低碳視角下鋁門窗及幕墻的節(jié)能設(shè)計(jì)要素

羅 濤（廣東工業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 510090）

低碳視角下鋁門窗及幕墻的節(jié)能設(shè)計(jì)要素

羅 濤（廣東工業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 510090）

當(dāng)前鋁合金門窗與建筑幕墻已成為建筑的重要外墻圍護(hù)表現(xiàn)形式，對其節(jié)能技術(shù)的探討體現(xiàn)了現(xiàn)代建筑低碳節(jié)能的發(fā)展要求。本文結(jié)合作者的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對影響鋁門窗和建筑幕墻節(jié)能的主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了簡單的探討和分析，并提出提高鋁合金門窗與建筑幕墻熱工性能應(yīng)該采取的方法和措施，期待門窗建筑幕墻節(jié)能技術(shù)得到進(jìn)一步提升。

低碳；鋁門窗；幕墻；建筑能耗；節(jié)能

1 研究的背景

現(xiàn)代工業(yè)文明對自然無休止的索取和非理性的征服，造成人類與自然的尖銳對立， 使人類正面臨著人口危機(jī)、能源短缺和環(huán)境惡化的多重威脅。氣候變化、CO2排放與城市化過程相交織，人們需要改變過去高消耗、高增長的模式來應(yīng)對當(dāng)前所面臨的一系列生態(tài)環(huán)境問題，加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。具體來說，追求綠色、循環(huán)、低碳發(fā)展模式來化解18世紀(jì)中葉開始的工業(yè)革命的“高碳”給人類帶來的災(zāi)難風(fēng)險(xiǎn)。在全球變暖、霾等極端天氣氣候事件多發(fā)重發(fā)的背景下，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)逐漸成為各級決策者的共識。綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展、節(jié)能減排，促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展，既是保護(hù)全球氣候環(huán)境的關(guān)鍵，也是開啟生態(tài)文明建設(shè)、科學(xué)發(fā)展的重要措施。

2 提高建筑門窗、幕墻節(jié)能的重要性、迫切性

中國是世界上最大的能源消耗國，目前我國的能源消耗量約占全球總消耗量的23%，其中建筑方面的能耗約占全社會總能耗的33%，而門窗、建筑幕墻作為建筑重要的組成部件，其面積雖然只占到建筑物建筑面積的20%到30%，但能源損失卻占到整個建筑物的50%左右，特別是公共建筑，部分建筑物的窗墻比高達(dá)70%，更增加了能量的流失，因此控制門窗、建筑幕墻的能源消耗，提升門窗、建筑幕墻熱工性能才是建筑節(jié)能的關(guān)鍵。而門窗、建筑幕墻的節(jié)能，關(guān)鍵是設(shè)計(jì)。

3 提高門窗、幕墻熱工性能的設(shè)計(jì)措施

鋁合金門窗、建筑幕墻的節(jié)能，主要是指通過門窗、幕墻產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、材料選用等措施，使建筑物在使用過程中，以盡可能低的能量消耗而獲得理想的溫度環(huán)境和光環(huán)境的過程。

眾所周知，熱傳遞主要有三種方式，即熱傳導(dǎo)、對流和熱輻射。鋁門窗與建筑幕墻傳熱方式也不例外。鋁門窗與建筑幕墻主要是由鋁合金型材與玻璃面板等組合而成，鋁合金型材與玻璃面板的熱傳導(dǎo)系數(shù)都比較高、熱穿透率也比較大。因而，鋁門窗和建筑幕墻節(jié)能技術(shù)的關(guān)鍵和核心是對熱傳導(dǎo)、對流與熱輻射這幾種熱傳遞方式的控制、減少熱量傳遞。

3.1 因氣候制宜

鋁合金門窗、建筑幕墻的節(jié)能，在冬天要盡可能使更多的太陽光進(jìn)入到室內(nèi)，從而減低室內(nèi)的供暖損耗；在夏天要充分利用遮陽系統(tǒng)，盡可能使室外的太陽光、熱量不進(jìn)入到室內(nèi)，從而降低空調(diào)制冷系統(tǒng)的耗能，這是似乎矛盾的兩個要求，但只要通過采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施，可以在不同地區(qū)得到行之有效的平衡。

在以取暖為能耗主體的寒冷及嚴(yán)寒地區(qū)的建筑，以門窗、建筑幕墻的熱傳導(dǎo)系數(shù)U值為主要控制目標(biāo)；在制冷空調(diào)為能耗主體的夏熱冬暖的地區(qū)建筑，則以遮陽系數(shù)SC為主要控制目標(biāo)；而處于中間過渡地帶夏熱冬冷地區(qū)的建筑則兩者需要兼顧。

3.2 嚴(yán)格控制窗墻比

某一朝向的建筑外窗(包括透明幕墻)總面積，與同朝向墻面總面積(包括建筑外窗面積在內(nèi))之比，簡稱窗墻比，一般來說，建筑外窗的傳熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同面積、同朝向的建筑實(shí)體外墻的傳熱系數(shù)，因此采暖、制冷的能耗會隨著窗墻面積比例的增加而增加，在通風(fēng)采光允許的前提下，控制窗墻面積比例，比設(shè)計(jì)保溫窗簾和保溫窗板更有效果?！豆步ㄖ?jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189-2005）規(guī)定的窗墻面積比的上限為0.7，這是從科學(xué)、客觀層面集中考慮的體現(xiàn)。

3.3 盡可能采用節(jié)能型的玻璃面板

玻璃是鋁合金門窗與幕墻的主要材料，建筑玻璃是熱良好的導(dǎo)體與太陽輻射的良好透過體,據(jù)統(tǒng)計(jì)，門窗上玻璃的面積一般占到整個門窗面積的70%-80%左右，所以玻璃的選用就成為了設(shè)計(jì)節(jié)能門窗、幕墻的關(guān)鍵。

當(dāng)前，鋁合金門窗與建筑幕墻所使用的玻璃品種有很多，比如浮法透明玻璃、光致變色玻璃、光電玻璃、低輻射鍍膜玻璃、中空LOW-E玻璃、夾層中空玻璃等，都各有側(cè)重、不同程度地降低建筑能耗。因而，要根據(jù)建筑物設(shè)計(jì)與節(jié)能的需要，科學(xué)合理選擇玻璃。一方面，可采用Low-E玻璃處理技術(shù)，LOW-E玻璃具有輻射率低，紅外線反射率高，吸熱少、升溫低、二次輻射熱量低的特點(diǎn)。在夏季，這種玻璃的LOW-E涂層可把來自太陽的紅外線輻射反射出去，從而防止太陽熱量進(jìn)入室內(nèi)。這可減少進(jìn)入建筑物內(nèi)部的太陽熱增量(Solar heat gain)。而在冬季，該涂層可把較溫暖的室內(nèi)的熱量反射回室內(nèi)，防止它們流失。另一方面，可采用中空玻璃處理技術(shù)。中空玻璃在兩層或多層之間充以干燥的空氣、惰性氣體等，使玻璃與玻璃之間形成空隔以達(dá)到減少熱量的損耗和阻擋聲音的傳遞，可起到良好的節(jié)能、隔熱、隔音效果。再一方面可以采用光致變色玻璃，光致變色玻璃是一種新型的功能玻璃，這種由基礎(chǔ)玻璃和光致變色系統(tǒng)組成的裝置，利用光致變色材料在溫度作用下而引起的透光（或吸收）性能的可調(diào)性，可實(shí)現(xiàn)按人的意愿調(diào)節(jié)光照度的目的。同時(shí)，光致變色系統(tǒng)通過選擇性地吸收或反射外界熱輻射和阻止內(nèi)部熱擴(kuò)散，可使建筑物在夏季保持涼爽、冬季保持溫暖，從而達(dá)到節(jié)省能源消耗的目的。

通過對比表1，我們發(fā)現(xiàn)中空Low-E玻璃的U值最低和遮陽系數(shù)最好。

3.4 選用斷橋隔熱鋁型材

鋁合金型材在門窗及建筑幕墻系統(tǒng)中，不但起到龍骨支撐的作用，而且對門窗幕墻的節(jié)能效果也有比較大的影響。一般情況下，鋁合金型材斷面要比玻璃面積小很多，因此，其導(dǎo)熱的效果對節(jié)能的影響較大，為此，產(chǎn)生了斷橋隔熱鋁合金型材，即室內(nèi)、室外層由鋁合金型材組成，中間層由導(dǎo)熱系數(shù)比較低的PA66尼龍材料連接而成，簡稱隔熱型材。斷橋隔熱型材目前主要有兩種生產(chǎn)方式，一是采用鋁合金型材與隔熱條材料，通過機(jī)器開齒、穿條、滾壓等工序形成“隔熱條”，稱作“穿條式”斷橋隔熱型材；另一種是把隔熱材料澆注灌入鋁合金型材的隔熱腔內(nèi)，經(jīng)過冷卻、固化，再去除斷橋金屬等工序形成“隔熱條”，稱作“澆注式”隔熱型材。

表1 常用建筑玻璃的技術(shù)參數(shù)

圖1 穿條式隔熱型材及澆注式”隔熱型材示意圖

斷橋隔熱鋁合金型材主要優(yōu)點(diǎn)是剛性好、熱阻大、裝飾性能好。通過隔音、隔熱、達(dá)到節(jié)能環(huán)保的要求，斷橋隔熱鋁合金型材能有效降低室內(nèi)外的熱量交換，可節(jié)省45%以上能源。并且由于門窗內(nèi)表面溫度與室溫相接近，還能降低室內(nèi)門窗結(jié)露的風(fēng)險(xiǎn)。

斷橋隔熱鋁合金型材的多腔體結(jié)構(gòu)，有效降低聲波的共振現(xiàn)象的產(chǎn)生，可以阻隔聲音的傳遞，制造一個寧靜、舒適的室內(nèi)環(huán)境。同時(shí)在夏季減少了空調(diào)損耗，在冬季減少了采暖設(shè)備的使用，鋁合金型材完全可回收、能夠再循環(huán)利用，利于環(huán)境的保護(hù)。

3.5 采取有效的遮陽措施

設(shè)計(jì)合理的建筑遮陽產(chǎn)品可以有效的遮擋陽光輻射，防止眩光，使室內(nèi)照度分布比較均勻，抑制室內(nèi)溫度的大幅上升，從而降低室內(nèi)空調(diào)能耗，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。遮陽系統(tǒng)的設(shè)置形式有多種，根據(jù)位置分為外遮陽、中間遮陽、內(nèi)遮陽。根據(jù)固定方式又可分為固定式遮陽及活動式遮陽。就遮陽形式來分，通常可分為四類：水平遮陽、垂直遮陽、綜合式遮陽和擋板式遮陽?，F(xiàn)實(shí)中可通過一種或綜合多種的遮陽裝置來降低建筑的遮陽系數(shù)。

圖2 各種類型遮陽系統(tǒng)示意圖

3.6 合理選用門窗五金配件

長期以來人們往往被“五金配件”的“配”所誤導(dǎo)，內(nèi)心里認(rèn)為五金配件是門窗中的一個配角，不起關(guān)鍵性作用，實(shí)質(zhì)上是一個誤解。五金配件作為門窗的核心部件，不但與建筑門窗的氣密性、水密性以及抗風(fēng)壓性能息息相關(guān)，而且與安全等性能也緊密聯(lián)系在一起。選擇材質(zhì)好的門窗五金配件是節(jié)能門窗的基本保證。材質(zhì)差的門窗配件容易老化、碎裂。采用材質(zhì)差的五金配件門窗在使用一段時(shí)間后，就有可能出現(xiàn)門窗開關(guān)不靈活或者無法開關(guān)的情形，從而使門窗失去功能。這樣的門窗五金配件不但不能保證建筑門窗的氣密性能，而且還會給人們的生命安全帶來嚴(yán)重的危害，導(dǎo)致意外的發(fā)生。這就要求設(shè)計(jì)師在選擇門窗五金配件時(shí)一定要選擇有質(zhì)量保證的品牌產(chǎn)品，不能夠貪圖便宜，因小失大。

在門窗五金配件的合理選擇上面，要挑選密封性能好、開關(guān)靈活好的五金配件產(chǎn)品，對于開啟扇系統(tǒng)，一定要根據(jù)開啟扇的尺寸，風(fēng)荷載的大小，合理設(shè)計(jì)傳動器鎖閉系統(tǒng)，不能未經(jīng)計(jì)算，單憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)鎖點(diǎn)個數(shù)。因?yàn)樵陲L(fēng)壓作用下，鎖點(diǎn)作為框、扇之間的傳力裝置，對開啟扇的結(jié)構(gòu)安全和密封性起到至關(guān)重要的作用，如果鎖點(diǎn)數(shù)量不夠，開啟扇在受到正、負(fù)風(fēng)壓時(shí)，沒有布置鎖點(diǎn)的框、扇位置就有可能發(fā)現(xiàn)較大的變形，出現(xiàn)縫隙，使得冷熱空氣通過框、扇之間的縫隙流動，形成對流，消耗能量，使門窗達(dá)不到節(jié)能效果。鎖閉良好的鎖點(diǎn)系統(tǒng)，在風(fēng)荷載的作用下，框、扇撓度變形同步，密封條能隨時(shí)保持良好的密封效果。阻隔冷熱空氣流動。

4 結(jié) 語

在當(dāng)前全球氣候變暖、世界走向低碳的大背景下，發(fā)展以低能耗、低污染為基礎(chǔ)的低碳經(jīng)濟(jì)成為中國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的方向，做好鋁門窗與幕墻的節(jié)能工作，對促進(jìn)建筑節(jié)能、低碳發(fā)展的作用不言而寓。建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，這是時(shí)代賦予能耗產(chǎn)業(yè)的使命和責(zé)任，對于門窗幕墻的節(jié)能，應(yīng)在因地制宜、科學(xué)合理的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)鋁合金門窗與建筑幕墻產(chǎn)品，選擇節(jié)能型的玻璃、節(jié)能型鋁型材以及優(yōu)質(zhì)五金配件，并充分考慮遮陽的影響，加強(qiáng)鋁門窗與建筑幕墻的密封性能，綜合考慮各個方面因素，才能提高鋁門窗與建筑幕墻產(chǎn)品的節(jié)能性能。

[1]陳武文.玻璃幕墻的遮陽節(jié)能技術(shù)[N]，方大集團(tuán)股份有限公司網(wǎng)站；

[2]陳海輝.一種新型幕墻的節(jié)能原理及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2005(1)。

[3]《建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)范》JGJ/T151-2008

Energy saving design elements of aluminum doors and windows and curtain wall in low carbon perspective

The current aluminum alloy doors and windows and building curtain wall has become an important form of external wall envelope, its energy-saving technology embodies the modern building energy-saving low-carbon development requirements.This paper will combine the author's practical experience, to the aluminum doors and windows and building curtain wall energysaving design of the main points of a simple discussion and analysis, and proposed to improve the aluminum alloy doors and windows and thermal performance of building curtain wall methods and measures should be taken, Curtain wall energy-saving technology has been further improved.

low carbon；aluminum windows and doors；curtain wall；building energy consumption；energy saving

TU201.5

：B

：1003-8965(2017)02-0011-02