門(mén)窗保溫隔熱性能淺論

1、門(mén)窗保溫隔熱性能淺論 張文學(xué)(南京宏亞建設(shè)有限公司)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(lái)越受到人們的關(guān)注?，F(xiàn)在的節(jié)能 門(mén)窗雖在熱工性能上與普通窗戶(hù)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(mén)窗 節(jié)能技術(shù)的發(fā)展意義重大。本文闡述了門(mén)窗節(jié)能的熱工原理，詳細(xì)介紹了門(mén)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(mén)窗的發(fā)展趨勢(shì)做了簡(jiǎn)要分析。關(guān)鍵詞：門(mén)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(yáng)設(shè)施新材料ETFE龍膜PTFE PVC ASA透明混凝土磚發(fā)展趨勢(shì)一、一般設(shè)計(jì)要求門(mén)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)

2、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(mén)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(lái)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(mén)窗的要求還在不斷提高。對(duì)于所有的 建筑物，在做門(mén)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)要求抗風(fēng)壓性能：體現(xiàn)當(dāng)門(mén)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(mén)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水密性能：指關(guān)閉門(mén)窗時(shí)防止外界雨水進(jìn)入室內(nèi)的能力?，F(xiàn)行值為100Pa。一般設(shè)氣壓平衡 孔槽、排水孔并加蓋孔

3、帽，加密封膠、披水條。氣密性能：關(guān)閉著的外門(mén)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(mén)窗四周 應(yīng)完整、連續(xù)、封閉。隔聲性能：關(guān)閉著的外門(mén)窗阻止噪音傳入對(duì)用戶(hù)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?？諝鉂B透量：標(biāo)況下，單位時(shí)間滲透的空氣.，單位mS/h。在關(guān)閉門(mén)窗時(shí)既要保證有一定 的空氣流通，又不能有過(guò)多能量交換。保溫與隔熱：在門(mén)窗兩側(cè)存在空氣溫差條件下，門(mén)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。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(mǎn)足熱工及節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)代建筑為了采光和外觀效果

4、，往往加大采光面積或采用大開(kāi)扇門(mén)窗，又要滿(mǎn)足上述設(shè)計(jì)要 求，就對(duì)門(mén)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(mén)窗 的節(jié)能，改善門(mén)窗絕熱性能。二、保溫隔熱的實(shí)質(zhì)導(dǎo)致門(mén)窗熱量損失的原因是門(mén)窗與周?chē)h(huán)境進(jìn)行的熱交換，包括：通過(guò)玻璃進(jìn)入建筑的太陽(yáng) 輻射的熱量；通過(guò)玻璃的傳熱損失；通過(guò)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(mén)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：提高居住環(huán)境的舒適度，冬暖夏涼有利于身體健康；可以減少冬季采暖和夏季空 調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用；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；減少環(huán)境污染，改善生 態(tài)環(huán)境。熱量傳遞

5、的方式有：熱傳導(dǎo)=-入A(dT/dx)熱對(duì)流=hAAT熱輻射= a TA4要減少傳導(dǎo)傳熱就可以選用導(dǎo)熱系數(shù)入低的門(mén)窗材料;要減少對(duì)流傳熱就要求門(mén)窗密封性好; 要減少輻射熱傳遞就要求門(mén)窗具有較好的遮陽(yáng)效果。三、門(mén)窗節(jié)能基本方法在節(jié)能門(mén)窗的設(shè)計(jì)、制作及安裝時(shí)，通常主要考慮因素為合理的縮小窗口面積增強(qiáng) 窗（門(mén)）面的保溫性能切斷熱橋縮減縫長(zhǎng)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(kāi)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(mén)窗；平開(kāi)窗是指合頁(yè)（鉸鏈）安裝于門(mén)窗側(cè)面 向內(nèi)或向外開(kāi)啟的門(mén)窗；而固定窗則不可開(kāi)

6、啟，一般只作采光用。推拉窗、平開(kāi)窗、固定窗相比之下，平開(kāi)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(kāi)窗的窗框和窗扇間一般有橡膠密封壓條，門(mén)窗扇關(guān) 閉后幾乎沒(méi)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(kāi)窗關(guān)閉時(shí)一樣，甚至更少。設(shè)計(jì)合理的窗墻比和朝向一般窗戶(hù)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

7、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(yáng)輻射和日照率高，窗戶(hù)所獲得的太陽(yáng)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(zhuān)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(yáng)能的輻射熱降低采暖能耗。使用節(jié)能材料組成窗的主材料有：框料、扇面、密封件、五金

8、附件、遮陽(yáng)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?？蛄洗翱蛐筒募s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(kāi)，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。斷熱橋鋁合金窗框：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(chēng) 型材也可以生產(chǎn)非對(duì)稱(chēng)型材，是利用

9、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。扇面 對(duì)于一般窗戶(hù)，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(guò)改變透光率、傳熱系數(shù)、遮陽(yáng)系數(shù)改變其性能的方式。一般有以下幾種： 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(kāi)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

10、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。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(yáng)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(yáng)輻射直接反射回去，從 而提高玻璃的遮陽(yáng)隔熱性能。玻璃著色：在制作過(guò)程中加入色劑。著色玻璃的遮陽(yáng)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。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

11、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(guò)硅化處理，一般用于推拉門(mén)窗，固定在門(mén)窗扇上隨其移動(dòng)，以彌補(bǔ)推拉門(mén) 窗上下縫隙通風(fēng)的缺點(diǎn)。五金附件的選擇包括執(zhí)手、滑撐、撐擋、拉手、窗鎖。門(mén)窗靠五金附件來(lái)完成其開(kāi)啟、關(guān)閉，若不能正 常開(kāi)啟關(guān)閉，除了影響門(mén)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

12、鎖點(diǎn)和鎖坐分布在整個(gè)門(mén)窗的四周。對(duì)于效果較 好的五金附件，門(mén)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。優(yōu)化門(mén)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：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；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；加寬隔熱條填充發(fā)泡材料；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。中空窗斷面設(shè)計(jì)實(shí)例：如在上例中兩邊的金屬窗框之間用了兩組隔熱條，且隔熱

13、條設(shè)計(jì)的較 寬（上圖），窗框與邊框之間又有毛條隔熱（紅色）有效阻斷了窗框之間得熱傳導(dǎo)。當(dāng)空氣 從室外進(jìn)入時(shí)（下左圖），需經(jīng)過(guò)多重空腔。要從窗間縫隙進(jìn)入時(shí)也需經(jīng)過(guò)多層空腔（下右 圖），因?yàn)樵诿總€(gè)窗框豎邊上都裝有凹型空腔。這些就使得建筑物具有了較好得保溫隔熱效 果。添加遮陽(yáng)設(shè)施這種方法只對(duì)于日照過(guò)于強(qiáng)烈的建筑適用，用來(lái)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(yáng)設(shè)施需要考慮窗口 朝向、太陽(yáng)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(yáng)設(shè)施，以便在不同的季 節(jié)不影響正常采光。四、材料技術(shù)在門(mén)窗節(jié)能中的應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的新型材

14、料在設(shè)計(jì)中代替了原來(lái)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(méi)有明顯得界限。雖然有些還沒(méi) 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。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(chēng)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(shù)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(yáng)光透過(guò)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(yáng)能板來(lái)發(fā)電。龍膜龍膜玻璃處理膜是由聚酯和金屬化涂層通過(guò)粘膠合成的一種很薄

15、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(yáng)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(guò)。夏季能反射熾熱太陽(yáng)的熱量，而冬季具有低輻射率膜以 再輻射熱量。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。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。ASAA

16、SA樹(shù)脂是由苯乙烯、丙烯月青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(shù)脂, 具有很強(qiáng)的耐候性和比較好的耐高溫性能，即使無(wú)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?？梢詿釅?、注塑和吹塑成型。在彩擠塑窗中已得到應(yīng) 用。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(shù)脂和氧化鋁等無(wú)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(mén)窗節(jié)能的發(fā)展趨勢(shì)雖然我國(guó)的門(mén)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(mén)窗應(yīng)向以下方向發(fā)展： 盡量采用平開(kāi)窗介于其優(yōu)良的保溫隔熱性能，門(mén)窗市場(chǎng)會(huì)向平開(kāi)窗方向發(fā)展并引導(dǎo)平開(kāi)窗的技術(shù)不斷進(jìn)步。 彩擠塑窗彩塑型材分為彩色涂