門窗保溫隔熱性能淺論

1、門窗保溫隔熱性能淺論 張文學(南京宏亞建設有限公司)摘要：可持續(xù)發(fā)展是當代世界的重要理念，綠色建筑越來越受到人們的關注?，F在的節(jié)能 門窗雖在熱工性能上與普通窗戶相比有很大改進，但它仍是建筑能耗的一個薄弱環(huán)節(jié)。門窗 節(jié)能技術的發(fā)展意義重大。本文闡述了門窗節(jié)能的熱工原理，詳細介紹了門窗節(jié)能一般方法 及其原理，推薦了一些較有效的節(jié)能方法，并對節(jié)能門窗的發(fā)展趨勢做了簡要分析。關鍵詞：門窗設計要求保溫隔熱節(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 附件斷面設計遮陽設施新材料ETFE龍膜PTFE PVC ASA透明混凝土磚發(fā)展趨勢一、一般設計要求門窗屬于房屋建筑中的圍護和分隔構建，不承重。但因其對

2、采光、通風及觀望的特殊要求， 使得它成為建筑物中熱交換、熱傳導最敏感、最活躍的部位，一般的門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。而且隨著人們對生活水平的要求越來越高，建筑物 的功能趨于多樣化、外表也不斷追求美觀，建筑物對門窗的要求還在不斷提高。對于所有的 建筑物，在做門窗的保溫、隔熱、節(jié)能設計時，首先要遵循以下設計要求抗風壓性能：體現當門窗關閉時抵御外界風壓的能力，要使建筑物在大風情況下門窗本身不 受損壞并不喪失其他功能。現行值為1000Pa，玻璃的話厚度不小于4mm水密性能：指關閉門窗時防止外界雨水進入室內的能力。現行值為100Pa。一般設氣壓平衡 孔槽、排水孔并加蓋孔

3、帽，加密封膠、披水條。氣密性能：關閉著的外門窗阻止空氣滲透的能力。這個對保溫隔熱也有很大影響。門窗四周 應完整、連續(xù)、封閉。隔聲性能：關閉著的外門窗阻止噪音傳入對用戶進行干擾。可采用中空、夾層或雙層玻璃及 隔聲效果好的高科技材料。空氣滲透量：標況下，單位時間滲透的空氣.，單位mS/h。在關閉門窗時既要保證有一定 的空氣流通，又不能有過多能量交換。保溫與隔熱：在門窗兩側存在空氣溫差條件下，門窗需阻止必要的熱量傳出或不必要的測量 傳入。根據建筑外墻保溫性能分級及檢測方法，可采取的措施后面會有詳細介紹。采光性能：采光性能的級別根據建筑使用要求確定，需滿足熱工及節(jié)能設計標準?，F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扇門窗，又要滿足上述設計要 求，就對門窗的保溫隔熱性能會造成一定的影響。所以抓建筑的節(jié)能，首先要抓好建筑門窗 的節(jié)能，改善門窗絕熱性能。二、保溫隔熱的實質導致門窗熱量損失的原因是門窗與周圍環(huán)境進行的熱交換，包括：通過玻璃進入建筑的太陽 輻射的熱量；通過玻璃的傳熱損失；通過窗格與窗框的熱損失；窗洞口熱橋造成的熱損失； 縫隙冷風滲透造成的熱損失。而門窗節(jié)能的本質，是盡可能減少這些熱量傳遞以達到節(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 調的運行費用；節(jié)約國家能源消耗，促進國民經濟可持續(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=-入A(dT/dx)熱對流=hAAT熱輻射= a TA4要減少傳導傳熱就可以選用導熱系數入低的門窗材料;要減少對流傳熱就要求門窗密封性好; 要減少輻射熱傳遞就要求門窗具有較好的遮陽效果。三、門窗節(jié)能基本方法在節(jié)能門窗的設計、制作及安裝時，通常主要考慮因素為合理的縮小窗口面積增強 窗（門）面的保溫性能切斷熱橋縮減縫長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在市場上的窗型主要有推拉窗、平開窗和固定窗。 推拉窗是指窗扇沿水平方向垂直左右推拉的門窗；平開窗是指合頁（鉸鏈）安裝于門窗側面 向內或向外開啟的門窗；而固定窗則不可開

6、啟，一般只作采光用。推拉窗、平開窗、固定窗相比之下，平開窗和固定窗的節(jié)能效果較為優(yōu)越，推拉窗因其 結構需要，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流交換，冷 熱空氣的對流形成較大的熱損失。而平開窗的窗框和窗扇間一般有橡膠密封壓條，門窗扇關 閉后幾乎沒有縫隙，熱量損失主要是玻璃、窗紗和窗框型材本身的熱傳導、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， 又密封，熱損失的因素和平開窗關閉時一樣，甚至更少。設計合理的窗墻比和朝向一般窗戶的熱損失比同尺寸、朝向的墻要大，因此，建筑物的熱損失會隨著窗墻比的增 大而增大。才采光和通風允

7、許的情況下，設置合理的窗墻比例比設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。南北朝向的太陽輻射和日照率高，窗戶所獲得的太陽輻 射較多。在民用建筑節(jié)能設計標準中對窗墻面積比和朝向都做了選擇性的規(guī)定，但各地 設計時還需根據當地日照情況，建筑物功能進行適當調整。有專家提出，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；考慮到南向出現落地窗、凸窗的機會較多，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、遮陽設施?，F在新材料技術發(fā)展 很快，選擇合適的材料也是節(jié)能的有效途徑。框料窗框型材約占窗洞口面積的15%-30%，也會造成一定的能量流失。一般的材料有木材、 金屬和塑料，而隨著材料技術的發(fā)展，現在又有斷熱鋁材、斷熱鋼材、塑料型材、玻璃鋼材 及復合材料（鋁塑、鋁木等）。下面主要介紹下斷熱橋技術。斷熱金屬型材節(jié)能效果很好好，金屬導熱比較好，室內外溫差 大時，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，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：目前的斷熱技術有兩種工藝：一種是注膠式，這種技術既可以生產對稱 型材也可以生產非對稱型材，是利用

9、澆注式處理流體填補成型空間。另一種是斷熱條嵌入技 術。由于隔熱條的加入使型材形成多種斷面，有良好的強度。另外隔熱條中的玻璃纖維排列 有序，能夠長時間承受高壓應力和高剪切應力（如下表），隔熱條的線膨脹系數設置為與型 材近似，可保持良好的整體性。并且窗內外可采用不同的顏色、表面處理。扇面 對于一般窗戶，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在有通過改變透光率、傳熱系數、遮陽系數改變其性能的方式。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并周邊粘結密封， 是玻璃間形成有干燥氣體的空間。玻璃的導熱系數是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。能有效減少陽光的投射。玻璃鍍膜：用物理或化學工藝，改變玻璃表面的熱反射特性，將太陽輻射直接反射回去，從 而提高玻璃的遮陽隔熱性能。玻璃著色：在制作過程中加入色劑。著色玻璃的遮陽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，又關系到墻體、窗體的防水效

11、果?，F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。在安裝是應選擇質量 較好連接較緊密的，負責經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，經過硅化處理，一般用于推拉門窗，固定在門窗扇上隨其移動，以彌補推拉門 窗上下縫隙通風的缺點。五金附件的選擇包括執(zhí)手、滑撐、撐擋、拉手、窗鎖。門窗靠五金附件來完成其開啟、關閉，若不能正 常開啟關閉，除了影響門窗正常使用，對其保溫隔熱也會有一定影響。一般有多鎖點五金件 和單鎖點五金件，多鎖點節(jié)能效果較好，其

12、鎖點和鎖坐分布在整個門窗的四周。對于效果較 好的五金附件，門窗鎖閉后，鎖點、鎖坐牢牢的扣在一起，與鉸鏈或滑撐結合，壓緊密封條， 是室內密封，達到保溫隔熱目的。優(yōu)化門窗框型材的斷面結構同樣的材料采用的斷面結構不同，隔熱效果也會不同，而且隨著材料不斷革新，也應有相應 的結構形式使其發(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計，和采用中空玻璃的原 理是一樣的，減小熱傳導而節(jié)能；加寬隔熱條填充發(fā)泡材料；密封結構應與框架等性能 配套，使得各部件良好的結合。中空窗斷面設計實例：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、條設計的較 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。當空氣 從室外進入時（下左圖），需經過多重空腔。要從窗間縫隙進入時也需經過多層空腔（下右 圖），因為在每個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。添加遮陽設施這種方法只對于日照過于強烈的建筑適用，用來減少日照強度以保證室內溫度正常，尤 其是對于夏季有空調的建筑，可以節(jié)約空調運行所耗費的能量。選用遮陽設施需要考慮窗口 朝向、太陽光強度、建筑物所處位置等因素。一般考慮可活動的遮陽設施，以便在不同的季 節(jié)不影響正常采光。四、材料技術在門窗節(jié)能中的應用隨著科學技術的發(fā)展，越來越多的新型材

14、料在設計中代替了原來的玻璃材料成為節(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有明顯得界限。雖然有些還沒 有得到廣泛地應用，但是因其特殊的性能，有很廣闊的發(fā)展空間。ETFE水立方的出現可謂讓ETFE大紅大紫，其美麗的外觀在建筑材料中獨占鰲頭。ETFE全稱乙 烯-四氟乙烯共聚物，是一種人工高強度氟聚合物，可塑樹脂。這種材料不僅輕便、承拉能 力、可塑性強，采光性也很好，可以是陽光透過而使建筑物內部明亮溫暖，可以認為它是屋 頂也可認為它是扇大天窗，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 為太陽能板來發(fā)電。龍膜龍膜玻璃處理膜是由聚酯和金屬化涂層通過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。它能阻擋太陽熱量、99%有害紫外線及耀眼的、不適的眩目強 光，同時允許眩目控制的日光通過。夏季能反射熾熱太陽的熱量，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，可以做成很大的跨度。膜 材厚度可薄達1mm，防紫外線，防風化，而且具有高反射性。PVC型材PVC:聚氯乙烯。在建筑中，硬質PVC型材的導熱系數比鋼和鋁合金都高，其對能量的散失只 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脂, 具有很強的耐候性和比較好的耐高溫性能，即使無涂層保護，長期暴露于紫外線、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 用。透明混凝土這種混凝土材料是在不用水得情況下，使透明的熱塑性樹脂和氧化鋁等無機材料凝固后形 成，可以透射室外光。據悉，5cm厚的透明混凝土可以透射20%的自然光，可以減少室內燈 光的使用。五、門窗節(jié)能的發(fā)展趨勢雖然我國的門窗用料已從單純的木材、鋼材發(fā)展為復合材料、功能也多樣化，但是我國 能耗仍是發(fā)達國家的兩倍，自然資源還在不斷地減少，低碳經濟、節(jié)能減排仍是人們持續(xù)關 注的話題。結合密閉、保溫、隔熱的使用要求，節(jié)能門窗應向以下方向發(fā)展： 盡量采用平開窗介于其優(yōu)良的保溫隔熱性能，門窗市場會向平開窗方向發(fā)展并引導平開窗的技術不斷進步。 彩擠塑窗彩塑型材分為彩色涂