單位縫隙長度滲透量的數(shù)值，例如氣密性能為3.5m3/hm的外窗因氣密損失的熱量相當(dāng)于傳熱系數(shù)為3.5W/m2h的外窗因傳熱損失的熱量。
不同材料門窗氣密、保溫性能檢測結(jié)果 表3
材料 氣密檢測結(jié)果m3/hm 傳熱系數(shù)K檢測結(jié)果W/m2.k
推拉窗 平開窗
PVC塑料窗 1.5-3.0 0.1-1.5 2.2-3.1
鋁合金窗 1.5-3.5 0.1-1.5 3.9-4.5
鋁合金型材斷熱窗 1.5-3.5 0.1-1.5 3.0-3.4
玻璃鋼窗 3.5-6.0 3.5-6.0 2.7-4.0
彩板鋼窗 1.5-3.5 1.5-3.5 3.1-4.4
因此在門窗中氣密損失的熱量與熱傳遞產(chǎn)生的熱量損失與氣密、傳熱系數(shù)的數(shù)值相關(guān)，從檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)可以看出，推拉窗由于氣密損失的熱量可以超過熱傳遞產(chǎn)生的熱量，平開窗也可以占很大的比例，那么是否按照節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的建筑就可以滿足使用要求呢？實(shí)際并不是這樣，由于建筑門窗特殊性，在上墻安裝之前不是最終的產(chǎn)品，所以不能進(jìn)行動(dòng)風(fēng)壓性能檢測.因此各地的檢測部門采用兩種方法:一是將已經(jīng)完成的窗拆下來送到實(shí)驗(yàn)室檢測，二是要求門窗生產(chǎn)廠家按照與工程完全一致的再加工樣窗送檢。這兩種方法均為實(shí)驗(yàn)室檢測，與實(shí)際工程有較大差異。前一種方法明顯不可取，拆裝過程會對質(zhì)量造成較大的影響；后者很難保證樣品與工程產(chǎn)品的一致。針對工程檢測美國材料與試驗(yàn)協(xié)會（American Society for Testing and Materials）在標(biāo)準(zhǔn)ASTM1105、ASTM783分別規(guī)定了工程現(xiàn)場的氣密、水密性能檢測方法，根據(jù)國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心使用相同原理的設(shè)備對部分工程檢測的結(jié)果，以部分工程的鋁合金窗氣密性能檢測結(jié)果為例[5]
序號 產(chǎn) 品 氣 密m3/hm 水 密Pa 結(jié) 論
1 60系列鋁合金斷熱內(nèi)平開 0.37 100 GB8479-2003水密不合格
2 50系列鋁合金平開窗 0.5 50 GB8479-2003水密不合格
3 70鋁合金推拉窗 37 50 GB8479-2003氣密不合格
4 70鋁合金推拉窗 10 100 GB8479-2003氣密不合格
對平開窗來說，基本符合設(shè)計(jì)要求，而對推拉窗來說，卻會出現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離設(shè)計(jì)要求的現(xiàn)象，實(shí)際使用中的熱量損失是正常結(jié)果的幾倍甚至十幾倍，因此在建設(shè)部即將發(fā)布的最新關(guān)于推廣應(yīng)用新技術(shù)和限制、禁止使用落后技術(shù)第1號公告中推薦優(yōu)先采用平開窗。
通過以上比較可以得到以下結(jié)論：
1、建筑外窗的空氣滲透導(dǎo)致的熱量損失與熱傳導(dǎo)產(chǎn)生的熱量損失相比，不可忽視，實(shí)際工程可以占到100%以上，尤其是推拉窗，甚至可以達(dá)到數(shù)倍，因此提高氣密性能同樣是保證節(jié)能建筑技術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵因素。
2、氣密性能決定了居室建筑的換氣數(shù)量，因此過高的氣密性能將導(dǎo)致室內(nèi)空氣質(zhì)量嚴(yán)重下降，危害人的身體健康。顯然通風(fēng)換氣與節(jié)能是矛盾的。因此可控的換氣是非常必要的，比如窗式通風(fēng)器的采用，應(yīng)特別提倡使用可以進(jìn)行熱交換的通風(fēng)器，這樣既可以保證室內(nèi)空氣質(zhì)量，又可以減少熱量損失，提高節(jié)能效果。
3、影響氣密性能的因素除設(shè)計(jì)加工外，安裝質(zhì)量往往導(dǎo)致氣密性能嚴(yán)重下降，這樣才能解釋為什么在實(shí)驗(yàn)室檢測很好的窗安裝到工程上會如此差。推薦采用使用安裝附框的柔性安裝，不僅可以解決安裝質(zhì)量對氣密性能的影響，而且可以提高水密性能。對提高節(jié)能水平保證產(chǎn)品質(zhì)量是非常重要的。
[1]GB50176-93民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范“條文說明”
[2]GB50176-93民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范
[3]JGJ75-2003夏熱冬冷地區(qū)居住建筑建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
[4]《傳熱學(xué)》中國建筑出版社
[5]中國建筑金屬結(jié)構(gòu)2003第8期《建筑門窗工程質(zhì)量急待提高》
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