节能性与结构耐久性俱佳的新型暖边系统—Ködispace 4SG

1 介绍

多年以来，无论从经济还是生态的角度上讲，节能均已成为建筑的一项核心要求。国际层面上节能标准持续收紧，而建筑外立面的能源性能水平也会随之不断提高。当然，这对于新建建筑外立面而言尤为直接。随着2010/31/EU 政策的出台，譬如欧盟 2010 年版 [1] 就针对建筑的整体节能效果制定了极为宏伟的目标，这项政策的实施目标为到 2020 年实现建筑节能提高 20%，就新建建筑而言，要求政府大楼从 2019 年起达到“零能耗”，其他各类建筑从 2021 年起达到“零能耗”。

随着《节能法案修订版》（EnEV 2014）于 2013年 10 月开始执行，德国政府早已制定出一个范本 [2]，要求自 2016 年 1 月 1 日起，各类新建筑均须减少 25% 的能耗，同时要求建筑围护的保温水平平均增加 20%。与此同时，对大型玻璃装配构件的要求也在不断增加。

为了减少对一次能源可持续性的需求，必须保证建筑保温性能得以优化，尤其是建筑外立面和建筑窗体表面。由于玻璃镀膜的效果较为显著，再加上建筑外立面 /框架型材的节能性能得以优化，已开发出高度保温的双层甚至三层充气中空玻璃单元。因此，优化中空玻璃单元保温性能的杀手锏——间隔条就成为焦点所在。传统的铝隔条系统在中间架设起一道立竿见影的热桥，进而影响中空玻璃单元的保温性能，降低了建筑节能的效果。

在这一背景下，开发出了一系列降低热损耗的隔条系统——所谓的暖边方案。在门窗与幕墙的常规定义中，“暖边”的本意不外乎各自的隔条的导热性不如传统的铝隔条参照物。只要其提高自身的保温性能，就可以视为 “暖边”[3]。按照这一定义，就连不锈钢隔条系统也可以称得上暖边，尽管其全部由金属制成。较之于传统的铝隔条，不锈钢及其他金属基隔条系统的抗冷凝性和 U 值均有所提高，后者的导热性能仍比国际上最先进的高端暖边隔条系统高出 80 倍。

不含金属的热塑性隔条就代表了上述高端暖边系统。其 ψ 值水平最低，导致窗体的 Uw 值和结构玻璃装配构件的 Ucw 值均有提高。

与封边条 ψ 值相比，充气环节对于双层或三层玻璃装配取得较为理想的导热系数功不可没，甚至扮演了更为重要的角色。为了使建筑外立面的中空玻璃单元在整个寿命周期内保持在较低的Ug值，只能接受最低的气体泄露率。按照 EN 1279-3 的欧洲保温玻璃产品标准，气损率的最大限度为在规定的气候荷载循环周期后每年百分之一。

采用充气和暖边技术的现代化结构装配建筑外立面的中空玻璃对边缘密封技术的要求较高。此外，采用硅酮进行第二道密封，虽然本身并不具备阻隔惰性气体的能力，但考虑到其 UV 稳定性，往往还是作硬性要求。采用二道硅酮密封制作经久耐用的充气式中空玻璃单元具有一定难度。然而，采用结构玻璃装配的建筑外立面对上述单元的需求与日俱增，通过绝对密封的丁基密封工艺，理论上可以保证气体仅仅滞留在保温玻璃单元内部，而实际上采用隔条型材的传统边缘丁基密封工艺几乎变得可望而不可求。

下面介绍一种新一代反应型暖边系统——Ködispace 4SG。

2 Ködispace 4SG 系统

Ködispace 4SG 属于为硅酮密封的中空玻璃单元特制的聚异丁烯暖边隔条系统，可取代传统的封边条组件：金属或塑料隔条、干燥剂和密封底胶（如图 1 所示）。

图 1 保温玻璃单元与 Ködispace 4SG 和铝隔条对比图

相对于上述组件，Ködispace 4SG 则属于融合了干燥剂的复合高分子材料，符合对产品长期稳定性的高要求，尤其是满足采用硅酮二道密封胶的保温玻璃单元的气密性需求。与传统的 TPS 型丁基隔条产品不同，该反应型隔条可同时与硅酮密封胶和玻璃表面通过化学反应进行粘合（如图 2 所示）。由此产生的结果是，整条封边条全部融化到集成系统中，从而杜绝了传统 TPS隔条发生错位的可能性。

图 2 Ködispace 4SG 与玻璃和硅酮化学粘合示意草图

此外，这种材料的工作温度范围可延伸至 90℃，同时还能保持卓越的抗紫外线和耐候性。透水性和气密性均属于关键性指标，在使用硅酮进行二道密封时必须加以考虑——硅酮几乎已成为在结构玻璃装配应用中使用的专属产品。丁基的透气率和水蒸气传输率都很低（见图 3 和表 1），Ködispace 4SG 正是利用了丁基的这两大广为人知的优越性能。

图 3 丁基与双组分硅酮渗氩率对比图

表 1 丁基与双组分硅酮透气率与水蒸气传输率对比图

因此，即使采用不具备气体滞留能力的硅酮密封，也可通过 Ködispace 4SG 制作出绝对密闭的中空玻璃单元。较之于不与硅酮发生化学粘合的非反应型TPS产品，由于Ködispace 4SG 与硅酮之间发生化学粘合，可以提高稳定性。此外，这套灵活的高端暖边隔条系统的自动化应用方案能够在显著提高效率的同时，保证触手可及而又长期具有可持续性的最佳性能。

3 CNC 控制生产

CNC 控制的机器人自动将 Ködispace 4SG 直接施用到玻璃上面，中途无须手动操作。在施用过程中，在温度达到 130℃左右时，将 Ködispace 4SG 直接从料罐泵送到人员操作的机器人涂胶头，整个过程采用电脑控制，精度高达 0.1 毫米。开端与尾部通过特殊的闭合技术进行完美密封。随着作业机器人沿玻璃边缘涂敷，隔条材料始终保持精确定位，就连大型隔条框架也不例外。这就是热塑性暖边系统在大型建筑外立面中空玻璃单元中应用自如的原因所在。

由于自身的结构成分较为特殊，Ködispace 4SG 会立刻粘接到单片玻璃的表面上，由于操作简单，隔条厚度完全可以灵活掌握，可在 3~20 mm 的范围内任意组合，即使装配三层玻璃时也可以从同一料罐出料，充气合片过程一气呵成，干燥剂也早已包括在材料中。一旦装进窗框内，黑色就可以折射出框架颜色，因此隔条的颜色又可适应底色，增加美学效果——这对于建筑师和大楼的业主来说无疑增加了一大优势。

此外，Ködispace 4SG 的热塑性隔条允许精确调整玻璃包装厚度和制作不规则造型，并允许半径低至100 mm。由于这一精度水平，最终保温玻璃单元包的厚度与框架或设计变更完美契合。全自动应用可以保证三层玻璃单元中的两根隔条完美对齐，机器人将压条完美压入玻璃单元，因此能够充分保证两个框架之间不会发生错位现象（图 4），从而杜绝采用暖边隔条型材制作的折弯框架经常出现的错位现象和因此引起的投诉。由于 CNC 应用，不排除参考单元造型进行各种设计的可能性，而且这一思路具有一定的可行性，如采用标准隔条，这一切可谓难上加难，甚至根本不可能实现。

图 4 两个框架与 Ködispace 4SG 精确对齐

4 造型灵活

热塑性隔条的柔性和须根据造型合理应用的特性为保温玻璃单元的造型提供了广阔的空间。譬如，在三角形或菱形等各种平面几何形状的单片玻璃上就可以施用热塑性隔条（图 5）。

图 5 可以实现的平面玻璃造型范例

5 降低玻璃应力和凹凸变形

在高楼林立的城市，我们经常发现建筑外立面的中空玻璃的反射影像都是扭曲变形的，隐框或半隐框式玻璃幕墙结构所极力表现的建筑外立面的整体感被每个中空玻璃单独的自身变形完全破坏，建筑整体毫无美感。在不考虑钢化变形的情况下，这是由于建筑外立面的中空玻璃单元中的单片玻璃必须承受诸如风荷载或热荷载等（由于夹层内气体热胀冷缩产生的）多元冲击和压差（例如制作与安装现场之间的压差）所产生的单片玻璃的凹凸变形所致。弹性封边条可以降低由此产生的应力，尤其是那些由于夹层内的压力相对较高或较低而产生的应力。采用刚性隔条框架加工出来的保温玻璃单元通过单片玻璃的挠度来补偿压力荷载。采用柔性隔条框架的保温玻璃单元可通过加宽或压缩封边条等方法额外补偿压差，从而达到降低单片玻璃挠度进而较低玻璃内部应力的目的。图 6 演示了 Ködispace 4SG 通过加宽或压缩封边化合物等方法降低夹层空腔与空气之间的压差的能力。

图 6 降低压差

下面的范例说明了上述效果：将在室温下制作完成后暴露于 -20℃（-4 ℉）温度中的保温玻璃单元作为考虑对象。由于压差的原因，该保温玻璃单元的单片玻璃将发生偏斜。采用铝隔条的保温玻璃单元在相同的荷载条件下的变形情况如图 7 所示。采用热塑性隔条（Ködispace 4SG）的保温玻璃单元的单片玻璃（6 mm厚，尺寸规格1500 x 3000 mm）在上述气候荷载下的变形情况如图 8所示（上述两种情况下的内部空间均为 16 mm）。

图 7 铝隔条保温玻璃单元单片玻璃（1500 x 3000 mm）挠度示意图

图 8 Ködispace 4SG 隔条保温玻璃单元单片玻璃（1500 x 3000 mm）挠度示意图

该范例中的玻璃变形基于费梅尔 [4] 的板壳理论方程式得出。由于封边化合物的弹性行为产生的体积变化基于铝隔条（E = 73 000 MPa）的线性弹性手法和热塑性隔条（Ködispace 4SG）的非线性弹性得出的。结果显示，采用 Ködispace 4SG 的保温玻璃单元中的玻璃的最大挠度（59 %）明显低于采用铝隔条的单片玻璃的挠度。

在充气荷载的工况下，玻璃应力降低，同时组合荷载工况下的应力也随之降低，从而有助于达到要求的设计标准，如 EN 16612[5]。

6 结论

Ködispace 4SG 可以使得采用硅酮二道密封胶的建筑外立面充气式中空玻璃单元进行标准化生产制造，并且树立在采用结构玻璃装配的建筑外立面的高端中空领域确立耐久性新标准，通过长期可靠的性能，Ψ 值和Ug 值可以保持在最佳状态。率先从事上述市场开发的有志人士已将生产制造准备到位，这样必定可满足每一项不断增加的要求和日后更加严格的能源规定。让我们为零能耗建筑打造的高品质建筑外立面共同努力。

参考文献

[1] 欧洲议会《建筑能源性能指南》. 2010/31/E.

[2] 节能条例 . 节能条例修订版（BGBl. Ip 3951）.

[3] 商业化市场暖边定义 .《中国玻璃杂志》.

[4] 费梅尔·F.《暴露于风荷载与气候荷载均分与内部荷载下的保温单元》《在关于玻璃加工天数的诉讼中》 , ,2003.

[5]PREN 16612-2003.《建筑玻璃——通过计算和检测确定单片玻璃的荷载抗力》

作者

科梅林化工集团

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