节能耐火窗检测中遇到的问题探讨

文/胡乃冬、张喜臣、王俊洋、宋丹、焦东兴、赵威

中国建筑科学研究院有限公司；建筑环境与节能研究院 北京 100020

GB50016-2014《建筑设计防火规范》于2015年5月1日正式实施，首次对建筑外门、外窗提出耐火完整性要求。其目的之一，旨在解决我国超高层建筑发展越来越迅猛，建筑高度越来越高，发生火灾时无法完全依靠外部救援的问题，着重加强了建筑物自身防御火灾技术措施的规定[1]。

该规范中，与建筑外门窗相关的规定总结如下：1）建筑高度大于54米的住宅建筑，每户所设计的避难间应有一间房靠外墙设置可开启的外窗，且其耐火完整性不应低于1.0小时；（这个地方是防火门，和文章无关）；2）除采用A1级保温材料，或B1 级保温材料且建筑高度不大于24m的公共建筑，或采用B1级保温材料且建筑高度不大于27m的住宅建筑外，建筑外墙上门、窗的耐火完整性不应低于0.50 h；3）上下层开口之间设置玻璃墙的时候，外窗的耐火完整性不应低于防火玻璃墙的耐火完整性要求[2]。

随着国家对节能要求的不断提升，例如河北地区从原来65%节能变为要求75%节能，天津的“四步节能”等等，使建筑外窗节能成为了基本要求。节能外窗在日常生活中发挥非常重要的作用，能够降低能耗，提高室内舒适度，增加人民生活的幸福感。同时，赋予建筑外窗一定的耐火性能，一旦火灾发生时，有耐火完整性能的建筑外窗可以为建筑防火救援赢得宝贵时间，保障生命和财产安全。因此，建筑外窗既节能又耐火逐渐成为了一种趋势。

1、 耐火窗定义

根据GB31433-2015《建筑幕墙、门窗通用技术条件》[3]中对窗性能的分类，我们可以知道耐火完整性是属于建筑门窗的安全性范畴内的一项性能，与抗风压性能、耐撞击性能、抗风携碎物冲击性能、抗爆炸冲击波性能等一样，都属于建筑门窗的安全性。GB31433-2015中3.3条对耐火完整性进行了定义：在标准耐火实验条件下，建筑门窗某一面受火时，在一定时间内阻止火焰和热气穿透或者在背火面出现火焰的能力。

图1

图2

图2

图3

根据GB31433-2015《建筑幕墙、门窗通用技术条件》中对节能性的要求，建筑门窗的气密性能、保温性能、遮阳性能属于建筑门窗的节能性。

综上所述，耐火窗首先在具有建筑外窗最基本的物理性能要求的基础上，需满足耐火完整性的要求。而节能耐火窗则要兼具节能性能和耐火完整性的要求。 耐火窗不一定要有遇火自闭的热敏感元件，并且耐火窗不像防火窗一样区分A类（隔热型）和C类（非隔热型）。因此只要能同时满足耐火完整性和节能性要求的窗都可以称为节能耐火窗。

2、节能耐火窗检测中遇到的问题

2.1 节能耐火窗的耐火完整性检测遇到的问题

节能耐火窗是在节能窗的基础上增加了耐火材料改造而成，其耐火完整性只有通过不断的实验才能证明其具有耐火0.5h、1.0h的性能。在大量的试验过程中，总结出耐火窗经常会遇到的试验失效情况，并对失效原因加以分析，总结如下：

（1）防火材料使用问题

吸热型灌注料、防火插条、或者防火胶液等防火材料使用不合格产品，或者防火材料配比问题，或者防火材料还处于固化期等未达到耐火等级要求。这种情况下，往往防火材料强度、刚度不够，更有甚者在火灾发生时，防火材料还会发生爆炸，直接将型材腔体炸开，导致试验失败，失去耐火完整性，如图1、图2所示。因此使用合格的、成分稳定的、对型材没有腐蚀的并通过检验的防火材料至关重要。

图1 中梃背火面被炸开状态图

图2 防火材料爆炸时状态图

（2）玻璃使用问题

防火玻璃安装过紧，没有膨胀空间，导致玻璃受热后温度应力和挤压应力共同作用，或者玻璃自身防火处理不到位，玻璃未达到耐火等级就突然破碎；对于复合玻璃向火面破碎掉落时带走大量防火胶片或灌注料，导致剩余的防火胶片和防火液过少起不到耐火的作用，如图3、图4所示。对于另一种说法，冬天天气冷玻璃受热就会炸裂，这种情况一般出现在普通玻璃上，而常见的单片防火玻璃强度是普通钢化玻璃强度的2～3倍[4]， 所以防火玻璃炸裂跟天气寒冷没有关系。因此使用高品质的防火玻璃，比如使用复合防火玻璃，则向火面玻璃内侧可以使用脱模剂防止防火液的缺失，同时安装时玻璃垫块不能卡太紧，玻璃垫块硬度不能太大，玻璃与框之间要有供膨胀的空间。

图3 耐火9min时玻璃突然炸裂图

图4 防火液被向火面玻璃带走掉落图

（3）中梃强度不够问题

耐火窗框材料很多是断桥铝合金，铝合金在高温作用下的抗弯刚度不够常常会导致中梃变形。中梃变形严重时，框扇搭接处产生缝隙，膨胀胶条不能填补过大的缝隙，导致试验失败，如图5所示。为了提高中梃强度，可以增加钢衬或者使用的穿条、灌注料等要有一定的强度，能够抵抗中梃变形。

图5 中梃变形导致耐火失败图

图6 玻璃卡件失效图

（4）玻璃卡件问题

玻璃卡件直接与玻璃接触导致防火玻璃从卡件处碎裂，此种破碎容易辨认，表现为玻璃在与卡件接触的点成放射状碎裂，或者玻璃卡件不能固定住玻璃，导致玻璃向一侧倾倒。有的卡件是L型的，能防止玻璃向炉内倾倒，但有时候，比如塑料窗则需要U型的，还要防止玻璃向背火面倾倒，如图6所示。塑料窗玻璃卡件要固定到钢衬上，而对于铝合金窗，卡件要与室内侧型材连接牢固，所有的玻璃卡件都不应与玻璃直接接触。

（5）框扇密封问题

扇四周因为使用传动锁闭器，膨胀胶条不易粘结牢固或为避开合页、锁座等部位而被迫多处断开，或者为了美观室内侧不粘贴膨胀胶条，导致框扇搭接处成为失效 “重灾区”，如图7所示。

图7 框扇搭接处防火失效图

图8 玻璃镶嵌密封防火失效图

（6）玻璃镶嵌密封问题

玻璃与框之间留有缝隙未用膨胀胶条或者防火棉条充分密封，导致火焰从玻璃镶嵌处窜火，如图8所示。对于木窗和塑料窗，玻璃镶嵌处更要做好防火处理，因为木材在400℃左右就会碳化，而PVC材料则会在170℃左右软化[5]，室内侧压线可能因为高温而软化脱落。塑料窗在室内侧压线中使用防火灌注料或者防火胶液，能够有效延缓背火面压线软化的时间。

图5、图6

图7、图8

图9、图10

（7）五金锁点问题

锁点数量少、间距大、锁座未固定好、开启扇锁不紧及掉扇等问题，或者五金件采用锌合金，锁点、锁座、合页已经融化导致试验过程中开启扇突然脱开甚至整体掉落， 如图9所示。

图9 开启扇实验过程突然打开

图10 耐火窗保温检测玻璃变色图

2.2 耐火窗的节能性能检测遇到的问题

耐火窗多是在节能窗的基础上增加使用耐火材料而达到的耐火效果，因此耐火材料的使用对节能影响便是大家关注的问题。目前，耐火窗既做了节能试验又做耐火试验的企业还不多，防火材料厂家也是定性的说哪些材料会对保温效果产生什么影响。比如灌注料会使保温效果降低，K值增加，穿条式不会影响保温K值等。但是究竟每种防火材料能对保温K影响多少，目前还没有专业的试验数据来支撑。我们在试验过程中，收集整理了一些耐火窗保温的试验数据。做完保温试验后又拿去做耐火实验，检测了节能耐火效果。其中，玻璃卡件使断桥铝合金窗的断桥出现了冷桥的情况，明显降低了保温效果。一些厂家通过在卡件与型材之间填充防火棉来降低负面影响。检测的试验结果仅供参考，具体数据见表1。

表1 节能窗耐火保温实验数据统计表

此外，目前常用的（5+1防火胶片+3）mm的防火玻璃，其防火效果较好。但是在保温试验的时候，室内20℃，室外-20℃时，玻璃就会变成“白色”，如图10所示。此时室内侧玻璃表面的温度为13℃，这在东北等严寒地区使用便会出现问题。不过当温度回归到正常的时候，玻璃还能变回透明的。同时此种玻璃的太阳得热系数缺少试验数据，还需更加深入的研究。

结论：

（1）节能耐火窗是节能窗增加了耐火完整性能，既要满足最低的节能要求又要满足最低的耐火完整要求。

（2）节能耐火窗检测中常遇到的问题有耐火材料、玻璃、中梃强度、框扇密封、玻璃卡件、玻璃镶嵌密封、五金件锁点等问题，针对不同问题本文给出了对应的解决方案。

（3）节能和耐火的组合，将会是建筑外窗必然的趋势，同一樘窗先做保温性能检测，再做耐火性能检测，才能真正体现好的节能耐火窗的全部性能。