門窗保溫隔熱性能淺論

楊迪 秦達(dá)超

摘要：可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)代世界的重要理念，綠色建筑越來越受到人們的關(guān)注?，F(xiàn)在的節(jié)能門窗雖在熱工性能上與普通窗戶相比有很大改進(jìn)，但它仍是建筑能耗的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。門窗節(jié)能技術(shù)的發(fā)展意義重大。本文闡述了門窗節(jié)能的熱工原理，詳細(xì)介紹了門窗節(jié)能一般方法及其原理，推薦了一些較有效的節(jié)能方法，并對(duì)節(jié)能門窗的發(fā)展趨勢(shì)做了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：門窗；設(shè)計(jì)要求；保溫隔熱；節(jié)能；節(jié)能基本方法；窗型；窗墻比和朝向；框料扇面；連接縫；五金附件；斷面設(shè)計(jì)；遮陽設(shè)施

一、一般設(shè)計(jì)要求

門窗屬于房屋建筑中的圍護(hù)和分隔構(gòu)建，不承重。但因其對(duì)采光、通風(fēng)及觀望的特殊要求，使得它成為建筑物中熱交換、熱傳導(dǎo)最敏感、最活躍的部位，一般的門窗熱量損失是墻體的5-6倍，占到了全部熱損失的一半以上。而且隨著人們對(duì)生活水平的要求越來越高，建筑物的功能趨于多樣化、外表也不斷追求美觀，建筑物對(duì)門窗的要求還在不斷提高。對(duì)于所有的建筑物，在做門窗的保溫、隔熱、節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí),首先要遵循以下設(shè)計(jì)要求：

1. 抗風(fēng)壓性能：體現(xiàn)當(dāng)門窗關(guān)閉時(shí)抵御外界風(fēng)壓的能力，要使建筑物在大風(fēng)情況下門窗本身不受損壞并不喪失其他功能?，F(xiàn)行值為1000Pa，玻璃的話厚度不小于4mm。

2. 水密性能：指關(guān)閉門窗時(shí)防止外界雨水進(jìn)入室內(nèi)的能力。現(xiàn)行值為100Pa。一般設(shè)氣壓平衡孔槽、排水孔并加蓋孔帽，加密封膠、披水條。

3. 氣密性能：關(guān)閉著的外門窗阻止空氣滲透的能力。這個(gè)對(duì)保溫隔熱也有很大影響。門窗四周應(yīng)完整、連續(xù)、封閉。

4. 隔聲性能：關(guān)閉著的外門窗阻止噪音傳入對(duì)用戶進(jìn)行干擾?？刹捎弥锌?、夾層或雙層玻璃及隔聲效果好的高科技材料。

5.空氣滲透量：標(biāo)況下，單位時(shí)間滲透的空氣.，單位m^3/h。在關(guān)閉門窗時(shí)既要保證有一定的空氣流通,又不能有過多能量交換。

6.保溫與隔熱：在門窗兩側(cè)存在空氣溫差條件下，門窗需阻止必要的熱量傳出或不必要的測(cè)量傳入。根據(jù)《建筑外墻保溫性能分級(jí)及檢測(cè)方法》，可采取的措施后面會(huì)有詳細(xì)介紹。

7.采光性能：采光性能的級(jí)別根據(jù)建筑使用要求確定，需滿足熱工及節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)代建筑為了采光和外觀效果，往往加大采光面積或采用大開扇門窗，又要滿足上述設(shè)計(jì)要求，就對(duì)門窗的保溫隔熱性能會(huì)造成一定的影響。所以抓建筑的節(jié)能，首先要抓好建筑門窗的節(jié)能，改善門窗絕熱性能。

二、保溫隔熱的實(shí)質(zhì)

導(dǎo)致門窗熱量損失的原因是門窗與周圍環(huán)境進(jìn)行的熱交換，包括：通過玻璃進(jìn)入建筑的太陽輻射的熱量；通過玻璃的傳熱損失；通過窗格與窗框的熱損失；窗洞口熱橋造成的熱損失；縫隙冷風(fēng)滲透造成的熱損失。而門窗節(jié)能的本質(zhì)，是盡可能減少這些熱量傳遞以達(dá)到節(jié)能的目的：①提高居住環(huán)境的舒適度，冬暖夏涼有利于身體健康；②可以減少冬季采暖和夏季空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用；③節(jié)約國(guó)家能源消耗，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展；④減少環(huán)境污染，改善生態(tài)環(huán)境。熱量傳遞的方式有：

熱傳導(dǎo) Φ＝-λA(dT/dx)熱對(duì)流 Φ=hA△T熱輻射Φ=εσT^4

要減少傳導(dǎo)傳熱就可以選用導(dǎo)熱系數(shù)λ低的門窗材料；要減少對(duì)流傳熱就要求門窗密封性好；要減少輻射熱傳遞就要求門窗具有較好的遮陽效果。

三、門窗節(jié)能基本方法

在節(jié)能門窗的設(shè)計(jì)、制作及安裝時(shí)，通常主要考慮因素為①合理的縮小窗口面積 ②增強(qiáng)窗（門）面的保溫性能 ③切斷熱橋 ④縮減縫長(zhǎng) ⑤有效的密封和密閉措施 在具體工程中則有很多考慮因素，如下：

1. 選擇節(jié)能窗型

窗型是影響節(jié)能性能的第一要素?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的窗型主要有推拉窗、平開窗和固定窗。推拉窗是指窗扇沿水平方向垂直左右推拉的門窗；平開窗是指合頁（鉸鏈）安裝于門窗側(cè)面向內(nèi)或向外開啟的門窗；而固定窗則不可開啟，一般只作采光用。相比之下，平開窗和固定窗的節(jié)能效果較為優(yōu)越，推拉窗因其結(jié)構(gòu)需要，上部有較大空間，下部的滑輪間也有間隙，窗扇上下形成了明顯的對(duì)流交換，冷熱空氣的對(duì)流形成較大的熱損失。而平開窗的窗框和窗扇間一般有橡膠密封壓條，門窗扇關(guān)閉后幾乎沒有縫隙，熱量損失主要是玻璃、窗紗和窗框型材本身的熱傳導(dǎo)、輻射散熱和窗框與窗扇接觸位置的空氣滲漏，以及窗框與墻體之間的空氣滲漏等。固定窗窗框嵌在墻體內(nèi)，又密封，熱損失的因素和平開窗關(guān)閉時(shí)一樣，甚至更少。

2. 設(shè)計(jì)合理的窗墻比和朝向

一般窗戶的熱損失比同尺寸、朝向的墻要大，因此，建筑物的熱損失會(huì)隨著窗墻比的增大而增大。才采光和通風(fēng)允許的情況下，設(shè)置合理的窗墻比例比設(shè)置保溫窗簾和窗板更加有效。熱量損失還與外窗的朝向有關(guān)。南北朝向的太陽輻射和日照率高，窗戶所獲得的太陽輻射較多。在《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)窗墻面積比和朝向都做了選擇性的規(guī)定，但各地設(shè)計(jì)時(shí)還需根據(jù)當(dāng)?shù)厝照涨闆r，建筑物功能進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。有專家提出，考慮到起居室在南北是的采光需要，南北的窗墻面積比可取0.3；考慮到目前一些塔式住宅的情況，東西向的窗墻面積比可取0.35；考慮到南向出現(xiàn)落地窗、凸窗的機(jī)會(huì)較多，南向的窗墻面積比可取0.45。雖然增大了南向外窗的面積，但可充分利用太陽能的輻射熱降低采暖能耗。

3. 使用節(jié)能材料

組成窗的主材料有：框料、扇面、密封件、五金附件、遮陽設(shè)施?，F(xiàn)在新材料技術(shù)發(fā)展很快，選擇合適的材料也是節(jié)能的有效途徑。

① 框料窗框型材約占窗洞口面積的15%-30%，也會(huì)造成一定的能量流失。一般的材料有木材、金屬和塑料，而隨著材料技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在又有斷熱鋁材、斷熱鋼材、塑料型材、玻璃鋼材及復(fù)合材料（鋁塑、鋁木等）。

下面主要介紹下斷熱橋技術(shù)。斷熱金屬型材節(jié)能效果很好好，金屬導(dǎo)熱比較好，室內(nèi)外溫差大時(shí)，鋁合金就成了傳遞熱量的“橋,斷橋就是將鋁合金從中間斷開，采用隔熱材料與兩邊的鋁合金連接，比如塑料。這樣就減小了熱量的傳遞。

目前的斷熱技術(shù)有兩種工藝：一種是注膠式，這種技術(shù)既可以生產(chǎn)對(duì)稱型材也可以生產(chǎn)非對(duì)稱型材，是利用澆注式處理流體填補(bǔ)成型空間。另一種是斷熱條嵌入技術(shù)。由于隔熱條的加入使型材形成多種斷面，有良好的強(qiáng)度。另外隔熱條中的玻璃纖維排列有序，能夠長(zhǎng)時(shí)間承受高壓應(yīng)力和高剪切應(yīng)力（如下表），隔熱條的線膨脹系數(shù)設(shè)置為與型材近似，可保持良好的整體性。并且窗內(nèi)外可采用不同的顏色、表面處理。

②扇面對(duì)于一般窗戶，扇面約占窗洞口面積的65%-75%。普通的單層玻璃保溫隔熱性能很差?，F(xiàn)在有通過改變透光率、傳熱系數(shù)、遮陽系數(shù)改變其性能的方式。一般有以下幾種：中空玻璃、夾層玻璃、鋁合金窗、塑料窗、玻璃鍍膜、玻璃著色。

1）中空玻璃：不同于普通雙層玻璃，是將兩片或多片玻璃以有效支撐均勻隔開并周邊粘結(jié)密封，是玻璃間形成有干燥氣體的空間。玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)是0.77w/mk 而空氣的是0.028w/mk。玻璃的熱傳到率是空氣的27倍，因此使用中空的玻璃扇面可以有效的減小能量損失。

2）夾層玻璃：就是在兩塊玻璃之間夾進(jìn)一層聚乙烯醇縮丁醛為主要成分的PVB中間膜。破碎后不易脫落，不易傷人，且防彈。能有效減少陽光的投射.玻璃鍍膜：用物理或化學(xué)工藝，改變玻璃表面的熱反射特性，將太陽輻射直接反射回去，從而提高玻璃的遮陽隔熱性能。

3）玻璃著色：在制作過程中加入色劑。著色玻璃的遮陽和隔熱性能明顯高于透明玻璃。但是因其吸熱是自身溫度升高，保溫效果就有所降低。

4. 連接縫的密封

墻體與窗框的連接處、窗框與玻璃的連接處都需要選擇正確的密封材料，既影響著建筑物的保溫節(jié)能效果，又關(guān)系到墻體、窗體的防水效果?，F(xiàn)在窗框與墻體之間通常是用聚胺酯發(fā)泡體做填充、三元乙丙膠條和硅膠。聚胺酯發(fā)泡體不僅有填充作用，還有較好的密封保溫和隔熱性能。窗框與玻璃連接是用密封條，密封條又分為毛條和膠條。在安裝是應(yīng)選擇質(zhì)量較好連接較緊密的，負(fù)責(zé)經(jīng)日曬雨浸后很容易與窗體脫離，保溫隔熱效果下降。毛條由底板和毛刷組成，經(jīng)過硅化處理，一般用于推拉門窗，固定在門窗扇上隨其移動(dòng)，以彌補(bǔ)推拉門窗上下縫隙通風(fēng)的缺點(diǎn)。

5. 五金附件的選擇

包括執(zhí)手、滑撐、撐擋、拉手、窗鎖。門窗靠五金附件來完成其開啟、關(guān)閉，若不能正常開啟關(guān)閉，除了影響門窗正常使用，對(duì)其保溫隔熱也會(huì)有一定影響。一般有多鎖點(diǎn)五金件和單鎖點(diǎn)五金件，多鎖點(diǎn)節(jié)能效果較好，其鎖點(diǎn)和鎖坐分布在整個(gè)門窗的四周。對(duì)于效果較好的五金附件，門窗鎖閉后，鎖點(diǎn)、鎖坐牢牢的扣在一起，與鉸鏈或滑撐結(jié)合，壓緊密封條，是室內(nèi)密封，達(dá)到保溫隔熱目的。

6. 優(yōu)化門窗框型材的斷面結(jié)構(gòu)

同樣的材料采用的斷面結(jié)構(gòu)不同，隔熱效果也會(huì)不同，而且隨著材料不斷革新，也應(yīng)有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式使其發(fā)揮作用。一般采取的方法有：①加大隔熱條的寬度或連接內(nèi)外鋁框的隔熱芯子的厚度，這樣可以使框架斷面更緊湊；②采取多空腔隔熱條設(shè)計(jì)，和采用中空玻璃的原理是一樣的，減小熱傳導(dǎo)而節(jié)能；③加寬隔熱條填充發(fā)泡材料；④密封結(jié)構(gòu)應(yīng)與框架等性能配套，使得各部件良好的結(jié)合。

7. 添加遮陽設(shè)施

這種方法只對(duì)于日照過于強(qiáng)烈的建筑適用，用來減少日照強(qiáng)度以保證室內(nèi)溫度正常，尤其是對(duì)于夏季有空調(diào)的建筑，可以節(jié)約空調(diào)運(yùn)行所耗費(fèi)的能量。選用遮陽設(shè)施需要考慮窗口朝向、太陽光強(qiáng)度、建筑物所處位置等因素。一般考慮可活動(dòng)的遮陽設(shè)施，以便在不同的季節(jié)不影響正常采光。

四、新材料技術(shù)在門窗節(jié)能中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的新型材料在設(shè)計(jì)中代替了原來的玻璃材料成為節(jié)能環(huán)節(jié)的一部分，功能也逐漸多樣化，有些甚至是窗是墻或是頂沒有明顯得界限。雖然有些還沒有得到廣泛地應(yīng)用，但是因其特殊的性能，有很廣闊的發(fā)展空間。

1.ETFE

水立方的出現(xiàn)可謂讓ETFE大紅大紫，其美麗的外觀在建筑材料中獨(dú)占鰲頭。ETFE全稱乙烯-四氟乙烯共聚物，是一種人工高強(qiáng)度氟聚合物，可塑樹脂。這種材料不僅輕便、承拉能力、可塑性強(qiáng)，采光性也很好，可以是陽光透過而使建筑物內(nèi)部明亮溫暖，可以認(rèn)為它是屋頂也可認(rèn)為它是扇大天窗，節(jié)約建筑材料也節(jié)約能量。另外，此材料假如做加工，還可以作為太陽能板來發(fā)電。

2. 龍膜

龍膜玻璃處理膜是由聚酯和金屬化涂層通過粘膠合成的一種很薄的膜，直接貼在玻璃表面，把普通玻璃變成高性能玻璃。它能阻擋太陽熱量、99%有害紫外線及耀眼的、不適的眩目強(qiáng)光，同時(shí)允許眩目控制的日光通過。夏季能反射熾熱太陽的熱量，而冬季具有低輻射率膜以再輻射熱量。

3. PTFE膜材

PTFE是一種名為聚四氯乙烯的纖維，和ETFE一樣承拉能力強(qiáng)，可以做成很大的跨度。膜材厚度可薄達(dá)1mm，防紫外線，防風(fēng)化，而且具有高反射性。

4. PVC型材

PVC：聚氯乙烯。在建筑中，硬質(zhì)PVC型材的導(dǎo)熱系數(shù)比鋼和鋁合金都高，其對(duì)能量的散失只是鋼窗的26%，鋁合金的30%。并且表面可以做得比普通窗光滑，不易沾塵、密閉性好。此外，PVC型材在隔音、防老化、外觀方面都很出色。

5. ASA

ASA樹脂是由苯乙烯、丙烯腈和壓克力橡膠等三元聚合物共聚合而成的一種抗沖改性樹脂, 具有很強(qiáng)的耐候性和比較好的耐高溫性能,即使無涂層保護(hù), 長(zhǎng)期暴露于紫外線、濕汽、熱、寒和沖擊下，仍能保持其顏色穩(wěn)定性。 可以熱壓、注塑和吹塑成型。在彩擠塑窗中已得到應(yīng)用。

6. 透明混凝土

這種混凝土材料是在不用水得情況下，使透明的熱塑性樹脂和氧化鋁等無機(jī)材料凝固后形成，可以透射室外光。據(jù)悉，5cm厚的透明混凝土可以透射20%的自然光，可以減少室內(nèi)燈光的使用。

五、門窗節(jié)能的發(fā)展趨勢(shì)

雖然我國(guó)的門窗用料已從單純的木材、鋼材發(fā)展為復(fù)合材料、功能也多樣化，但是我國(guó)能耗仍是發(fā)達(dá)國(guó)家的兩倍，自然資源還在不斷地減少，低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排仍是人們持續(xù)關(guān)注的話題。結(jié)合密閉、保溫、隔熱的使用要求，節(jié)能門窗應(yīng)向以下方向發(fā)展：

1）盡量采用平開窗：介于其優(yōu)良的保溫隔熱性能，門窗市場(chǎng)會(huì)向平開窗方向發(fā)展并引導(dǎo)平開窗的技術(shù)不斷進(jìn)步。

2）彩擠塑窗：彩塑型材分為彩色涂層、彩色整體、雙色共擠幾種生產(chǎn)發(fā)法和技術(shù)工藝，前兩種受質(zhì)量和成本制約，發(fā)展受限。而雙色共擠是把兩種不同顏色的同種或不同種材質(zhì)擠壓成一個(gè)整體。不僅保溫隔熱性能好，美觀，加入ASA、PVC等材料更是可以抗紫外線、抗老化、抗降解。

3）塑鋁復(fù)合：塑料型材是繼木、鋼、鋁之后迅速發(fā)展起來的，但其耐沖擊能力并不太好，而鋁、鋼等耐沖擊材料可以彌補(bǔ)其缺點(diǎn)。而塑料型材又可彌補(bǔ)金屬型材導(dǎo)熱率大、顏色單調(diào)的缺點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]百度百科

[2]豆丁文檔《塑料門窗工程技術(shù)規(guī)程》

[3]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部

[4]中國(guó)建材網(wǎng)《何為真正的節(jié)能門窗》

[5]《從建材展看塑鋼門窗發(fā)展方向》