國(guó)內(nèi)被動(dòng)式建筑門(mén)窗洞口是如何密封的？

一、前  言

被動(dòng)式超低能耗建筑（被動(dòng)式建筑）是指充分利用自然環(huán)境和資源，將自然通風(fēng)、自然采光、太陽(yáng)能輻射和室內(nèi)非供暖熱源得熱等各種被動(dòng)式節(jié)能手段與建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫、隔熱節(jié)能技術(shù)相結(jié)合建造而成的建筑。常規(guī)的綠色建筑節(jié)能效果一般在 50%~75%，而被動(dòng)式建筑節(jié)能效果超過(guò) 90%，是未來(lái)建筑節(jié)能減排的重要途徑。

被動(dòng)式建筑具有高性能的外保溫、無(wú)熱橋設(shè)計(jì)、氣密性良好的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)等三大特征。它對(duì)外墻、屋面、地面及門(mén)窗組成的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性要求較高，其中墻體與門(mén)窗之間的節(jié)點(diǎn)過(guò)渡又是極其薄弱的部位，一直是建筑中的能耗大戶。據(jù)統(tǒng)計(jì)，通過(guò)過(guò)渡位置消耗的能耗約占整個(gè)建筑能耗的 40%。另外，建筑門(mén)窗周邊經(jīng)常因密封設(shè)計(jì)差導(dǎo)致室內(nèi)產(chǎn)生滲漏、霉變、結(jié)露等問(wèn)題，因此過(guò)渡位置的節(jié)能、防水是被動(dòng)式建筑中極受關(guān)注的重點(diǎn)。

針對(duì)門(mén)窗洞口防水、節(jié)能問(wèn)題，國(guó)外一般在墻體與門(mén)窗之間的節(jié)點(diǎn)過(guò)渡位置采用高效的防水密封系統(tǒng)，這種密封系統(tǒng)由防水隔汽膜和防水透汽膜兩種新材料組成（如圖1），顯著地提高了外窗的保溫氣密性，同時(shí)解決了窗戶節(jié)點(diǎn)的節(jié)能、防水問(wèn)題。與之相比，國(guó)內(nèi)以往對(duì)門(mén)窗節(jié)點(diǎn)過(guò)渡位置的防水密封性并不重視，傳統(tǒng)建筑采用的泡沫膠和防水耐候膠密封處理方法因材料易老化失效，并不能完全解決門(mén)窗位置滲漏和能耗問(wèn)題。

圖1 防水密封膜室內(nèi)外應(yīng)用

關(guān)于這種專用門(mén)窗洞口用防水密封膜材料，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)一家企業(yè)生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)被動(dòng)式建筑示范項(xiàng)目均直接采用國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品。而國(guó)內(nèi)建筑防水卷材主要用于墻體及屋頂防水，比如外墻或屋頂用防水透汽膜與隔汽膜。但是國(guó)內(nèi)防水卷材生產(chǎn)廠家有近100 家，存在嚴(yán)重的產(chǎn)品同質(zhì)化問(wèn)題，且國(guó)內(nèi)技術(shù)工藝水平較低，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。以往國(guó)內(nèi)防水卷材多采用編織打孔工藝，產(chǎn)品在強(qiáng)度、防水及耐久性方面與國(guó)外產(chǎn)品存在較明顯差距，近些年國(guó)內(nèi)防水卷材技術(shù)發(fā)展趨向于效仿國(guó)外無(wú)紡布層合工藝，但是因國(guó)內(nèi)民營(yíng)企業(yè)研發(fā)能力弱，復(fù)合技術(shù)及成型工藝不成熟，選用基材質(zhì)量較差等問(wèn)題，導(dǎo)致產(chǎn)品仍存在易剝離、透汽性差、易老化等問(wèn)題。因此，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)，目前宏觀形式上還是由德國(guó)、美國(guó)引領(lǐng)著高端防水材料的發(fā)展潮流。

過(guò)去國(guó)內(nèi)并無(wú)門(mén)窗洞口專用防水密封膜的概念，以往的綠色建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)中也從未提及此種材料。直到2009 年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中心與德國(guó)能源署在中國(guó)推廣被動(dòng)式建筑，這種防水密封膜新材料才開(kāi)始被引入到國(guó)內(nèi)。2015 年出版的河北省《被動(dòng)式低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱《河北標(biāo)準(zhǔn)》）中對(duì)此防水密封膜材料的性能指標(biāo)第一次予以規(guī)定，該標(biāo)準(zhǔn)也是國(guó)內(nèi)第一部關(guān)于被動(dòng)房的標(biāo)準(zhǔn)。但《河北標(biāo)準(zhǔn)》中只是純粹照搬德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，材料性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)完全采用德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，不利于國(guó)內(nèi)被動(dòng)式建筑及其配套新材料的發(fā)展。因此，2017 年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中心牽頭編制黑龍江省《被動(dòng)式低能耗居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱《黑龍江標(biāo)準(zhǔn)》），要求根據(jù)國(guó)內(nèi)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)不同地域氣候變化大等特點(diǎn)對(duì)新材料指標(biāo)重新規(guī)定，其中針對(duì)門(mén)窗洞口用防水密封膜材料的標(biāo)準(zhǔn)化，住建部委托中材科技南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院（以下簡(jiǎn)稱“南京玻纖院”）承擔(dān)相關(guān)工作。目前，《黑龍江標(biāo)準(zhǔn)》的報(bào)批稿已經(jīng)完成，有關(guān)防水密封膜的指標(biāo)設(shè)定值已被收錄于《被動(dòng)式低能耗建筑——嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑》國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集（16J008-8）中。

南京玻纖院在開(kāi)展防水密封膜標(biāo)準(zhǔn)化工作中主要包括兩項(xiàng)內(nèi)容：一是將德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)標(biāo)，篩選合適的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)用于防水密封膜性能檢測(cè)；二是采用對(duì)標(biāo)后確定的國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品進(jìn)行性能檢測(cè)和分析。為加深國(guó)內(nèi)對(duì)被動(dòng)式建筑門(mén)窗洞口用防水密封膜材料的了解，本文將對(duì)防水密封膜及其標(biāo)準(zhǔn)化研究進(jìn)行介紹。

二、門(mén)窗洞口用防水密封膜的結(jié)構(gòu)、功能及應(yīng)用研究

門(mén)窗洞口用防水隔汽膜與防水透汽膜均是三層夾芯結(jié)構(gòu)，由上下兩層無(wú)紡布和中間一層高分子功能膜復(fù)合而成。其中無(wú)紡布主要用于增強(qiáng)力學(xué)性能和保護(hù)高分子功能膜，高分子功能膜決定防水膜的隔汽性能與透汽性能。

防水隔汽膜的中間高分子功能膜采用高分子隔汽膜，表面致密無(wú)孔，具有防水和隔汽功能。防水透汽膜的中間高分子功能膜采用高分子透汽膜，其透汽機(jī)理可分為微孔透汽和分子擴(kuò)散透汽。微孔透汽的原理是高分子透汽膜表面上均勻分布大量的微孔，水蒸汽分子直徑為0.0004μm 左右，水分子直徑為100μm左右，兩者相差極大，當(dāng)高分子透汽膜表面微孔的直徑介于水蒸汽分子和水分子之間，則水蒸汽可以通過(guò)，而水分子因存在較大的表面張力而無(wú)法滲透，從而具有防水與透汽雙重功能。分子擴(kuò)散的透汽原理只適用于熱塑性聚氨酯（TPU）透汽膜，TPU 透汽膜表面致密無(wú)孔，因此具有良好的防水性能；而TPU 作為一種高分子共聚物，分子鏈由軟鏈段和硬鏈段組成，軟鏈段具有親水性，可吸附水蒸汽分子，在兩側(cè)壓力差的作用下，水蒸汽分子可沿著軟鏈段與硬鏈段間的空隙滲透，因此具備透汽性能。

由防水隔汽膜與防水透汽膜組成的門(mén)窗密封系統(tǒng)，如圖2 所示，防水隔汽膜用于室內(nèi)一側(cè)，既可以阻斷室外側(cè)水蒸汽向室內(nèi)滲透，保證室內(nèi)門(mén)窗周邊的防水、防潮和防霉，又可以隔斷室內(nèi)外空氣的相互滲透，避免由空氣滲透產(chǎn)生的熱交換，保證建筑氣密性，從而減少建筑能耗。防水透汽膜用于室外一側(cè)，既可以防止雨水向墻體的滲漏，保證建筑水密性，又可以利用自身透汽性能排出墻體內(nèi)的水蒸汽，從而避免墻體內(nèi)的保溫層被水汽潤(rùn)濕而失效，保障保溫節(jié)能效果。

圖2 應(yīng)用防水密封膜的被動(dòng)式建筑窗口部位結(jié)構(gòu)圖

三、防水密封膜檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)標(biāo)工作

門(mén)窗洞口用防水密封膜主要性能包括厚度、單位面積質(zhì)量、拉伸斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率、燃燒性能和透濕性能，通過(guò)對(duì)這些性能的德國(guó)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)以及國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比分析，最終以國(guó)內(nèi)建材行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)替代德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容見(jiàn)表1 所示。

表1 門(mén)窗洞口用防水膜檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)內(nèi)外對(duì)標(biāo)情況

四、國(guó)外防水密封膜檢測(cè)分析

采用對(duì)標(biāo)后的國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)國(guó)外兩家公司的防水密封膜進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)展開(kāi)分析，結(jié)果如下：

1、防水隔汽膜性能分析

國(guó)外兩家公司的防水隔汽膜的性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2所示。

表2 國(guó)外防水隔汽膜性能對(duì)比

由表2 可知，兩家公司的防水隔汽膜均具有較好的綜合性能。防水膜的厚度與單位面積質(zhì)量主要由兩層無(wú)紡布和中間高分子功能膜的尺寸規(guī)格共同決定。公司Ⅰ防水隔汽膜的厚度為0.503mm，略大于公司Ⅱ的0.474mm；兩者單位面積質(zhì)量基本相近。

防水膜的拉伸性能主要由無(wú)紡布決定，取決于無(wú)紡布的厚度、材質(zhì)、成型工藝等因素。公司Ⅰ防水隔汽膜縱向的拉伸斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率分別為807N/50mm和14.5%，比公司Ⅱ的735N/50mm 和12.0% 略高；公司Ⅰ防水隔汽膜橫向的拉伸斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率分別為149N/50mm 和121%，遠(yuǎn)高于公司Ⅱ的96.8N/50mm和56.8%，因此公司Ⅰ防水隔汽膜的拉伸性能較優(yōu)于公司Ⅱ。

防水膜的燃燒性能主要取決于無(wú)紡布和高分子功能膜的材質(zhì)。經(jīng)過(guò)測(cè)試表明，兩家公司的防水隔汽膜燃燒性能均不合格，這是因?yàn)閲?guó)外防水隔汽膜的無(wú)紡布和高分子膜不具備阻燃性能。而通常國(guó)外對(duì)防水隔汽膜的燃燒性能測(cè)試之所以合格是因?yàn)閲?guó)外的測(cè)試對(duì)象為防水密封膜應(yīng)用后的門(mén)窗整體系統(tǒng)，并不是直接對(duì)防水密封膜進(jìn)行燃燒測(cè)試。

防水膜的透汽性能主要由透汽機(jī)理和膜厚度決定，可由透濕率、濕阻因子和水蒸汽擴(kuò)散阻力值表征。透濕率（Wp）是指在單位水蒸汽壓力差作用下，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)試樣單位面積的水蒸汽的質(zhì)量，透濕率越高，膜的透汽性能越好。透濕率與試樣厚度的乘積為試樣的透濕系數(shù)（δp），而空氣的透濕系數(shù)（δa）除以試樣的透濕系數(shù)（δp）則表示試樣的濕阻因子（μ），濕阻因子代表了試樣的抗水蒸汽透過(guò)能力，即濕阻因子越大，膜的透汽性能則越差、隔汽性能越好。濕阻因子與厚度的乘積為試樣的水蒸汽擴(kuò)散阻力（Sd），表示試樣的水蒸汽擴(kuò)散等效空氣層厚度，Sd 值越小，膜的透汽性能越好，反之膜的隔汽性能則越好。

膜的透濕性能參數(shù)的計(jì)算關(guān)系如下：

國(guó)外公司Ⅰ防水隔汽膜的透濕率、濕阻因子和Sd值分別為6.4×10-9g/(m2·s·Pa)、7.8×104 和39.2m，而公司Ⅱ的防水隔汽膜的透濕率、濕阻因子和Sd 值分別為5.0×10-9g/(m2·s·Pa)、8.8×104 和41.7m，兩者相差不大，均具有良好的隔汽性能。

2、防水透汽膜性能對(duì)比分析

國(guó)外兩家公司的防水透汽膜的性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3所示。

表3 國(guó)外防水透汽膜性能對(duì)比

由表3 可知，公司Ⅰ防水透汽膜的厚度和單位面積質(zhì)量分別為0.574mm 和195.9g/m2，均高于公司Ⅱ的防水透汽膜，并且公司Ⅰ防水透汽膜的綜合拉伸性能要優(yōu)于公司Ⅱ，這可能是因?yàn)榍罢叩暮穸群蛦挝幻娣e質(zhì)量更高。同樣因?yàn)閮杉夜�司防水透汽膜所用材質(zhì)不具備阻燃性能，因此材料本身的燃燒性能不合格。公司Ⅰ防水透汽膜的透濕率、濕阻因子和Sd 值分別為4.0×10-8g/(m2·s·Pa)、1.1×104 和6.3m， 而公司Ⅱ防水透汽膜的透濕率、濕阻因子和Sd 值分別為6.5×10-7g/(m2·s·Pa)、8.4×102 和0.41，可以發(fā)現(xiàn)公司Ⅱ的防水透汽膜的透汽性能比公司Ⅰ高一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此公司Ⅱ的防水透汽膜的透汽性能更佳。

綜上所述，國(guó)外兩家公司的防水隔汽膜的拉伸性能和隔汽性能均較好，隔汽性能幾乎相近；公司Ⅱ的防水透汽膜的拉伸性能雖然略低于公司Ⅰ，但是前者的透濕性能卻更好，更符合應(yīng)用要求。

五、《黑龍江標(biāo)準(zhǔn)》防水密封膜性能指標(biāo)

根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果與分析，結(jié)合現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)被動(dòng)房發(fā)展的實(shí)際需求，為正在編制的《黑龍江標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)定了門(mén)窗洞口用防水密封膜材料主要性能指標(biāo)建議值，指標(biāo)內(nèi)容見(jiàn)表4 所示，目前已被收錄于《被動(dòng)式低能耗建筑——嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑》國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集（16J008-8）中。

表4 國(guó)內(nèi)被動(dòng)式建筑門(mén)窗洞口用防水密封膜材料的應(yīng)用指標(biāo)

六、未來(lái)展望

從宏觀形勢(shì)上看，未來(lái)幾年將是中國(guó)被動(dòng)式建筑高速發(fā)展的黃金時(shí)期，門(mén)窗洞口用防水密封膜等新材料的市場(chǎng)需求將越來(lái)越大，具有廣闊的應(yīng)用前景。

從材料研發(fā)及應(yīng)用上來(lái)看，我國(guó)具有地域廣、氣候差別大的特點(diǎn)，比起德國(guó)因氣候單一而使防水密封膜具有較大的適用性。我國(guó)門(mén)窗洞口用防水密封膜的開(kāi)發(fā)應(yīng)根據(jù)不同應(yīng)用區(qū)域的氣候特點(diǎn)，選擇不同材料來(lái)滿足多種要求，比如采用玻纖布取代高分子無(wú)紡布，將使防水膜的耐堿性能和阻燃性能得到極大地提高；比如采用數(shù)值模擬分析手段設(shè)計(jì)不同氣候區(qū)的上墻施工工藝。

從標(biāo)準(zhǔn)化方面來(lái)看，目前《黑龍江標(biāo)準(zhǔn)》中只是對(duì)防水密封膜的厚度、單位面積質(zhì)量、拉伸性能和透濕性能等予以規(guī)定，而這種防水膜材料的耐老化、延展性、剝離強(qiáng)度、防水等性能也很重要，因此未來(lái)還需要不斷地予以補(bǔ)充優(yōu)化。另外，隨著被動(dòng)式建筑不斷發(fā)展，一旦時(shí)機(jī)成熟，必將很快就會(huì)開(kāi)展被動(dòng)式建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的編制工作。

七、結(jié)   論

被動(dòng)式建筑門(mén)窗洞口用防水密封系統(tǒng)主要由防水隔汽膜與防水透汽膜組成。防水隔汽膜用于室內(nèi)一側(cè)，防水透汽膜用于室外一側(cè)，可以完全保證門(mén)窗周邊的防水、防潮和防霉，并保障墻體內(nèi)保溫層的干燥，避免被水汽潤(rùn)濕而失效，從而起到良好的保溫節(jié)能效果。

國(guó)外兩家公司的防水密封膜的拉伸性能、透汽性能和隔汽性能各有優(yōu)劣，并以國(guó)外產(chǎn)品的綜合性能檢測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ)，制定了黑龍江標(biāo)準(zhǔn)性能指標(biāo)建議值，詳細(xì)指標(biāo)為：防水隔汽膜的縱向拉伸性能為：拉伸斷裂強(qiáng)力≥ 500N/50mm，斷裂伸長(zhǎng)率≥ 10%；橫向拉伸性能為：拉伸斷裂強(qiáng)力≥ 80N/50mm，斷裂伸長(zhǎng)率≥ 50%。防水透汽膜的縱向拉伸性能為：拉伸斷裂強(qiáng)力≥ 450N/50mm，斷裂伸長(zhǎng)率≥ 10%；橫向拉伸性能為： 拉伸斷裂強(qiáng)力≥ 60N/50mm， 斷裂伸長(zhǎng)率≥ 60%。防水隔汽膜的透濕性能為：透濕率≤ 9×10-9g/(m2·s·Pa)，Sd 值≥ 30；防水透汽膜的透濕性能為透濕率：≥ 4.0×10-7g/(m2·s·Pa)，Sd 值≤ 0.5。

原標(biāo)題：技術(shù)丨國(guó)內(nèi)被動(dòng)式建筑門(mén)窗洞口都是怎么密封的？

(本文來(lái)源： 綠圈網(wǎng) 文徑網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心：劉真 尹維維 編輯 方俊 文徑 審核)

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