被动式门窗用五金系统的研究——被动隐藏式五金系统设计探索

部品技术
建设科技
CONSTRUCTION SCIENCE AND TECHNOLOGY
2019年10月上总第393期
1 前言
自从在2010年上海世博会上，出再了一栋代表世界先进水平的“汉堡之家”之后，中国开始引入了“被动房”这一源于欧洲的创新节能建筑概念，同时中国政府及地方主动作为引入并发展被动房；北京、天津、河北、山东、河南、黑龙江、辽宁、江苏、福建、陕西、内蒙古等省市出台了相关政策鼓励发展被动房，并完善
被动式门窗用五金系统的研究
——被动隐藏式五金系统设计探索
伍军
（春光五金有限公司，温州 325400）
[摘要]在被动式门窗中使用隐藏式五金系统，可以保证密封胶条的完全整性，同时要降低热导率；减少因内外温差引起的热对流。

对提高被动窗的气密性、水密性、隔热有明显的帮助。

[关键词] 被动隐藏式五金系统；外漏式合页；侧边外挂式合页
Research on Hardware System for Passive Doors and Windows
——Design and Exploration of Passive Hidden Hardware System
Wu Jun
（Chunguang Hardware Co., Ltd.，Wenzhou,325400）
Abstract : The use of concealed hardware system in passive doors and windows can ensure the completeness of the sealing strip, while reducing the thermal conductivity and reducing the thermal convection caused by the temperature difference between inside and outside. It is obviously helpful to improve the airtightness, water-tightness and heat insulation of the passive window.
Keywords : passive hidden hardware system, outer leakage type hinge, side hanging hinge
了相关节能标准；促进了与建筑相关的企业对节能、环保材料的研究。

据统计，建筑能耗已占全社会总能耗的40%以上，而通过门窗损失的能耗约占建筑总能耗的50%。

由此可见，建筑的门窗节能成为关建环节，研究门窗节能也成为节能的重要方面，门窗节能除了研究型材、玻璃、胶条外，所配套使用的五金也非常关键。

DOI: 10.16116/ki.jskj.2019.19.009
2019 No.19伍军：被动式门窗用五金系统的研究部品技术
2 设计理念
在门窗中五金实现了门窗的开启（包括内倒、外悬）与关闭功能；同时在框和扇中主要起连接、承重作用；以上两点在大家的认知中是显而易见的。

但与隔热节能联系起来，好象是风马牛不相及，下面我们来看一以下两种窗型结构图。

图1 市场上的常见窗型
Fig.1 Common window types on the market
图1是现在市场上比较常见的三种窗型，图3为下合页,是外挂式合页；无论使用铝合金型材，还是PVC 类型材（本次讨论对象不包括木窗），为保证合页安装通道，必须对室内侧的胶条进行断割，现有的工艺水平是无法达到完全密封的，同时增加了门窗厂加工制作的难度。

图2 热对流
Fig.2 Convection
从图2中我们不难理解,外露式合页安装后，除了断割胶条外，还有合页与型材之间的缝隙形成漏气点，而且框、扇之间形成热对流。

我们对寒冷地区的北京、河北，严寒地区的东北多处工地现场及业主家庭进行了调查了解：京津冀等寒冷地区，冬天内外温差较大，一般屋内温度为20℃，屋外温度为-10 ℃以下，温差近30 ℃；东北等严寒地区，冬天内外温差更大，一般屋内温度为20℃，屋外温度为-20℃以下，温差近40℃；内外温差较大窗户的合页处开始结露、结冰、结霜。

（图3、图4）。

图3 合页处结露
Fig.3 Condensed dew at the hinge
图4 合页处结霜
Fig.4 Condensed frost at the hinge
同时，我们对中间加装了等压胶条的窗型进行了观察，冬天因室内外温差较大，在等压胶条的室外侧表面形成了大量水珠，流入框的下排水口处，结冰后堵排水口（图5）。

导致凝结水越来越多，冰越来越厚，挤压等压胶条变形；最后窗户失去密封性，有的甚至打不开(图6
）。

总第393期
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图5 等压胶条的室外侧表面形成水珠
Fig.5 The outdoor side surface of the isostatic strip forms
water droplets
图6 窗户结冰
Fig. 6 Window icing
现在市场上门窗上下合页均采用外挂式的也很多，采用图7侧边外挂合页的型材主要是PVC 和木质型材（本次讨论对象不包括木窗）；采用图8在正立面外装式合页的型材主要是铝合金型材。

图7 侧边外挂合页
Fig.7 Side hanging hinge
图8 正立面外装式合页
Fig. 8 Façade exterior hinge
图7侧边外挂式门窗其强度就取决与型材本，一般用于重量小于20公斤对的窗型。

现假设一个窗户用两只侧边外挂式合页，用四个
ST4.2螺丝固定并穿过两腔，PVC 壁厚为c=3MM,型材的屈服强度σ=60Mp;窗扇所承受的最大拉力F;
F=2*4*S*σS 螺纹接触表面积=
从理论计算看F 值只有105N,所以PVC 窗现在一般不用侧边外挂式合页的主要原因是强度不足。

对被动窗抗风压性能等级不应低于9 级，否则更无法保证。

采用图8外装式合页的基本是主要门，主要的问题是生产制作过程中被坏了型材的腔体，合页与型材腔体之间存在缝隙，同样会在腔体内产生热对流，包括门锁孔漏气问题一直是业内无法解决的问题。

现在河北省对被动房用门窗作出了“外门窗应具有良好的气密、水密和抗风压性能。

依据现行国家标准《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》
GB/T7106，其气密性等级不应低于8 级、水密性等级不应低于6级、抗风压性能等级不应低于9 级。

”的规定。

所以五金安装要保证门窗胶条完整性是非常重要的。

3 结构方式
通过与众多门窗企业相关人员沟通发现传统五金水密性能基本在4级左右，气密性能也在5-6级之间，
主要原因是传统五金破坏了门窗密封胶条或型材的完整性。

我们设计研究发现采用隐藏式方案可以保证密封胶
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条的完全整性，同时要降低热导率；减少因内外温差引
起的热对流。

图9 适用于PVC型材的五金系统隐藏设计方案
Fig. 9 Hidden design scheme of hardware systems for PVC
profiles
图10 适用于铝合金型材的五金系统隐藏设计方案Fig.10 Hidden design scheme of the hardware system for
aluminum alloy profiles
图9为适用于PVC型材的五金系统隐藏设计方案（部分），图10为适用于铝合金型材的五金系统隐藏设计方案（部分），从设计方案可以看出，完全保证了密封胶条完整性，达到降低热导率；减少热对流的要求。

通过PTC-Creo-Simulate的热传导及热辐射可以看出，图11为外装式合页门窗，热辐射大量集中在合页表面上，图12为隐藏式合页门窗，热辐射表面非常均匀，与窗面成直线分布。

图11 外装式合页门窗
Fig. 11 Exterior hinge door and window
图12隐藏式合面门窗
Fig. 12 Hidden closed doors and windows
在国标GB16809防火窗标准“6.3 五金件、附件、紧固件应满足功能要求，其安装应正确、齐全、牢固，具有足够的强度，启闭灵活，承受反复运动的五金件、附件应便于更换。

“采用隐藏式开装设计便可以满足这一要求。

同时行业内的耐火窗的五金件通常采用钢制构件，因钢质材料的热容率低，热传导系数大，如果采用传统的外露方式会将大量的热量传入框、扇之间，到导型材变型；同时断割胶条导致门窗的跑火、窜火现象发生。

采用隐藏式的设计可以完全避免此问题。

4 结论
在使用铝合金型材及PVC型材的被动门窗中采用隐藏式五金系统改变了传统门窗的加工工艺，保证了门窗密封系统的完整性，杜绝了因外装式合页向框、扇之间的热传导，降低了门窗的隔热系数；对提高被动窗的气密性、水密性有明显的帮助；同时在耐火窗中采用隐藏式五金系统可以降低门窗的跑火、窜火现象发生，提高门窗的耐火性要求。

参考文献
[1] 孙义明《PVC型材及应用材料指标可行性分析报告》.
[2] 张小玲《我国被动房发展现状及影响健康发展的制约因素》.
[3] GB 16809-2008《防火窗》.
[4] GB/T7106-2008 《建筑外门窗气密，水密，抗风压性能分级及检测方法》.
[5] /.。