玻璃钢门窗与幕墙系统

周明云 史 超 周佩杰

“绿色改变中国，低碳保护地球”和 “建立节约型社会”就是要节约能源和不可再生资源消耗，减少废弃物和污染物排放。而建筑直接耗能占全社会耗能的46%-50%，其中门窗幕墙的能源损失又占到建筑能耗的50%，这样近四分之一能耗就由于门窗幕墙而被消耗掉，所以减少门窗幕墙的能源损失是当前建筑节能的主要途径之一。而构成门窗幕墙的材料能否节能、能否再生、是否匮乏、生产过程中是否污染环境则是建筑节能减排的关键所在，而采用玻璃钢材料制造的门窗幕墙系统则是建筑节能减排的首选。

一、建筑门窗幕墙节能

2008年10月1 日国务院颁布实施的 《民用建筑节能条例》，将建筑节能提高到了一个新高度。2008年12月29日住房和城乡建设部、国家发展和改革委员会、国家财政部、国务院法制办公室四部门联合下发 “关于贯彻实施 《民用建筑节能条例》的通知”，要求各地建设主管部门抓紧制定配套政策措施，形成优于国家标准的地方民用建筑节能标准，认真做好 《民用建筑节能条例》的贯彻落实工作。各地纷纷制定了相应的节能规定，对门窗幕墙传热系数提出不同要求，北京从2.8W/(m2·K) 到 2.5W/(m2·K)， 直至最低的为 1.9W/(m2·K)，甚至更低，并开始实行 《建筑门窗幕墙节能性能标识》。为此门窗幕墙节能减排势在必行。

建筑热工设计将我国不同地区分为五个典型地区，而门窗幕墙的设计基本功能要符合不同气候典型地区对建筑的基本要求。

1.环境对门窗幕墙的功能与作用的基本要求

2.典型地区对建筑的基本要求

3.门窗幕墙的隔热与保温

门窗幕墙不仅是人们常说的所谓建筑的 “眼睛”，更是建筑的 “五官”、 “衣服”， 建筑的灵魂，它同时承担着沟通与隔绝室内外这两方面互相矛盾的任务：

采光、日照——遮阳、防晒

通风、换气——防风雨、尘、虫

视野、观景——屏蔽视线、隔绝噪声

保温 （冬季）——隔热 （夏季）

门窗幕墙的冬季保温和夏季隔热性能是不同的。保温是指门窗幕墙阻止室内的远红外长波辐射热向室外传递的能力，以门窗幕墙的传热系数为指标；隔热则主要是门窗幕墙阻隔室外太阳的短波辐射进入室内的能力，以窗玻璃的遮阳系数为指标。门窗幕墙的节能就是要实现隔热与保温，并在门窗幕墙系统设计上充分解决好上述矛盾，满足不同典型地区建筑对门窗幕墙的不同功能性要求。

二、建筑门窗幕墙的节能控制

建筑门窗幕墙的保温隔热性能直接影响到建筑能耗的大小，而造成门窗幕墙的热损失主要有（见图）：

1.门窗幕墙用玻璃的热幅射进行的热传导

门窗幕墙玻璃一般占门窗幕墙的70%-80%，对门窗幕墙的节能起主导作用，玻璃的节能主要是通过玻璃的热工性能，玻璃层数，玻璃中间的隔离层、隔离层的介质、隔离层间隔框的材质、隔离层间隔框的密封等因素来实现。

2.门窗幕墙框材料的热幅射进行的热传导

门窗幕墙框一般占门窗幕墙的20%-30%，对门窗幕墙的节能起重要作用，门窗幕墙框的节能主要决定门窗幕墙框材料的导热系数和门窗幕墙框的腔体构成而形成多道保温隔热层。

3.门窗幕墙框扇与玻璃之间的各种渗透随之带来的热量交换及渗漏造成的热损失

门窗幕墙框与玻璃之间缝隙的密封和多腔体实现，是防止各种渗透的能力，降低门窗幕墙的线传热系数 （门窗幕墙边缘与框的组合传热效应所产生附加传热量的参数），减少热量交换的途径，而门窗幕墙型材特别是中竖梃型材的强度导致的变形是控制的重点。

4.门窗幕墙框与窗扇之间形成空气渗透随之带来的热量交换及渗漏造成的热损失

门窗幕墙扇实现了门窗幕墙的出入和通风，但门窗幕墙扇与门窗幕墙框的密封是节能控制的最关键点，既要保证扇的开启灵活，又要保证关闭后密封，采取的措施是室外和室内侧的双道密封、框扇之间开启腔体通过等压胶条密封形成双腔，来提高窗的保温隔热性能和气密性，而门窗幕墙型材特别是中竖梃和扇梃型材的强度导致的变形必须严加控制。

5.门窗幕墙框与墙体之间缝隙形成空气渗透随之带来的热量交换及渗漏造成的热损失

门窗幕墙框与墙体之间的安装方式和牢固程度，门窗幕墙材料与墙体材料的线膨胀系数一致性，门窗幕墙框与墙体之间的密封材料的保温性能和耐候性能以及粘接能力和抗变形能力，附框保温能力是解决墙体与窗框之间缝隙的关键，也是提高门窗幕墙与建筑结合部位节能的关键。

三、玻璃钢门窗幕墙的节能机理和功能性

继木窗、钢窗而发展的铝窗和塑窗，由于铝窗的金属导热性好，保温性能差，而塑窗强度和耐候性能差的弱点，不能够满足现在节能和使用寿命的需要，为此用隔热铝合金窗和铝塑复合窗等来实现节能，但由于使用的是两种不同材料经机械复合，这样复合强度又不能适应建筑对门窗幕墙的需要，为此新型的玻璃纤维增强塑料（FRP）门窗幕墙 （简称玻璃钢门窗幕墙）应运而生。

玻璃纤维增强塑料，是一种新型复合材料，它是基体树脂和增强纤维构成的类似于钢筋混凝土的一种复合结构体，由于树脂和纤维在性能上的 “优势互补”，使其具有轻质、高强、防腐、绝缘、保温、隔声等优良物理化学性能，在航空、航天的喷气式飞机上的油箱和管道、宇航员们背着的微型氧气瓶、导弹和地面雷达站的雷达罩等尖端领域；在化工行业采用酚醛树脂代替不锈钢做各种耐腐蚀设备；在体育方面自从有撑竿跳高这项运动以来，运动员使用木制撑竿创造的最高纪录是3.05米，后来使用了竹竿提高到了4.77米，但自从新的玻璃钢撑竿出现以后，撑杆跳高纪录已经超过了6米大关；还在浇注制品、木器涂层、卫生洁具和工艺品等很多方面得到广泛应用，在建筑、化工防腐、交通运输、造船工业、电气工业材料、娱乐工具、工艺雕塑、文体用品、宇航工具等各行各业中发挥了应有的效用，它更是一种理想的新型建筑材料，更可在玻璃钢门窗幕墙上广泛应用。

玻璃钢门窗幕墙是以玻璃纤维及其制品为增强材料，以不饱和聚酯树脂为基材，将玻璃纤维及织物浸透树脂后经牵引机牵引下通过加热专用模具高温固化成型，经拉挤工艺生产出空腹异型材的高分子复合材料，形成表面光洁、尺寸稳定、强度高的玻璃钢型材；又经特殊涂层表面处理切割下料后，使用专用角连件和粘接材料组装成门窗幕墙框，再配上毛条、橡胶条及五金件等先进工艺制成成品门窗幕墙，具有优越的机械性能和化学性能，耐潮湿、耐腐蚀、抗老化，阻燃、绝热，在高低温作用下，仍能保持尺寸稳定，在生产过程中不会造成公害。

1.玻璃钢门窗幕墙通过玻璃的不同配置来提高节能效果

玻璃钢门窗幕墙的玻璃品种可以选择无色透明玻璃、Low-E玻璃、真空玻璃和其它玻璃，可加工成二玻中空、三玻中空，并可采用6mm、9mm、12mm、15mm，最大可达到30mm的中空隔离层，隔离材料可采用铝隔条或暖边隔条，隔离层内可充隋性气体，采用双道密封，并可在中空层内配置中空百叶，将玻璃的节能技术全部应用到玻璃钢门窗幕墙中。

2.玻璃钢型材的采用提高了门窗幕墙的保温性能

玻璃钢型材的导热系数与其它型材比较相对较低（见下表），从导热系数上比铝合金降低了43%；比PVC塑料降低了30%；比钢材降低了99.3%，玻璃钢型材又采用了二腔或三腔的保温空腔结构，不用内置钢衬而影响玻璃钢型材的导热系数，所以玻璃钢型材是最佳的门窗幕墙保温材料。

3.门窗幕墙框与玻璃之间的缝隙密封

玻璃钢门窗幕墙的玻璃与玻璃钢框室内侧采用了三元乙丙胶条进行了密封，室外侧采用中性密封胶进行密封，三元乙丙胶条和中性密封胶具有较强耐候性，提高了其抗老化能力；玻璃周边与玻璃钢框间的空隙采用类似H型的包条式来实现二腔或三腔，提高其节能效果。

4.玻璃钢门窗幕墙的框扇之间的等压胶条和内外两边的三元乙丙密封胶条的使用，实现了三道密封和二腔结构，提高了开启部位的节能性能和气密性。

5.玻璃钢门窗幕墙框与墙体采用金属膨胀螺栓或自攻钉直接与墙体或附框固定，提高固定强度，窗框与墙体之间中间部位用聚氨脂发泡胶、两侧用建筑密封胶进行密封，附框采用玻璃钢专用附框来提高其节能效果，保证与建筑结构的连接强度。由于玻璃钢型材 （7.3）与其结合的材料玻璃 （9）、 砖 （9.5）、 混凝土和水泥 （10-14） 的线膨胀系数相近，用玻璃钢型材制作的门窗幕墙，与玻璃和墙体配合良好，使门窗幕墙整体结构更加稳定。

6.玻璃钢门窗幕墙由于具有独特的性能可以满足不同地区对门窗幕墙的功能要求

轻质高强。玻璃钢型材具有轻质高强的优良性能 （详见下表），玻璃钢门窗幕墙不需钢框为骨架，完全靠自身就能支撑，抗压、抗折、不变形、不弯曲。既节省了钢材，又达到了使用目的，弥补了塑钢门窗幕墙强度低易变形的缺点，可在台风多发区使用。

耐候性。玻璃钢型材属热固性塑料，树脂交联后即形成三维网状分子结构，变成不溶体，既使受热也不会熔化，热变形温度为200℃，耐高温。玻璃钢型材随着温度的下降，分子运动减速，分子间距离缩小并逐步固定在一定的位置上，分子间引力加中，所以低温不变形，并具有不吸水等特点 （详见下表），在冷热温差变化较大环境下，不易与建筑物及玻璃之间产生缝隙，保证尺寸稳定，可大大提高玻璃钢门窗幕墙的密封性能，玻璃钢门窗幕墙可在温差变化较大的地区使用。

耐腐蚀、抗老化。玻璃钢属优质复合材料，它对酸、碱、盐、油等各种腐蚀介质都有特殊的防止功能，且不会发生锈蚀，耐腐蚀。它还能抗老化，铝合金门窗幕墙平均寿命为20年，普通的PVC寿命为15年，而玻璃钢门窗幕墙的寿命可达50-60年。玻璃钢门窗幕墙对无机酸、碱、盐、大部分有机物、海水及潮湿环境都有较好的抵抗力，对于微生物也有抵抗作用，因此除适用于干燥地区外，同样适用于多雨、潮湿地区、沿海地区和化工场所。

健康绿色环保。经有关部门检测，优质玻璃钢门窗幕墙型材符合国家规定的各项有害物质限量指标，达到A类装修材料要求，是绿色环保型建材。

导电绝缘性。玻璃钢型材是良好的不导电绝缘材料，它不受电磁波影响，不反射无线电波，透微波性好，能够承受高电压而不损坏，所以玻璃钢门窗幕墙不用象金属门窗幕墙一样做防雷和防静电处理。

色泽丰富。玻璃钢型材硬度高，可涂装各种涂料，以适应不同风格及档次的建筑物外立面效果，颜色丰富并经过特殊工艺进行表面处理后不会褪色，表面处理涂料与玻璃钢同属树脂，所以相融性极佳。

隔音。玻璃钢的树脂与玻璃纤维复合结构的振动阻尼很高，对声音的阻隔可达26～30分贝，经实测效果可达36分贝，目前国家标准规定隔音35分贝就可以称为隔音门窗幕墙。

减震。玻璃钢型材的弹性模量为20900，用它制成的门窗幕墙具有较高的减震频率，玻璃钢型材中的树脂与纤维界面的结合，具有吸震和抗震能力，避免了结构件在工作状态下共振引起的早期破坏。

玻璃钢门窗幕墙具有这些优良的特性和美丽的外观，是建筑门窗幕墙的绿色产品和节能减排的先锋，可为不同典型地区门窗幕墙提供全方位的一站式解决方案。

四、玻璃钢门窗幕墙的创新

1.玻璃钢型材拉挤工艺的研发创新和组合式模具实行了内加热和外保温结构，减少了电力的消耗，做到了有效的节能。

玻璃钢门窗幕墙的研发首先是玻璃钢型材的研发，原材料的选择和处理，型材的成型工艺，模具的选择与设计，玻璃钢的工艺配方，设备运行做为玻璃钢型材生产的五大要素缺一不可，经过上百次的各种试验和得失，使五个要素达到了有机的结合，现在实现可以拉挤门窗和幕墙所需要的任何异型材，对玻璃钢门窗幕墙的开发应用起到关键作用，使玻璃钢型材挤压登上了新台阶，经检测玻璃钢型材的纵向弯曲强度达到388Mpa，横向弯曲强度达到68.7Mpa，纵向弯曲弹性模量达到20900Mpa，纵向拉伸弹性模量达到360Mpa，线膨胀系数达到0.73×10-6/℃，比国外性能有较大的提高，能够满足玻璃钢门窗幕墙的需要。

2.以节能为己任，不断创新门窗幕墙新体系，实现节能减排。

经过近十年全过程的理论与实践相结合的经验积累，根据节能减排的客观要求，型材系列发生了根本性的变化，由过去的50、58平开系列，66、75推拉系列，新增了55、60系列保证了推拉和平开断面宽度的一致性，新增65系列三玻三道密封门窗幕墙，适应了建筑节能的不同需要，主要表现在：一是型材外观更加美观，外视面减小，与墙体安装面增大，提高了整窗的抗风压强度和安全系数；二是主型材由二腔变为三腔，密封由二道密封变为三道密封，提高了门窗幕墙的保温性，更加适应不同地区的需求；三是在窗框中增加了独立的排水腔，解决了因建筑施工导致排水口被堵塞现象；四是可以适应不同厚度玻璃的安装，解决了三玻和内置百叶的问题，提高了门窗幕墙适应严寒地区和遮阳的需求；五是开发了附框，解决了安装钢附框的热桥问题；六是开发百叶窗型材和遮阳型材，形成完整的玻璃钢门窗系统。

玻璃钢幕墙结构系统的建立，主要应解决：一是与主体建筑结构的有效连接，在层间主梃之间采用钢管做为加强插芯，既保证连接件与建筑结构的有效连接，又保证了主梃的伸缩变形能力；二是幕墙各构件之间的有效连接，在连接处采用钢衬管和钢带有效的解决了连接强度，并对明框扣板等采用了槽口挂接方式；三是隐框玻璃结构性粘接，继续实行硅硐结构胶将玻璃与铝合金附框的粘接工艺；四是幕墙新技术的集成，采用了现在幕墙所有新技术，实现幕墙系统的先进性、节能性和抗变形能力，解决了金属之间的电位腐蚀；五是引进玻璃钢型材的加工新工艺，采用阻燃树脂，提高幕墙的防火能力；六是新型装饰板材建立，玻璃钢装饰板有效的解决了石材的减重和色差、铝板的耐腐蚀。总之玻璃钢幕墙系统的发展随着玻璃钢型材拉挤技术的完善，已经势在必行。

3.采用了现代先进的型材表面前处理工艺，实现机械化和标准化作业，改善了工作环境，达到了环境零污染，也提高了漆膜的覆着力。

4.不同颜色和木纹的先进涂漆工艺，使门窗幕墙色彩多样化，并达到牢固耐久。

5.钢板和尼龙组合的衬件，并经机械连接和胶接，提高了组角和连接的精度及强度，并在连接方式上实现了连接螺钉在装饰面和开启后的可见饰面的不外露。

北京房云盛玻璃钢有限公司的 “房云”牌玻璃钢门窗幕墙经过上述工艺改进，更加提高了门窗幕墙的档次和质量水平，先进结构设计，使性能优越，经国家级检测机构的检测其物理性能和机械性能指标均达到或超过国家规定标准，并达到了国外标准要求，现对比如下：

“房云”牌玻璃钢型材、门窗幕墙机械性能和物理性能检测指标

五、玻璃钢门窗幕墙节能减排效果分析

现对北京地区按节能达到65%的保温K值2.8W/（m2·K） 时，而采用 5+12A+5无色透明中空玻璃配置的玻璃钢门窗K值2.2W/（m2·K）和5+12A+5暖边无色透明中空玻璃配置的玻璃钢门窗K值1.9W/（m2·K）时，可实现节能减排进行效果分析。

1.每平米节能量计算公式

式中：Q——年节能量 （KW·h/a）

0.58：0.42 ——南向窗和北向窗的面积比

K1、K2——对比窗的传热系数

ε1n、 ε2n——南向修正系数0.67，0.65

ε1b、 ε2b——北向修正系数0.91，0.90

tn、twp——分别为采暖期 （制冷期）室内和室外平均温度

t——每天供暖 （制冷）时间

R——当地采暖 （制冷）期天数

2.当采用5+12A+5中空玻璃的玻璃钢窗与按北京节能K值达到2.8W/（m2·K）时比

（1）全年每平方米建筑节电计算

冬季采暖，当室内温度：18℃，室外平均温度：1.3，采暖期为120天，24小时供暖的节能量：

Q=[0.58(2.8×0.67-2.2×0.65)+0.42(2.8×0.91-2.2×0.90)]× (18-1.3) ×24×120×10-3=23.1KW·h/m2

夏季制冷，当室内温度：22℃，室外平均温度：30℃，制冷天数：90天，12小时制冷的节能量：

Q=[0.58(2.8×0.67-2.2×0.65)+0.42(2.8×0.91-2.2×0.90)]× (30-22) ×12×90×10-3=4.1KW·h/m2

总节电量23.1+4.1=27.2KW·h/m2

（2）每户每年节约电费

当建筑面积为100m2，北京电价为0.50元时

M=27.2×100×0.50=1360元

（3）建筑面积50万m2全年可节电及减排

27.2KW·h×500000=13600000KW·h×0.50=680万元

当采用燃煤发电时，1KW·h的电需煤平均0.35Kg，则消耗煤

13600000 KW·h×0.35Kg=4760吨标准煤

根据发电厂的有关资料计算，这些煤的燃烧要排出大约如下数量的有害物：

CO2：6901吨；NO2：43.8吨；CO：104.7吨；SO2：118.9吨；悬浮物：7.5吨；灰渣：808.8吨。

结论：当采用5+12A+5无色透明中空玻璃的玻璃钢窗与按北京节能K值达到2.8W/（m2·K）时比，每年每100m2建筑节约能源消耗1360元；每50万m2节约能源消耗680万元，同时可节煤4760吨标准煤，减少 CO2：6901吨、NO2：43.8吨、CO：104.7吨、SO2：118.9吨、悬浮物：7.5吨、灰渣：808.8吨的有害物排放。

3.当采用5+12A+5无色透明暖边中空玻璃的玻璃钢窗与按北京节能K值达到2.8W/（m2·K）时比

（1）全年每平方米建筑节电计算

冬季采暖，当室内温度：18℃，室外平均温度：1.3，采暖期为120天，24小时供暖的节能量：

Q=[0.58(2.8×0.67-1.9×0.65)+0.42(2.8×0.91-1.9×0.90)]× (18-1.3) ×24×120×10-3=34.8KW·h/m2

夏季制冷，当室内温度：22℃，室外平均温度：30℃，制冷天数：90天，12小时制冷的节能量：

Q=[0.58(2.8×0.67-1.9×0.65)+0.42(2.8×0.91-1.9×0.90)]× (30-22) ×12×90×10-3=6.3KW·h/m2

总节电量34.8+6.3=41.1KW·h/m2

（2）每户每年节约电费

当建筑面积为100m2，北京电价为0.50元时

M=41.1×100×0.50=2055元

（3）建筑面积50万m2全年可节电及减排

41.1KW·h×500000=20550000KW·h×0.50=1027.5万元

当采用燃煤发电时，1KW·h的电需煤平均0.35Kg，则消耗煤

20550000 KW·h×0.35Kg=7192.5吨标准煤

根据发电厂的有关资料计算，这些煤的燃烧要排出大约如下数量的有害物：

CO2： 10427吨； NO2： 66.2吨； CO： 158.2吨；SO2：179.7吨；悬浮物：11.3吨；灰渣：1222吨。

结论：当采用5+12A+5无色透明暖边中空玻璃的玻璃钢窗与按北京节能K值达到2.8W/（m2·K）时比，每年每100m2建筑节约能源消耗1360元；每50万m2节约能源消耗680万元，同时可节煤4760吨标准煤，减少CO2：10427吨、NO2：66.2吨、CO：158.2吨、SO2：179.7吨、悬浮物：11.3吨、灰渣：1222吨的有害物排放。

从以上计算结果看，玻璃钢门窗幕墙达到了国家节能减排要求，取得了很好的社会效益。

玻璃钢型材使用寿命可达60年，同建筑同寿命，为此玻璃钢门窗幕墙不需要每20年左右重新更新一次，只需对配件进行维修更换，减少了更换门窗幕墙的多次费用投入，也相对的减少了资源消耗和环境污染。

玻璃钢型材所构成的连续玻璃纤维是在高温熔融状态下将二氧化硅、三氧化二硼、氧化钙、三氧化二铝等通过池窑拉丝法或玻璃球坩埚拉丝法而制成的，其材料来源广泛；不饱和聚酯树脂是将不饱和二元酸（或酸酐）和饱和二元酸（或酸酐）、二元醇或多元醇以及交联剂、阻聚剂等经过化学合成而制成的，其材料来源是石油的副产品。

玻璃钢型材可进行回收，经粉碎或研磨后，可做为玻璃钢模塑或拉挤的填料，进行多次利用。

综上所述，玻璃钢门窗幕墙被称为21世纪绿色环保产品，生产过程无三废排放，生产工艺符合国家环保标准，因此现得到了不断推广和应用，将为建筑提供更加优质的节能减排环保产品。