影響門窗保溫性能的因素及改進措施

張嘯龍

摘 要：建筑門窗作為建筑外圍護結構的一個重要組成部分，是連接室內外的建筑結構，具有隔絕空間的作用。建筑門窗是否具有良好的隔熱保溫性能，減少室內能源損耗，在建筑節(jié)能中具有舉足輕重的作用?，F(xiàn)在市面上的門窗品種繁多，現(xiàn)對影響門窗保溫性能的因素及改進措施作簡單的研究分析。

關鍵詞：門窗；保溫性能；建筑節(jié)能

1 引言

門窗的傳熱系數(shù)（即保溫性能）是指在單位時間內通過單位面積的傳熱量。傳熱系數(shù)越大，熱損失就越大，保溫性能就越差。通過門窗的熱量的損失方式有三種：（1）對流：冷熱空氣通過門窗的縫隙相互流動，由氣體流動造成熱量交換，導致熱量損失。（2）傳導：是門窗本身材料的分子運動進行的熱量傳遞，從材料的一個面?zhèn)鬟f到另一個面，導致熱量損失。（3）輻射：主要通過玻璃以射線型式傳播，不依靠任何介質，導致熱量損失。門窗保溫性能的優(yōu)劣，取決于兩方面：第一：門窗外框、門窗扇框（一下簡稱框體）是什么材料，是否具有隔熱保溫功能；第二：是否使用了中空玻璃。這兩點是門窗具備保溫性能最基本的要求。經(jīng)過不完全統(tǒng)計一般居住建筑，通過建筑外門窗損失的能量占建筑總能耗的近5成，顯然建筑門窗作為建筑物的一部分，保溫性能是最薄弱的，但也是最具有提升空間的。因此提高建筑門窗的保溫性能是提高建筑節(jié)能的一個重要途徑。

2 影響保溫性能的因素及改進措施

2.1 建筑外門窗保溫性能分級及檢測方法

根據(jù)GB/T 8484-2008《建筑外門窗保溫性能分級及檢測方法》規(guī)定，該標準基于穩(wěn)定傳熱原理，采用標定熱箱法檢測建筑門、窗的傳熱系數(shù)。試件一側為熱箱，模擬采暖建筑冬季室內氣候條件，另一側為冷箱，模擬冬季室外氣溫和氣流速度。在對試件縫隙進行密封處理，試件兩側各自保持穩(wěn)定的空氣溫度、氣流速度和熱輻射條件下，測量熱箱中發(fā)熱器的發(fā)熱量，減去通過熱箱外壁和試件框的熱損失，除以試件面積和兩側空氣溫差的乘積，即可計算得出試件的傳熱系數(shù)K值。建筑外門、外窗傳熱系數(shù)K值分為10級，見表1。

2.2 門窗材料對保溫性能的影響

制作門窗最主要的材料是型材和玻璃，這也是影響保溫性能最重要的兩個部分?，F(xiàn)在具有節(jié)能要求的建筑門窗最基本的配置是中空玻璃+隔熱型材，其中玻璃占據(jù)整個門窗絕大部分面積，所以玻璃的隔熱保溫性能的優(yōu)劣直接影響門窗的保溫性能。

（1）節(jié)能型門窗配置的玻璃必須是中空玻璃，而玻璃的品種、空氣層的厚度和氣體種類對中空玻璃傳熱系數(shù)的影響也是很明顯的。根據(jù)DGJ 08-107-2015《公共建筑節(jié)能設計標準》附錄C中的C.0.2可以看出，見表2。

根據(jù)上表可以歸納出以下三點：（1）鍍低透光Low-E膜的玻璃傳熱系數(shù)更低；（2）玻璃中間層充氬氣的玻璃傳熱系數(shù)更低；（3）三玻兩腔中空玻璃比兩玻單腔中空玻璃的傳熱系數(shù)更低。針對上述三點，可以總結出提高玻璃傳熱系數(shù)的方法有：（1）選擇透光率更低的Low-E膜進行鍍膜或者從單面鍍膜變成雙面鍍膜，降低輻射造成的熱量損失；（2）在中空玻璃中間的氣體層充惰性氣體比如氬氣Ar，降低氣體流動造成的熱量傳遞；（3）改變玻璃結構：使用雙層玻璃（中空玻璃）或三層玻璃（三玻兩腔），多重阻隔空氣流動，減小熱量損失。同時，使用高性能的粘結膠，將兩片玻璃和內含干燥劑的鋁條粘結，制成高效能的隔熱玻璃。一旦粘結出現(xiàn)錯誤，玻璃內部出現(xiàn)漏氣漏水的情況，將無法達到隔熱效果。其次中空玻璃對密封膠的要求也很高，如果只用單道密封，密封壽命僅為5年，是玻璃幕墻規(guī)范中明文規(guī)定不準使用的，更何況用普通密封膠，其壽命就更短了，這種做法是不可取的。而且玻璃占整門窗面積的絕大部分，所以保證中空玻璃的質量對門窗的節(jié)能效果影響至關重要。

（2）型材的傳熱系數(shù)影響也很大，從保溫的角度來講，型材斷面垂直于熱流的方向最好是多腔結構，對通過的熱流可以起到多重阻隔的作用，型材內部的傳熱會被大大削弱。但對于金屬型材來說，多腔結構對提高保溫性能的作用很小，因為金屬是熱的良導體，傳熱非?？?，所以我們可以用隔熱性能較好的材料（比如塑料、木頭）隔斷在金屬材料中，制成復合型材。根據(jù)DGJ 08-107-2015《公共建筑節(jié)能設計標準》附錄C中的C.0.3章節(jié)可以看出，見表3。

從上表我們可以知道，木型材的傳熱系數(shù)最低，金屬型材的最高。在塑料型材中，型材內部腔體越多，保溫性能越好。在金屬隔熱型材中，隔熱條越高，保溫性能越好。所以選擇適當?shù)男筒膶μ岣弑匦阅苡泻艽髱椭?/p>

2.3 門窗氣密性能對保溫性能的影響

氣密性能是指門窗阻止空氣滲透的能力，是檢測建筑外門窗的一個重要參數(shù)，氣密性能的優(yōu)劣直接決定門窗的性能?？諝鉂B透形成對流，空氣滲透越大，其對流熱損失越大，保溫性能就越差。根據(jù)GB/T 8484-2008《建筑外門窗保溫性能分級及檢測方法》中的檢測原理可知，在進行保溫檢測時，需用透明膠帶將試件兩側的縫隙進行密封處理，這樣處理是為了使冷熱箱的溫度可以達到穩(wěn)定狀態(tài)，方便檢測數(shù)據(jù)的采集，但是這樣就杜絕了熱量通過縫隙形成對流造成的熱損失，與熱量實際損失的情況不符。因此，門窗的實際保溫性能應該把氣密性能造成的對流熱損失也考慮進去。

根據(jù)GB 50019-2015《工業(yè)建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》規(guī)定，加熱由門窗縫隙滲入室內的冷空氣的耗熱量可按下式計算：

Q=0.28cpρwnL（tn-twn）

式中：

Q ——由門窗縫隙滲入室內的冷空氣的耗熱量，W；

Cp ——空氣的定壓比熱容，cp=1kJ/（kg·℃）；

Ρwn ——供暖室外計算溫度下的空氣密度，kg/m3；

L ——滲透冷空氣量，m3/h；

tn——供暖室內設計溫度，℃；

twn ——供暖室外計算溫度，℃。

其中：

Ρwn=353/（twn+273）

計算時，模擬傳熱系數(shù)檢測條件，取室外溫度twn=-20℃，得出

Ρwn=1.395 kg/m3。

通過門窗縫隙滲透的冷空氣量為：

L=q2×S

式中：

L ——門窗的總空氣滲透量，m3/h；

q2 ——門窗的單位面積空氣滲透量，m3/（m2·h）；

S ——門窗的面積，m2。

將式2式3代入式1中，可得通過門窗縫隙損失的熱量為：

Q=0.28×1×1.395×q2×S×△t

由式4計算可得出，當建筑門窗室內外溫差為1℃時，單位面積空氣滲透熱損失為：

KQS=Q/（S×△t）=0.39q2

因此，實際使用中的門窗的綜合保溫性能的傳熱系數(shù)K應把空氣滲透熱損失KQS加上保溫檢測得到的傳熱系數(shù)K，得出：

K=KQS+ K

根據(jù)式6再結合氣密性能分級表可以計算出門窗對應的單位面積空氣滲透熱損失傳熱系數(shù)KQS和綜合傳熱系數(shù)K，這里假設門窗K=2.2W/（m2·K），見表4。

從表2可以看出，由于氣密性能的不同，空氣滲透熱損失的差距非常大，氣密性能越低，造成的空氣滲透熱損失越大，實際保溫性能也就越低。一個氣密性能為6級的門窗的傳熱系數(shù)要比實際的高出1.2W/（m2·K）～1.7W/（m2·K），實際保溫性能要比理論值差一個級別，差距非常明顯。而要提高門窗的氣密性能，可以從以下幾個方面入手：

（1）五金件：門窗有時候會出現(xiàn)閉合不嚴出現(xiàn)漏風等情況，可能是由于五金件的安裝位置出現(xiàn)偏差、調試不到位導致的?？梢詫︽i點、支撐桿等五金件進行適當?shù)恼{整，使門窗可以緊密閉合。

（2）密封條：在實際使用過程中，建筑門窗中密封條的質量問題主要表現(xiàn)在使用不久后變硬變脆，失去彈性和密封功能；或者在受到陽光照射后，出現(xiàn)粘附在窗框和玻璃上的情況，影響密封功能和美觀；或短時間內收縮脫槽脫落，失去密封作用，這些都會大大降低門窗的氣密性能。使用合格的密封條可以有效延長使用周期，并且與門窗形成一個整體，保證良好的氣密性能。

（3）型材：門窗在組裝的過程中，型材不平整、拼接處毛糙，會造成門窗出現(xiàn)較大縫隙。型材組裝不牢固，也會影響門窗的使用壽命，存在安全隱患。合格的型材應材料強度高、隔熱性能高、安裝質量高，型材拼接處應作密封處理，保證良好的氣密性能。

3 結語

目前，上海門窗保溫性能的設計要求已經(jīng)從原先的K≤2.8W/（m2·K）提高到K≤2.2W/（m2·K），但是和一些發(fā)達國家還是有著較大的差距，北歐和北美國家的門窗的保溫性能一般是K≤2.0W/（m2·K）的，有的甚至可以達到1.1～1.2W/（m2·K）。我國是一個能耗大國，國家各方面的迅猛發(fā)展離不開巨大的能源消耗，地球的資源是有限的，所以節(jié)能減排勢在必行。建筑門窗作為建筑保溫節(jié)能的一個弱項，還有很大的發(fā)展空間，隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，對節(jié)能減排的要求會更高更嚴格，研發(fā)更高效的節(jié)能門窗將是提高建筑節(jié)能的一個重要發(fā)展趨勢。

參考文獻：

[1] 王波，孫文遷.氣密性對建筑門窗保溫性能的影響[J].新型建筑材料，2012.

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[3] GB/T 8484—2008.建筑外門窗保溫性能分級及檢測方法[S].

[4] DGJ 08-107—2015.公共建筑節(jié)能設計標準[S].