外門窗（或玻璃幕墻）選擇對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的影響

文｜ 中央軍委事務(wù)管理總局 翟亞平

建筑節(jié)能是國(guó)家能源節(jié)約的重要手段之一。據(jù)資料顯示，我國(guó)社會(huì)總能耗的30%以上為建筑能耗，在建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)總能耗中，建筑外門窗（或玻璃幕墻）的能耗約占其能耗的49%左右，通過(guò)外門窗（或玻璃幕墻）損失的能量是其中的主要部分。因此，在工程設(shè)計(jì)中注重和加強(qiáng)建筑物外門窗（或玻璃幕墻）構(gòu)造形式的深化設(shè)計(jì)，是改善建筑物熱工性能，提高建筑節(jié)能的重要途徑，而改善建筑外門窗（或玻璃幕墻）的節(jié)能性能又是其中的重點(diǎn)。

1 外門窗（或玻璃幕墻）的熱工性能和節(jié)能設(shè)計(jì)要求

隨著人們建筑理念的變化，建筑外立面越來(lái)越多的大面積采用落地玻璃窗或玻璃幕墻。外門窗或玻璃幕墻在建筑物中的作用是多方面的，除需要考慮外立面的美觀需求，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分還擔(dān)負(fù)了保溫和隔熱作用，還需考慮采光、通風(fēng)、日照等功能要求。

1.1 外門窗（或玻璃幕墻）的保溫功能

在各類建筑中特別是住宅建筑中，通過(guò)外門窗（或玻璃幕墻）的熱損失占很大一部分。通常，外門窗的面積占到一套房子的15～20%以上，如果設(shè)計(jì)采用玻璃幕墻則占比更大。現(xiàn)代建筑為了美觀和時(shí)尚更多采用落地窗和玻璃幕墻，如果沒(méi)有選用節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)高的門窗（或玻璃幕墻），由此散失的熱能量將高達(dá)30～35%以上。通過(guò)門窗框與墻體間縫隙的空氣滲透和通過(guò)門窗自身的玻璃、金屬窗框的傳熱，是外門窗（或玻璃幕墻）熱損失的兩個(gè)主要途徑。而窗（含陽(yáng)臺(tái)門上部透明部分）墻比、窗扇的開(kāi)啟方式、窗戶的構(gòu)造形式、生產(chǎn)窗戶的材料及生產(chǎn)工藝等因素都影響窗戶的保溫性能。為改善窗戶的保溫性能，設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)做好以下幾方面工作：

（1）控制窗墻面積比

窗墻面積比是指窗洞口面積與所在房間立面單元面積的比值，是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。各類門窗特別是鋁合金門窗的傳熱性較之墻體的熱阻要小得多。鋁合金單玻門窗的傳熱系數(shù)K值為6w/(m2·K)左右，約為24cm厚磚墻的3倍。因此，建筑中外門窗（或玻璃幕墻）面積的大小及其保溫隔熱性能的優(yōu)劣，對(duì)建筑的采暖和空調(diào)能耗都有很大的影響。研究表明，窗、墻比為50%的房間與30%的房間相比，空調(diào)運(yùn)行負(fù)荷要增加17%～25%。大面積窗特別是東、西向大面積玻璃窗對(duì)建筑節(jié)能極為不利。（見(jiàn)北京市《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)不同朝向的窗墻面積比的規(guī)定）。

在實(shí)踐中，一些設(shè)計(jì)單位為了追求立面效果，應(yīng)對(duì)建設(shè)單位的要求，在住宅設(shè)計(jì)中廣泛采取大面積落地玻璃窗或玻璃幕墻，片面的追求美觀和采光要求，而忽視了節(jié)能指標(biāo)的要求。一些建設(shè)單位為增加使用面積，要求設(shè)計(jì)人員加大陽(yáng)臺(tái)尺寸，整個(gè)南面全部設(shè)計(jì)為全玻璃落地窗封閉陽(yáng)臺(tái)。這樣一來(lái)陽(yáng)臺(tái)就形成了一個(gè)溫室，影響了房間的通風(fēng)散熱效果。一些塔樓的東向和西向的陽(yáng)臺(tái)或外窗也設(shè)計(jì)為較大面積的落地玻璃窗，都大大的增加了建筑能耗。設(shè)計(jì)中應(yīng)嚴(yán)格按建筑節(jié)能設(shè)計(jì)要求控制窗墻比。

表1 不同朝向的窗墻面積比M1限值和最大值

（2）提高外門窗（或玻璃幕墻）的熱工性能

提高外門窗（或玻璃幕墻）的隔熱性能可分為提高窗框部位的隔熱性能和玻璃的隔熱性能兩部分。通過(guò)外門窗（或玻璃幕墻）的熱損失，它的數(shù)值主要取決于構(gòu)造和材料的導(dǎo)熱系數(shù)。根據(jù)《建筑外窗保溫性能分級(jí)及檢測(cè)方法》和北京市《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，建筑外門窗（或玻璃幕墻）的傳熱系數(shù)K不宜大于2.8w/(m2·K)。經(jīng)測(cè)算，在北京地區(qū)，當(dāng)外窗K值減小到2.8w/(m2·K)時(shí)，冬季從南向外門窗（或玻璃幕墻）進(jìn)入的太陽(yáng)輻射熱大于通過(guò)門窗的熱損失，有利于節(jié)能。因此，建筑外門窗（或玻璃幕墻）保隔熱溫性能應(yīng)符合建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在外門窗的設(shè)計(jì)選型中，一是對(duì)材料提出要求，二是對(duì)外門窗的構(gòu)造提出節(jié)能要求。設(shè)計(jì)上提高外門窗（或玻璃幕墻）節(jié)能指標(biāo)的技術(shù)措施主要有三方面: 隔斷外門窗框（或玻璃幕墻框）的熱橋；提高外門窗（或玻璃幕墻）密閉性；增加玻璃層數(shù)或玻璃間的間隔，選擇具有反射陽(yáng)光功能的玻璃。針對(duì)玻璃能耗大的情況，要正確選擇玻璃類型，玻璃占整個(gè)成品窗80%左右的面積，正確選用對(duì)窗戶的節(jié)能效果至關(guān)重要?？蛇x用的節(jié)能玻璃的種類主要有：吸熱玻璃、熱反射鍍膜玻璃、Low-E 低輻射鍍膜玻璃、中空玻璃、真空玻璃等，根據(jù)節(jié)能要求可設(shè)計(jì)為二層或三層，設(shè)計(jì)中要合理選用。對(duì)于金屬外門窗框和副框框料，一定要選用采取了隔斷熱橋措施的型材。窗戶已作為一種商品在市場(chǎng)上表現(xiàn)了豐富的多樣性，增加了設(shè)計(jì)的選擇性。建設(shè)單位在窗戶的采購(gòu)上往往更多考慮的是造價(jià)因素，采用什么規(guī)格和形式的窗戶現(xiàn)實(shí)中往往由建設(shè)單位來(lái)確定。因此，許多設(shè)計(jì)單位就只設(shè)計(jì)了外門窗的尺寸，沒(méi)有提出節(jié)能指標(biāo)要求，完全由建設(shè)單位自行選定，然后再由門窗生產(chǎn)單位進(jìn)行二次設(shè)計(jì)。由于受利益的驅(qū)動(dòng)，一些生產(chǎn)商只考慮成本而不考慮節(jié)能，致使市場(chǎng)上門窗產(chǎn)品的質(zhì)量和節(jié)能性能良莠不齊，一些建設(shè)單位也只圖便宜，結(jié)果選定的窗戶節(jié)能很差。設(shè)計(jì)單位必須要考慮外門窗的節(jié)能保溫要求，必須就外窗的氣密性、保溫性能、中空玻璃露點(diǎn)、玻璃遮陽(yáng)系數(shù)和可見(jiàn)光透射比等指標(biāo)明確提出節(jié)能性要求，在工程竣工驗(yàn)收時(shí)，設(shè)計(jì)人員要認(rèn)真核查各項(xiàng)指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)節(jié)能要求。

（3）明確窗戶的密閉性能指標(biāo)

由于制造工藝方面的原因，一般窗戶（或玻璃幕墻）都會(huì)存在一定的縫隙，由于建筑室內(nèi)外風(fēng)壓、熱壓差的作用，室外冷空氣或熱空氣滲入室內(nèi)的量是相當(dāng)大的。俗語(yǔ)講“針尖大的窟隆，斗大的風(fēng)”，因此節(jié)能設(shè)計(jì)中一定要考慮外窗的氣密性能。北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定外窗、敞開(kāi)式陽(yáng)臺(tái)的陽(yáng)臺(tái)門（窗）應(yīng)具有良好的密閉性能，其氣密等級(jí)不應(yīng)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑外窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能分級(jí)及檢測(cè)方法》（GB/T7106-2008）中規(guī)定的7級(jí)水平，并要求作為強(qiáng)制性條文執(zhí)行。設(shè)計(jì)中應(yīng)適當(dāng)提高窗戶的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，盡可能選用密封性能好的平開(kāi)窗，推廣各類專門的通風(fēng)換氣窗，實(shí)現(xiàn)可控制的通風(fēng)換氣。從目前的生產(chǎn)工藝水平上看，平開(kāi)窗的密封性能好于推拉窗。推拉窗由于結(jié)構(gòu)上的缺陷，很難達(dá)到節(jié)能窗戶要求的氣密性指標(biāo)。北京地區(qū)風(fēng)沙大，空氣中懸浮顆粒物污染較重，安裝推拉窗后由于氣密性較差，室內(nèi)附著灰塵較大，對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量和室內(nèi)清潔影響也較大。設(shè)計(jì)中要強(qiáng)調(diào)對(duì)外窗的氣密性能要求，應(yīng)根據(jù)本地區(qū)氣候條件選用符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的外門窗。應(yīng)當(dāng)注意的是，真正的節(jié)能門窗，不是單一采用了隔熱斷橋型材或采用了節(jié)能玻璃，它是一個(gè)系統(tǒng)的完美組合，各環(huán)節(jié)性能的綜合作用，正確的把多種部件合理的組合成系統(tǒng)才是完善的節(jié)能門窗。

（4）細(xì)部設(shè)計(jì)要求

為提高建筑節(jié)能，特別要注重外門窗（或玻璃幕墻）細(xì)部構(gòu)造的設(shè)計(jì)。在外保溫體系中，出挑構(gòu)件和門窗框外側(cè)四周與墻體之間的部位易形成“熱橋”，此處熱損失相當(dāng)可觀，在門窗框與外墻保溫層的交接處的設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將附墻挑件減少到最小程度，以減少“熱橋”面積。外窗盡可能與外墻面平，減少窗框（或玻璃幕墻框）四周的“熱橋”面積。外門窗（或玻璃幕墻）的熱橋部位應(yīng)進(jìn)行保溫驗(yàn)算并做好保溫處理。在實(shí)際工程質(zhì)量驗(yàn)收過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，這部分是最易被忽視的地方，也是保溫質(zhì)量最無(wú)保障的地方。從設(shè)計(jì)上分析，主要是窗框與墻體的間隔太大，填充的保溫材料不易填實(shí)，從而形成“熱橋“。外門窗框或副框與洞口之間的間隙應(yīng)設(shè)計(jì)為彈性閉孔材料填充。對(duì)推拉門窗的密封性能和構(gòu)造形式要嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。

1.2 注重門窗的遮擋

對(duì)于炎熱的夏季，外門、窗（或玻璃幕墻）的隔熱遮擋應(yīng)引起高度重視。設(shè)計(jì)過(guò)程中要特別重視建筑物東、西側(cè)開(kāi)窗的隔熱遮擋設(shè)計(jì)，以最大程度的減少夏季透過(guò)窗戶直接進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射熱對(duì)室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷的損耗。因此，除了考慮外門窗（或玻璃幕墻）自身的保溫隔熱性能（即傳熱系數(shù)小）外，設(shè)計(jì)中還應(yīng)充分考慮外門、窗（或玻璃幕墻）的隔熱遮陽(yáng)問(wèn)題，最大限度的減少通過(guò)窗戶（或玻璃幕墻）直接進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射熱。外門、窗（或玻璃幕墻）有隔熱遮檔時(shí)，可以減少通過(guò)窗戶入射的太陽(yáng)輻射熱能，從而最大限度的減少傳至室內(nèi)的熱能量以降低室內(nèi)溫度。遮擋物相對(duì)于玻璃的位置將決定減緩熱能的程度。設(shè)計(jì)在室內(nèi)還是設(shè)計(jì)在室外效果明顯不同，就節(jié)能而言，窗戶的外部遮陽(yáng)是效率最高的一種遮陽(yáng)措施。東向和西向外窗的太陽(yáng)輻射負(fù)荷，對(duì)夏季空調(diào)能耗影響很大，要特別重視對(duì)東、西向外窗的遮陽(yáng)設(shè)計(jì)。有條件時(shí)可選擇電動(dòng)可調(diào)節(jié)的遮陽(yáng)設(shè)施，使之隨太陽(yáng)角度變換而自動(dòng)調(diào)節(jié)。如果設(shè)計(jì)為固定式遮陽(yáng)，要考慮其幾何外形、朝向及每日、每年與太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡之間的關(guān)系，在遮陽(yáng)的細(xì)部設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于上述各項(xiàng)因素進(jìn)行全面考慮。有資料顯示，采取室外安裝遮陽(yáng)系統(tǒng)可使室內(nèi)溫度降低8-10度，節(jié)省30%-40%的空調(diào)能耗，北京某建筑安裝了遮陽(yáng)簾后，空調(diào)能耗降低了約30%左右。從中可以看到建筑遮陽(yáng)作為建筑節(jié)能的一種途徑，有著巨大的實(shí)用潛力。

2 加強(qiáng)外門窗（或玻璃幕墻）施工圖設(shè)計(jì)的節(jié)能審查工作

為了強(qiáng)化建筑節(jié)能設(shè)計(jì)，確保國(guó)家的建筑節(jié)能要求和各項(xiàng)節(jié)能技術(shù)措施得以落實(shí)，必須強(qiáng)化施工圖節(jié)能設(shè)計(jì)的審查工作，特別要重點(diǎn)對(duì)建筑外門窗中的窗口面積、構(gòu)造形式、開(kāi)扇面積、遮陽(yáng)措施等節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行審查。對(duì)強(qiáng)制性條文的規(guī)定，必須嚴(yán)格把關(guān)，施工圖設(shè)計(jì)深度要有保障。建設(shè)單位選擇分包時(shí)，施工圖沒(méi)有具體設(shè)計(jì)的，二次設(shè)計(jì)要按照建筑節(jié)能政策要求和建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，并按規(guī)定將確定的施工圖設(shè)計(jì)文件報(bào)審，包括建筑節(jié)能專項(xiàng)審查。初步設(shè)計(jì)文件應(yīng)設(shè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)專篇，施工圖設(shè)計(jì)文件須包括建筑節(jié)能熱工計(jì)算書和建筑物使用能耗的專項(xiàng)說(shuō)明。施工圖設(shè)計(jì)文件審查機(jī)構(gòu)要加強(qiáng)對(duì)民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行情況的審查，在施工圖設(shè)計(jì)文件審查報(bào)告中單列是否符合建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的章節(jié)。不符合建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的，施工圖設(shè)計(jì)文件審查結(jié)論應(yīng)當(dāng)為不合格。

表2 洞口與窗框間隙