關(guān)于畢節(jié)市區(qū)建筑門窗綠色節(jié)能設(shè)計(jì)的分析與建議

朱孜，鐘應(yīng)

（貴州省建材產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測院，貴州貴陽550016）

0 引言

畢節(jié)地處內(nèi)陸，屬于低緯高海拔山區(qū)。其西北是世界屋脊的青藏高原，北鄰四川盆地，西接云南，身處烏蒙山脈[1]。受西伯利亞冷空氣影響，全年溫度較低。根據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50176—2016）》劃分，畢節(jié)屬于2A寒冷地區(qū)，最冷月平均溫度是3.2℃，最熱月平均溫度是21.4℃，采暖度日數(shù)是2125℃·d，空調(diào)度日數(shù)是0℃·d。據(jù)國內(nèi)外的試驗(yàn)，夏季，人體感知最舒適的溫度是19~24℃，冬季是17~22℃，從數(shù)據(jù)來看，畢節(jié)的氣溫在冬季顯然過低。因此，要提升人民的幸福指數(shù)，讓人體感受到舒適，建筑的取暖保暖很關(guān)鍵。

根據(jù)住房城鄉(xiāng)建設(shè)部《關(guān)于印發(fā)建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十三五”規(guī)劃的通知（建科〔2017〕53號(hào)）》精神，推進(jìn)建筑節(jié)能和綠色建筑發(fā)展，建設(shè)節(jié)能低碳、綠色生態(tài)、集約高效的建筑。要實(shí)現(xiàn)建筑綠色發(fā)展，就得抓住建筑節(jié)能的“牛鼻子”，突出節(jié)能效果。有報(bào)道指出，對(duì)于住宅建筑而言，門窗的面積占建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積的30%左右，但能耗最高，門窗的能耗約占建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失的50%[2]。目前，為了使室內(nèi)具有良好的采光，新建樓宇都使用大量的門窗，如圖1所示。因此，研究開發(fā)新型節(jié)能門窗、推廣使用新型節(jié)能門窗對(duì)畢節(jié)市區(qū)建筑節(jié)能具有重要意義。

1 畢節(jié)市區(qū)建筑門窗不同階段的發(fā)展?fàn)顩r

建筑門窗的發(fā)展史是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的縮影。在經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)比較落后時(shí)期，建筑主要是滿足居住的基本要求，對(duì)功能性需求不高，門窗的主要功能是通風(fēng)、采光，一般是以木材作為固定框+平板單層玻璃結(jié)合而成的窗戶。這種框扇剛性差、易腐爛、易變形，變形后，會(huì)造成關(guān)閉不嚴(yán)、易脫落、有安全隱患，建筑的保溫效果很差。在經(jīng)濟(jì)條件改善后，建筑門窗主要是由鋁合金+鋼化單層玻璃，再配以密封條加工而成，這種門窗剛性強(qiáng)度得到提升，由于鋁合金型材的易加工性，可以生產(chǎn)推拉窗、平開窗、落地窗等，但這種窗節(jié)能效果不好；隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到建筑門窗的節(jié)能重要性，門窗的型材常用的有PVC-U、斷橋鋁合金等，玻璃由單片玻璃到中空玻璃、夾層玻璃等，中空玻璃所用玻璃有鋼化、鍍膜、貼膜等，還可以將夾層玻璃再生產(chǎn)為中空玻璃等。圖2為建筑用窗圖例。

圖1 建筑大面積地使用門窗

2 畢節(jié)市區(qū)建筑節(jié)能門窗的現(xiàn)狀

我國是能源消耗大國，建筑能耗占社會(huì)總能耗的1/3，門窗熱能損失占社會(huì)總能耗的1/6。因此，在畢節(jié)這樣的寒冷地區(qū)，門窗的綠色節(jié)能顯得尤為重要。

隨著城市的建設(shè)發(fā)展，新建小區(qū)和老舊小區(qū)長期并存。畢節(jié)市區(qū)的新建小區(qū)建筑，由于是近年來建設(shè)的，建筑門窗通常是由鋁合金型材或PVC-U型材和中空玻璃制造而成；老舊小區(qū)的建筑門窗大多是以鋁合金+單片玻璃制造，氣密性、水密性和抗風(fēng)壓性能級(jí)別都不高，保溫性能差，節(jié)能效果不好。

國家統(tǒng)計(jì)局公布2020年全年能源消費(fèi)總量49.8億t標(biāo)準(zhǔn)煤，通過計(jì)算得出，建筑門窗熱能損失約8.3億t標(biāo)準(zhǔn)煤，門窗的綠色節(jié)能對(duì)節(jié)能減排的影響較大。隨著城鎮(zhèn)化加速進(jìn)程和人口向城市集聚，畢節(jié)市區(qū)建筑業(yè)正蓬勃發(fā)展。住建部辦公廳、國家發(fā)改委辦公廳、財(cái)政部辦公廳《關(guān)于做好2019年老舊小區(qū)改造工作的通知（建辦城函〔2019〕243號(hào)）》文件要求，老舊小區(qū)要進(jìn)行更新改造，要滿足供熱、綠色和建筑節(jié)能等要求，有效解決的關(guān)鍵就在于建筑門窗。因此，采用綠色節(jié)能門窗，對(duì)老舊建筑門窗進(jìn)行節(jié)能改造，對(duì)畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)“開發(fā)扶貧、生態(tài)建設(shè)、人口控制試驗(yàn)區(qū)”中的生態(tài)建設(shè)意義重大。

圖2 建筑用窗圖例

3 建筑門窗與綠色節(jié)能設(shè)計(jì)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)最薄弱的節(jié)能保溫部位是窗戶，減小窗戶熱耗是有效控制建筑能量損耗的關(guān)鍵。

3.1 合理選擇窗框型材與玻璃類型

傳熱的方式有三種：熱傳導(dǎo)、熱輻射、熱對(duì)流。窗戶總熱阻小時(shí)，熱對(duì)流作用較大，要降低熱對(duì)流的影響，需要選用熱阻大或傳熱系數(shù)小的窗戶，窗框和窗玻璃材料傳熱系數(shù)越小越好；當(dāng)窗的傳熱系數(shù)較大時(shí)，可以通過優(yōu)化設(shè)計(jì)減少窗在建筑中所占面積；當(dāng)窗的傳熱系數(shù)較小時(shí)，可以適當(dāng)增加窗的面積比，使窗的作用既能達(dá)到美觀透光好的效果，又能滿足節(jié)能的需要。

有研究表明[3]：為減小窗戶傳熱系數(shù)，PVC-U窗框是最優(yōu)選擇，其與Low-E中空玻璃結(jié)合生產(chǎn)的窗戶，傳熱系數(shù)可以在2.0W/（m2·K）以下；斷橋鋁合金型材結(jié)合中空玻璃也具有良好的熱阻性能，如果選用Low-E鍍膜玻璃，節(jié)能效果也是很好的。

中空玻璃的中間層為空氣時(shí)，傳熱方式主要為熱輻射，適當(dāng)增加空氣層厚度可以降低傳熱系數(shù)，達(dá)到良好的保溫效果，當(dāng)空氣層超過20mm時(shí)，中空玻璃的傳熱系數(shù)降低不再明顯[4]。如果將空氣換成惰性氣體或真空，因惰性氣體具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，玻璃的傳熱系數(shù)可以降低；中空玻璃抽真空后，因中間層沒有氣體流動(dòng)，減少熱輻射作用，中空玻璃的傳熱系數(shù)也低，節(jié)能效果不錯(cuò)。

3.2 合理設(shè)計(jì)窗戶面積

畢節(jié)市區(qū)在冬天會(huì)受到西伯利亞冷空氣影響，建筑的朝北方位冷空氣作用明顯。北向窗得熱量主要是熱輻射；東向、西向窗得熱量主要有熱傳導(dǎo)和熱輻射；南向窗幾乎不受冷空氣作用，窗得熱量主要是熱輻射；在相同條件下，東向窗、西向窗、南向窗得熱量大于北向窗；四個(gè)不同朝向窗墻比減少時(shí)，節(jié)能率增加的程度不同，北向效果最好，東、西向次之，南向最小。

因此，在進(jìn)行窗戶設(shè)計(jì)時(shí)，窗墻比的選擇應(yīng)根據(jù)不同朝向，合理設(shè)計(jì)窗戶尺寸。對(duì)于北向，窗墻比的減少有利于提高節(jié)能保溫效率。對(duì)于南向窗戶，可以在采取有效措施降低能耗的前提下，適當(dāng)增加窗戶面積，充分利用太陽輻射得熱；對(duì)于其他朝向的窗戶，在滿足室內(nèi)光照條件下，可適當(dāng)減少窗戶占比，以此降低熱損失。

4 老舊建筑窗戶改造建議

根據(jù)畢節(jié)市區(qū)的氣候條件，可以從改造窗戶來提升老舊建筑人們居住的舒適度，提高窗戶的保溫性能和氣密性等級(jí)，使節(jié)能效率提高。老舊建筑的窗墻比不易改動(dòng)，因此可以從窗戶的型材、玻璃、開啟方式等方面進(jìn)行改造。首先可以選擇物美價(jià)廉的塑料型材，塑料型材具有較小的傳熱系數(shù)，可以有效降低熱傳遞損失；其次改變窗戶的開啟方式，將推拉窗更換成平開窗，減小開啟縫長，提高氣密性等級(jí)；還可以將單層玻璃更換成中空玻璃，可以有效防止結(jié)露、降低噪聲和提升保溫性能。

窗戶經(jīng)過改造后，可以極大地提升房間的舒適性能，有效改善保溫性能，能夠節(jié)約能耗，減少開支，做到冬暖夏涼，四季如春。①增強(qiáng)了隔音性能，可以將室外60dB以上的噪聲降低到室內(nèi)25dB左右，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)較安靜的效果；②有效防止結(jié)露、結(jié)霜，解決單層玻璃結(jié)露、結(jié)霜造成視線遮擋，窗框、窗簾、墻壁等水漬污染問題。

5 展望

建筑門窗在住宅中有著越來越特殊的作用，既能滿足美觀、日照、通風(fēng)、采光等功能要求，還是影響建筑節(jié)能的關(guān)鍵[5]。但實(shí)際上，大多數(shù)功能實(shí)現(xiàn)了卻不能達(dá)到綠色節(jié)能性要求，所以，需要協(xié)調(diào)統(tǒng)一其使用功能與節(jié)能的有機(jī)結(jié)合，既要兼顧使用功能又要考慮節(jié)約能源。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，相信影響建筑門窗綠色節(jié)能的諸多關(guān)鍵因素都會(huì)得到深入研究，建筑門窗綠色節(jié)能及優(yōu)化設(shè)計(jì)和滿足人們?nèi)找嬖鲩L的對(duì)美好生活的需求相結(jié)合，將會(huì)越來越受到重視。