（材料学专业论文）外窗可调节外遮阳一体化透光外围护结构系统的设计与应用.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：牲日期：垄! f ：篁：! z 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授 权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文， 并向社会公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：裁硌导师( 签名) 期2 0 i l ，r 武汉理工大学硕士学位论文 摘要 窗户是建筑的眼睛，作为透光外围护结构为代表的窗户起着建筑的采光、通 风、隔热、保温等作用，这种与外界环境既要联系又要隔绝的功能特点决定了 在外窗、墙体、屋面、地面四大建筑围护结构部件中，外窗的保温、隔热性能 是最差的，通过外窗损失的热量也是最大。因此，外窗是影响我国建筑能耗的 主要因素之一，对窗户采取新的节能措施是建筑节能的重要手段。 本课题的研究内容隶属于湖北省住房和城乡建设厅项目之武汉理工大学留 学生公寓节能改造技术对比研究( 4 7 0 8 0 9 2 2 ) ，对夏热冬冷地区透光外围护结构 的外窗进行系统研究，并对外围护结构的能耗损失情况进行分析，提出适合于 夏热冬冷地区的新型节能外窗的构造方法。另外，利用新的外窗可调节外遮阳 的外围护结构系统来对武汉理工大学的留学生宿舍进行相关的节能改造工作， 为该地区的建筑节能研究提供参考。本文的主要特点以及研究结论如下： 1 夏热冬冷地区，外窗仅仅通过降低传热系数k 值，并不能有效降低能量损 失，k 值对冬天保温作用大些，对隔热反而起不到很好的作用。夏热冬冷地区应 该重视夏天隔热的问题，透光围护结构的改造也主要由改变玻璃结构转变为从 传热系数，遮阳系数，气密性，整个透光围护结构的系统上来考虑。 2 在外窗- 可调节外遮阳一体化系统中，可调节外遮阳卷帘对于改变室内的 舒适性起到很好的作用。将能阻隔高能波的隔热涂料用到外窗可调节外遮阳透 光围护结构系统中可以主动使9 0 的太阳辐射阻隔回去。以苯丙乳液为成膜剂， 硅烷偶联剂处理后的空心玻璃微珠作为功能隔热填料合成新型的隔热涂料。结 果表明，用硅烷偶联剂预处理空心玻璃微珠后，能提高涂料附着力一个级别； 随着涂膜厚度的增加，隔热效果提高，但当涂膜厚度提高到0 3 m m 时，继续增 加涂膜厚度，隔热效果几乎不再提高：空心玻璃微珠含量小于1 0 时，热反射 率随中空玻璃微珠在隔热涂料中的含量增加而显著增加，超过1 0 后，热反射 率增加速率减缓，当达到1 2 时，涂料的热反射率值最高，继续增加玻璃微珠 的含量，热反射率几乎不增加。 3 夏季空调的耗电量随外窗传热系数的增大而增大，随外窗遮阳系数的增 大而增大，传热系数对节能的贡献主要体现在冬季，降低夏季空调能耗的主要 方式应为外窗遮阳；通过d o e - 2 软件模拟，如果将目前的单层玻璃窗，改造为 现在的外窗- 可调节外遮阳一体化节能降噪系统，可以减低能耗为1 9 5 8 5 5k w h ， 武汉理工大学硕士学位论文 每年大约1 1 1 6 万元的经济效益。改造后对留学生宿舍的采暖和空调年耗电量进 行全年动态计算，得到改造后的留学生公寓空调耗电量1 5 4 0 k w h m 2 ，采暖耗 电量3 0 18 k w h m 2 全年空调和采暖的耗电量为4 5 5 8k w h m 2 ，建筑节能率达到 6 6 9 7 ，满足6 5 节能要求的全年耗电量指标限定值。 关键词：住宅节能；夏热冬冷地区；透光围护结构；外窗可调节外遮阳一体化 系统；d o e - 2 建筑模拟软件 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i n d o w sa r et h ee y e so f a r c h i t e c t u r e ，t r a n s p a r e n te n v e l o p e 嬲r e p r e s e n t e d b yt h e w i n d o w sp l a yab u i l d i n gl i g h t i n g ，v e m i l a t i o n , i n s u l a t i o n , t h e r m a li n s u l a t i o n , w h i c h 羽屯n e c e s s a r yt oc o n t a c tt h ee x t e r m le n v i r o n m e n ta l s od e t e r m i n e st h ef u n c t i o n a l c h a r a c t e r i s t i c so fi s o l a t e do u t e rw i n d o w s ，w a l l s ，r o o f o u rf l o o rb u i l d h ge n v e l o p e c o m p o n e n t s ，i n s u l a t i o n ，h e a ti n s u l a t i o np e r f o r m a n c eo ft h ee x t e r m lw i n d o wi st h e w o r s t , t h eh e a tl o s st h r o u g hw i n d o w si sa l s ot h el a r g e s t t h u s ，w i n d o wh a sb e e nt h e m a i nf a c t o r so f b u i l d i n ge n e r g yc o m u m p t i o n , e x t e r n a lw i n d o ws y s t e mt oa d o p tn e w e n e r g ys a v i n gm e a s u r e sa r ca ni m p o r t a n th a 璐o fb u i l d i n ge n e r g ye f f i c i e n c y t h er e s e a r c ht o p i c su n d e rt h eh u b e ip r o v i n c i a ld e p a r t m e n to f c o m t r u c t i o na n d h o u s i n ga n du r b a np r o j e c to fw u h a nu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g ys t u d e n ta p a r t m e n t s c o m p a r i s o no fe n e r g ys a v i n g ( 4 7 0 8 0 9 2 2 ) ，g i v i n gas y s t e mr e s e a r c h f o rt h e t r a n s p a r e n te n v e l o p ei nt h es u m m e ra n dc o l dw i n t e r i na d d i t i o n ，c o m i d e r i n gt ou s ea n e w t y p eo f w i n d o w a d j u s t a b l es h a d i n gt h ep e r i p h e r ys t r m t t r eo f t h es y s t e mt 0t h e w u h a nu n i v e m 时o ft e c h n o l o g yd o r m i t o r yf o rb u i l d i n ge n e r g y - s a v i n g t h em a i n c h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ef ol l o w i n gc o m l u s i o n s ： 1 i nt h eh o ts u m m e ra n dc ol dw i n t e rz o n e ，o n l yc o m l d e r i n go u t s i d et h ew i n d o w b yr e d u c i n gh e a tt r a m f e rc o e f f i c i e n tkv a l u ec a n n o te f f e c t i v e l yr e d u c et h ee n e r g yl o s s ， kv a l u eo ft h ei n s u l a t i o ne f f e c to ft h ew i n t e ral i t t l eb i g g e r , b u td on o tw o r kw e l lo n t h er o bo fi n s u l a t i o n c o l dw i n t e ra n dh o ts u n l i n e rh e a to ft h es u m n l e rs h o u l dp a y a t t e n t i o n 幻t h ep r o b l e m , t h et r a m f o r m a t i o no ff i g h te n v e l o p ea l s o m a i n | yb y c h a n g i n gt h ew a yt h eg l a s si n t ot h eh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e t a ，s h a d i n gc o e f f i c i e n t , a i r t i g h t n e s s ，t h ew h o l es y s t e mt r a n s p a r e n te n v e l o p e 呷f o rc o m l d e m t i o n 2 i nt h ew i n d o w a d j u s t a b l es h a d i n gi n t e g r a t i o ns y s t e m , a d j u s t a b l er o l l e rb l i n d o m s l d et h ec o m f o r t a b l er o o mf o rc h a n g ep h yag r e a tr o k ：w i l lb ea b l et oh e a tb a r r i e r c o a t i n g su s e di nh i g h - e n e r g yw a v e so m s l d et h ew i n d o w a d j u s t a b l el i g h ts h a d i n g e r l v e l o p es y s t e mm a y t a k et h ei n i t i a t i v et om a k e9 0 o ft h es o l a rr a d i a t i o nb l o c k i n g b a c k p r e p a r a t i o na n dp r o p e r t i e so fan o v e lt h e r m a li m u l a t i o nc o a t i n gu s i n g i i i 武汉理工大学硕士学位论文 s i l i c o n e - m o d i f i e ds t y r e m - - a c r y l i ce m u l s i o na saf i l m - f d r m i n ga g e n t , s i l a mc o u p l i n g a g e n tt r e a t e dh o l l o wg l a s sb e a d sa sat h e r n m li n s u l a t i n gf i l l i n gw e r ei n v e s t i g a t e d 1 1 鹭 r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea d h e s i o no ft h ec o a t i n gc o n t a i n i n gs i l a n ec o u p l i n ga g e n t t r e a t e dh o l l o wg l a s sb e a d sw a si m p r o v e df r o m2l e v e lt oll e v e lc a ni m p r o v e ； i n s u h t i o ne f f e c ti m p r o v e dw i t ht h ei n c r e a s eo ft h ec o a t i n gt h i c k n e s s ，b u tw h e nt h e f i l mt h i c k n e s sa r r i v e dt o0 3r a m , h e a ti n s u l a t i o ne f f e c ti sa l m o s tn oi n c r e a s ew i t ht h e i n c r e 嬲eo ft h ef i l mt h i c k n e s s ；m o r e o v e r , t h ec o n t e n to fh ol l o wg l a s sb e a d si nt h e c o a t i n gl e s s t h a n10 ，h e a tr e f l e c t i v eg h s sb e a d so ft h ec o a t i n g ss i g n i f i c a n t l y i n c r e 嬲e dw i t hi n c r e a s eo ft h ec o n t e n to f h e a tr e f l e c t i v eg l a s sb e a d s ，w h e nu pt o1 2 ， t h er a t eo fh e a t - r e f l e c t i v e c o a t i n g sr e a c h e d t ot h em a x i m u mv a h e ，a n dt h e n h e a t - r e f l e c t i v er a t ei sa l m o s tn o ti n c r e a s e dw h e nc o n t i n u e dt oi n c r e a s et h eh o l l o w g l a s sb e a d sc o n t c n l 3 t i l ep o w e rc o m u m p t i o no fa i rc o n d i t i o n i n gi ns u m m e rh e a tt r a m f c r c o e f f i c i e n to fw i n d o w sw i t ht h ei n c r e a s i n g w i t ht h es h a d i n gc o e f f i c i e n to fw i n d o w s i n c r e a s e s ，t h ec o n t r i b u t i o no fh e a tt r a m f e rc o e f f i c i e n to f e n e r g ym a i n | yi nt h ew i n t e r , r e d u c i n ga i rc o n d i t i o n i n ge n e r g yc o n s u m p t i o ni ns u m m e rs h o u l db et h em a i nw a yo f s h a d i n gw i n d o w s ；b yd o e - 2s o r w a r es i m u l a t i o n , i ft h ec t m c n ts i n g l c - l a y e rg l a s s w i n d o w sa l t e r a t i o nt ow i n d o w - a d j u s t a b l ee x t e r m rs h a d i n gc a nr e d u c e e n e r g y c o n s u m p t i o nf n r1 9 5 8 5 5 k w h , m a k i n ge c o n o m i cb e n e f i t sa b o u t i1 1 6 0 0r m b e n e r g y s a v i n gm o d i f i c a t i o nf o rt h es t u d e n td o r m i t o r y , a i rc o n d i t i o n i n gp o w e rc o m u m p t i o n 15 4 0 k w h n 孑，h e a t i n ga i rc o n d i t i o n i n ga n dh e a t i n gc o n s u m p t i o n3 0 18 k w h n 孑a n n u a l e l e c t r i c i t yc o m u m p t i o ni s4 5 5 8k w b m z ，b u i l d i n ge n e r g ye f f i c i e m yr a t eo f6 6 9 7 ， w h i c hm e e te n e r g yr e q u 蕾e r n e n t st h ea n n u a le l e c t r i c i t yc o n s u m p t i o ni n d e xl i m i tv a l u e o f 6 5 b u i l d i n ge n e r g y - s a v i n g 。 k e y w o r d s ： r e s i d e n t i a le n e r g y - s a v i n g ；h o ts u m m e ra n dc o l dw i n t e rz o n e ； t r a n s p a r e n te n v e l o p e ；w i n d o w - a d j u s t a b l es h a d i n ge n e r g y - s a v i n g t r a n s p a r e n te n v e l o p es y s t e m ；d o e - 2b u i l d i n gs i m u l a t i o ns o f t w a r e i v 武汉理工大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i l l 第1 章绪论1 1 1 课题研究的背景意义小l 1 2 透光围护结构国内外的研究现状4 1 2 1 国外发达国家透光围护结构的发展现状4 1 2 2 国内目前透光围护结构发展的现状5 1 3 国内透光围护结构研究存在的问题6 1 4 研究目标、研究内容与技术路线9 1 4 1 研究目标9 1 4 2 研究内容。l0 1 4 3 技术路线1 1 第2 章外窗能阳嫩外辞可调节夕隧阻1 槲踊鲥洲周护结硒张袖诈捉数计 1 2 2 1 夏热冬冷地区的区域范围及其气候特点1 2 2 2 夏热冬冷区域建筑能耗现状1 4 2 3 夏热冬冷地区透光围护结构能耗现状1 5 2 4 夏热冬冷地区透光围护结构能量损失原理1 5 2 4 1 外窗的传热分析1 6 2 4 2 外窗的太阳辐射得热分析1 6 2 4 3 空气渗透性。1 7 2 4 4 可见光透光率18 2 5 外窗- 夕 遮阳一体化透光外围护结构系统的构造思路2 0 2 5 1 相对静态空气层2 0 2 5 2 高能波的阻隔反射功能2 1 2 6 外窗可调节外遮阳一体化系统的构造材料2 2 2 6 1 玻璃的选择。2 2 v 武汉理工大学硕士学位论文 2 6 2 窗框材料的选择。2 3 2 6 3 外遮阳材料的选择。2 4 2 7 本章小结2 4 第3章热反射隔热涂料的制备及性能研究。25 3 1 合成隔热涂料试验2 5 3 1 1 主要原材料2 5 3 1 2 隔热涂料的合成工艺2 6 3 1 3 测试隔热涂料的性能试验方法研究2 6 3 1 4 相对静态空气层厚度的测试研究2 7 3 2 试验结果与讨论2 9 3 2 1 硅烷偶联剂表面处理空心玻璃微珠的研究2 9 3 2 2 空心玻璃微珠掺量对涂料隔热性能的影响3 0 3 2 3 热反射隔热涂料在遮阳卷帘的涂层厚度对隔热性能的影响3 l 3 2 4 相对静态空气层的确立3 2 3 3 本章小结3 3 第4 章外窗逼嘞肝5 1 外遮阳体化透光围护结构系统在既有建筑改造中的应甩3 4 4 1 既有建筑改造的背景介绍3 4 4 2 建筑模拟软件及建筑模拟软件的分析原理3 5 4 2 1 能耗分析的计算原理。3 5 4 3 不同窗户构造形式对留学生改造楼能耗影响的模拟结果3 6 4 3 1 模型基本参数设置。3 7 4 3 2 能耗模拟实验方法及结果。3 7 4 4 选择新系统改造后的节能效果模拟3 8 4 4 1 建筑概况3 8 4 4 2 围护结构基本组成3 9 4 4 3 建筑模型3 9 4 4 4 建筑能耗模拟输入参数4 0 4 4 5 建筑能耗模拟结果4 2 v i 武汉理工大学硕士学位论文 4 5 节能改造后的现场检测的效果比较4 3 4 5 1 检测设备4 3 4 5 2 现场检测分析4 3 4 6 本章小结 4 3 参考文献5 0 附录 5 4 致谢5 5 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景意义 人类进入到2 l 世纪，大部分发达国家以及新兴发展中国家都进入了现代工 业化社会的发展阶段，能源在经济发展中的支配性地位越来越凸现。任何国家 只有保证了能源的安全，才能保证经济的持续健康发展，上个世纪爆发的三次 石油危机，造成全球能源紧张，石油价格上涨，导致发达国家经济衰退，因此， 保证能源的安全与可持续供应己成为国家经济发展的重要前提。 而全球能源结构极大不合理，以2 0 0 8 年全球消耗的能源为例子，化石能源 占到了整个能源结构的8 8 1 7 ，其中石油占到了3 4 7 8 ，消耗煤的比重占到 2 4 1 4 ，天然气的比重为2 9 2 5 ，核电的比例为5 4 9 ，水电的比例为6 3 5 【1 1 。 表1 1 全球主要能源消耗量 这二十年我国经济持续发展，但取决于对能源资源的巨大依赖上，2 0 1 0 年 我国消耗了3 2 亿吨煤、4 亿吨石油、1 0 0 0 亿立方米天然气；目前，我国石油对 外的依存度非常高，国内消耗的石油资源6 0 依靠进口，而世界铁矿石贸易量 中的7 0 是由中国进口的；2 0 0 9 年、2 0 1 0 年中国消耗石油均超过4 亿吨，我国 已经迅速跃居为仅次于美国的全球第二大石油消费国。我们的经济这三十年的 快速成长，很大程度上建立在对资源，能源的疯狂需求上，这种形势很可怕， 武汉理工大学硕士学位论文 一旦能源结构或者世界能源市场出现波动，对我国的宏观经济将会造成难以估 量的灾难性影响。 在常规能源资源面临枯竭的窘境下，新能源结构体系并没有在全社会完全 建立情况下，因此“节能减排”已经在欧美许多发达国家被认为是继煤、石油、 天然气、核能之后的全球第五大能源【2 】，少浪费我们不可增生的能源就是在保护 能源，保护我们可持续发展的环境，保护我们的能源安全。 不久的1 0 年内我国很快将成为全球最大的能源消费国，但是全球能源的量 是有限，如果不在控制能源浪费上面下功夫，全世界能源都不够现在中国或者 新兴发展中国，发达国家使用的。在全球面l 晦能源危机和气候危机的形势下， 2 0 0 9 年哥本哈根会议前夕，中国政府提出到2 0 2 0 年我国的单位g d p 中c 0 2 排 放比2 0 0 5 年下降4 0 * , - 4 5 的发展战略目标【3 】。这是中国对世界的郑重承诺，为 世界节能做出的巨大贡献，为了中国的可持续发展，节能减排势在必行，或者 我国能源消耗大户建筑能耗的排放量显得尤为重要。节能减排已成为改变现在 能源紧张必须采取的国家策略，节能减排是转变增长方式最重要的方式之一。 如果我国的高能耗降低不下来，要保持我国目前的g d p 持续增长几乎是不可能 的，中国以及全世界的资源都无法支撑一个以高耗费资源来求发展的中国。德 国是最早意识到节能环保建筑对国家可持续发展起到重要意义的国家，现在欧 美等主要发达国家建筑节能已经成为了他们的一项基本国策。这表明中国现在 不仅是建筑大国，还是建筑能耗大国，从现在的情况看房地产业在我国正在成 为支柱产业，我国每年建成的房屋达1 6 亿2 0 亿矗，超过欧美等发达国家每年 所建的建筑面积的总和【4 】：随着我国经济的快速发展、房屋建筑规模扩大，城 市化水平不断加快和人民生活水平的提高，建筑己经成为我国能耗的大户，由 于我们国家的建筑标准的要求相对同纬度气候条件下欧美建筑节能标准来说偏 低p 叫，而且材料以及使用过程中的巨大能源消耗，广大群众的节能意识有待提 高，其能耗在我国能源消耗总量中所占的比例已从2 0 世纪7 0 年代的1 0 直接 上升到2 0 1 0 年全国所有能源消耗的3 0 ，并且在近6 0 0 亿平方米的建筑当中， 9 5 以上属于高能耗建筑，新建建筑中9 0 是不节能的，建筑能耗问题相当突出， 建筑能耗之大与我国节能减排的全国战略及其的不协调，针对既有建筑的节能 改造，新建的建筑除了要按照现有的建筑节能标准来设计和施工，建成后的现 场检验也显得很重要。 2 0 1 0 年我国的建筑能耗消耗了全国能源消耗总量的3 0 ，建筑使用能耗占 2 武汉理工大学硕士学位论文 建筑能耗5 0 以上，较差不舒适得建筑物理环境，直接导致了人们在室内的采 暖空调能耗的持续增加，建筑能耗己成为制约社会经济发展的重要因素。 以一个普通居住建筑为例，一般窗户占了建筑面积2 0 以上，而玻璃在门 窗中占7 0 以上，窗户在整个建筑中不光起到保温隔热的作用，更是室内采光， 换气，与外界联系的一个很重要的媒介，但由于窗户是透过薄质结构，传热系 数远远大于其他外围护机构比如说外墙，屋顶等等，所以在整个建筑的外围护 机构中热量极容易从玻璃中进入室内，增加屋内的冷负荷，因此，如何在满足 采光，和换气的前提，如何增加外窗部位的保温隔热性能，成为了改善室内热 环境和提高建筑节能的关键环节。 由相关的数据统计结果显示，外窗耗热量为3 2 5 7 3 w m 2 ，占到总耗能量的 2 6 6 ；外窗空气渗透耗热量为1 5 8 0 5w 秆，占到总耗能量的1 6 7 ；外门耗热 量为6 0 2 6 w n 孑，占到总耗能量的6 4 1 屋面耗热量为4 3 4 7w n ：，占到总耗能量 的4 6 ；外墙耗热量为2 5 1 5 1 w m 2 ，占到总耗能量的3 4 4 ；楼梯间内隔墙耗 热量为8 2 0 5w 舒，占到总耗能量的8 7 ；地面耗热量为2 5 2 1w n ，占到总耗 能量的2 6 。由上述结果显示，窗户耗能量占到建筑总耗能量的4 3 3 。建筑 节能的重点就是采暖和降温能耗，而整个建筑的能量损失中约4 3 3 以上是从透 光围护机构的窗户上消耗掉的。 我国现有4 5 亿井公共建筑中存在大量玻璃幕墙建筑，漂亮现代极富有建 筑感和时代特点，外围护机构中大量的窗墙比就是其中的特点，以玻璃为主作 为建筑外围护结构，但是玻璃越大，室内采光性越好，在公共建筑广泛使用， 但是随着大量玻璃幕墙建筑而来的是巨大的公共建筑能耗，窗户的面积越大增 加的室内采暖制冷的能耗就越大，每一幢漂亮的玻璃幕墙建筑就是一个油老虎， 无时无刻不在吞噬着我们宝贵的资源。2 0 0 6 年统计显示我国幕墙保有总量为l 亿秆，占世界幕墙总量的1 2 。从建筑节能如果按节能6 5 的标准测算，每平方 米公共建筑面积每年可节约3 9 公斤标准煤，每年住宅建筑按1 3 亿舒的建筑量计 算，每年仅仅我国的居住建筑面积，就可以节能5 8 5 0 万吨标准煤，可见，在我 国建建筑节能潜力非常大，如果措施得当，将会在缓解我国紧张能源方面取得 举足轻重的作用。 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 透光围护结构国内外的研究现状 1 2 1 国外发达国家透光围护结构的发展现状 西方国家自从经历了1 9 7 3 以来的三次世界性石油危机后，导致全球经济都 出现不同程度的衰退后，开始重视节能，尤其是消耗能量比较大的建筑上面， 建筑节能的标准纷纷进行了更改和制定，新材料新技术在建筑中的不但应用已 催使了建筑节能水平的快速提高，国家制定相关节能法规，提高人民的节能意 识上，使建筑节能在欧洲、美国等西方发达国家推进得很广，尤其是在透光围 护结构上的外窗部分，欧美各国取得了长足的进步。 欧美各国不断提高和推进透光外围护- 夕卜窗的生产和构造工艺的提高，门窗 的保温一般采用的双层或者三层玻璃，中间充入空气，利用静态空气层的导热 系数低来降低整体外窗的传热系数，窗和外框之间装有双腔的橡皮密封条， s w i g g l e 暖边技术等，减少空气的渗透，提高窗户的气密性。以德国为主的西欧 国家主要采用塑料p v c 作为窗框材料，虽然有木窗，铝合金窗，塑料窗的存在， 但最主要的塑料p v c 窗在欧洲市场上能达到5 4 的市场占有率。美国的节能门 窗以铝合金型材的节能窗，和p v c 加木芯组合的高级节能窗最多。几乎所有新 型节能窗都采用了中空玻璃或者中空l o w - e 玻璃，k = i 5w m 2 k 。欧美国家几 乎都会在节能窗外面使用上外遮阳系统，控制室内的采光以及遮阳的完美协调 统一。 节能窗通常采用的技术手段：低辐射l o w - e 玻璃、惰性气体中空玻璃、 s w i g g l e 暖边技术和阳光控制膜玻璃，热反射玻璃，热反射玻璃膜，热反射涂料 等等，包括在窗户外大量使用新型的外遮阳技术，到了2 1 世纪各国对透光外围 护系统的节能重点放在整个窗户系统的匹配上，不仅仅只使用一个单一的技术， 更多的是不同技术，材料的复合。 1 9 5 5 年赫斯特h o e c h s t 公司开发出来的p v c 塑料窗，因为其隔热保温综合 性能好、气密性佳、耐腐蚀等特点，在接下来的6 0 年内在全世界各地迅速推广 开来，我国夏热冬冷地区普通居住建筑一般就是采用这种p v c 塑钢窗。 在德国建筑师考虑的是气密性不好的问题基本上很少使用推拉窗，而主要 考虑使用的是内开下悬窗，这样设计主要是考虑关窗后有较好的密封性，而有 少量既可下悬开启通风换气，又可使门窗整体内移到铝合金滑道后的推拉门。 4 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 2 国内目前透光围护结构发展的现状 我国建筑节能的意识从上个世纪1 9 8 6 年开始的，标志性事件就是建设部颁 布了我国第一部标准意义上的行业法规民用建筑节能设计标准( 采暖居住建 筑部分) ，由于我国建筑节能事业的起步时间非常晚，大量既有建筑的热工性 能一般比较差，舒适度不好，进一步造成了我们比同纬度，同气候的其他欧美 国家的单位能耗要大得多，外窗的单位面积耗能量是欧洲的2 3 倍，屋面是3 - 6 倍，外墙是3 3 5 倍，门窗的空气渗透率是3 - 6 倍。现在建筑保有量在6 0 0 亿矗， 每年新建建筑面积在2 0 亿舒，我国作为头号建筑大国来说，热工性能状况差， 技术标准低，新材料新技术很难与最新建筑匹配起来，导致我国作为世界建筑 保有量最大的国家和每年新建建筑最大的国家成为了建筑能耗的头号大国，随 着我国将节能减排，可持续发展上升为国策，国家包括全社会都在极大的重视 建筑能耗问题。2 0 世纪八十年代美国科学家研究报告指出，在美国西北太平洋 沿岸地区，以真空玻璃窗代替单层玻璃窗，每平米窗户每年可节约7 0 0 兆焦耳 ( m j ) 的能量，通俗地比喻一下，这相当于全年点亮一盏2 2 w 长明灯的能耗， 而我国大部分地区的情况可能有过之而无不及。所以，新建筑使用节能窗而旧 建筑改装或加装节能窗是降低建筑能耗的快速、最简便而又最有效的措施。若 每年新建房屋2 0 亿平方米，按照门窗面积占建筑面积的1 7 粗略计算，每年全 国约新增门窗3 亿平方米据估算，如果把我国非节能型窗的5 0 改造成节能型 窗，我国可节省煤炭1 8 亿吨，折合人民币2 8 0 6 亿元。我国在l 卜一五期间总 体节能目标2 4 亿吨标煤、其中居住建筑要完成节能5 0 0 0 万吨标煤目标、公共 建筑要完成节能5 0 0 0 万吨标准煤的目标，合计：l 亿吨标准煤，占l 卜一五”总 体节能目标的4 1 7 。虽然与发达国家比存在差距，但同时也蕴藏着巨大的减少 潜力，学习借鉴欧美发达国家设计经验显得尤为重要，期望在新材料，新构造 上努力创新，找到适合我国不同气候分区的建筑节能产品也显得尤为关键。为 了配合建筑节能的落实，我国从1 9 8 6 年开始出台相关的法规，从1 9 8 6 年起要 求新建建筑节能率为3 0 ，从1 9 9 6 年起总节能达5 0 左右；三步节能是自 2 0 0 5 年起1 9 9 6 年节能5 0 的标准上再节能3 0 ，即全国建筑节能达到6 5 瞄彩】。 5 武汉理工大学硕士学位论文 衡量节能窗性能的指标包括四个方面：隔热保温性能、阳光得热性能、采 光性能、防空气渗漏性能。我国的建筑往往为了重视建筑的美观，多采用了大 的窗墙比造成了能量的损失，高层建筑多使用玻璃幕墙担当外围护结构的重任， 考虑得更多的是建筑美观，采光性能，对于建筑能耗考虑得很少，就算是用到 了低传热系数的l o w - e 玻璃，双层或者三层中空玻璃，但很少考虑外遮阳体系， 到了炎热夏天，室外的太阳光会通过幕墙大量进入室内，造成室内的冷负荷大 幅度上升。美国、德国、日本节能窗一般k 值k c p = 1 8 - 2 0 w ( n 孑k ) ；我国p v c 节能窗一般在2 6 3 w ( n 孑k ) 。技术标准上就存在着巨大的差异。外遮阳在窗户 系统的应用，国外尤其是德国等欧洲国家，几乎所有透光外围护结构系统都配 有相关的遮阳措施，而我国外遮阳很少被采用在民用住宅建筑中，大部分居民 家中以窗帘作为遮阳的主要工具，但事实上，但屋外热量高时，热量直接透过 窗户就进入了室内，内遮阳或者窗帘很难起到降低冷负荷的效果。夏热冬冷地 区大量使用的推拉窗，并且没有热桥隔热技术，造成了窗户的气密性不好，热 量通过空气渗透自由流入或者流出室内，造成的采暖空调负荷的增加，也达不 到节能的效果。 1 3 国内透光围护结构研究存在的问题 我国虽然近2 0 年来制定了很多建筑节能相关的法规，这些法规体现出国家 6 武汉理工大学硕士学位论文 对建筑节能工作的关注，对我国的建筑节能工作具有积极的指导意义。但是， 从标准的要求来看，与同时期国外其他国家的建筑节能标准来对比，我们的标 准偏低，这可能是我国现在并将持续一段时间的建筑方面的国情，而且地方实 施操作的层面上开看，对建筑节能的重视程度仍显不足，与发达国家的差距还 较大。 根据城乡住房与建筑部的最新摸底调查显示，在夏热冬冷地区只有部分的 建筑严格按照夏热冬冷地区居住建筑建筑节能设计标准对外围护机构和其设备 用能的关键指标参数进行了限额设计，建筑节能节能设计是一种思路，真正的 落实到建筑中又是一种情况，建筑完工后的节能验收标准并没有出台，如何解 决节能建筑在现场检测方面的难题也没有很好的突破。 我国还缺少针对不同气候分区，单独去研究不同的透过外围护机构的节能 产品，北方的窗用到南方肯定是不合适的，因地制宜才是王道，而且市场上迫 切的需要性价比高的透过外围护结构系统，盲目的引进欧美的先进节能技术， 一个我们的经济条件承受不起，第二并不适合中国的节能分区现状。以从外窗 导热系数k 值上看，我国与发达国家的技术上的差距是显而易见的 2 7 。2 9 】。外窗 节能效果的评价是以窗户整体( 系统) 为对象，传热系数本身并不能如实反映 窗户对建筑物的节能影响，如果过多地降低传热系数将导致得热因子的降低， 会降低窗户的节能效果。我国窗户性能普遍较差，窗户的单位面积能耗达到发 达国家的2 3 倍。 表1 3国内外透光外围护结构的传热系统对比 地区 透光外围护结构- 夕 窗( w m 2 目 中国广大地区外窗平均k 值 4 瑞典 2 o o 丹麦 2 2 0 德国1 5 0 美国 2 0 4 俄罗斯2 7 5 建筑的透光外围护结构对建筑能耗的影响取决于自然采光与通风，建筑物 本身与周围外环境的换热量，这构成7 0 的建筑采暖通风空调的能耗。不同的 建筑风格，尤其是盲目追求窗墙比大的建筑，过分强调加大外窗面积达到设计 上的采光通风好的处理，的确在冬季白天可以增加户外太阳对室内的热量的迸 7 武汉理工大学硕士学位论文 入，但在冬季的夜间却会增大热量消耗，同时还会由于太阳辐射通过窗户进入 室内而使空调能耗增加，但是在夏热冬冷地区漫长的夏季，成户内没有外遮阳 的保护，夏天外面的太阳辐射的高能波不停的进入室内，造成室内的极度的不 舒适，人们除了开空调，很难有更好的选择，这样也就很大程度上增加了大部 分夏热冬冷地区居民在过夏天时很大的一笔空调制冷开销。 我国虽然有相关不同气候分区的建筑设计节能标准，但对于透光为外围护 结构部分的外窗来说，建筑设计师和建筑工程师把降低外围护结构的外窗的主 要努力放在了降低外窗的k 值上，再不改变建筑体型系数，窗墙比的条件下， 一味的只把心思放在改变外窗的玻璃的技术上，比如从以前的高k 值的单玻璃， 变成以后的中空玻璃，双层中空玻璃，或者三层中空玻璃，或者充有惰性气体 的中空玻璃，l o w - e 低辐射玻璃等等，热反射玻璃等等，在玻璃上贴玻璃窗膜 等等，对如何降低遮阳系数s c ，是否大家很少关心，也没有做太多与k 值对比 的相关研究。但无论k 值如何减少，传热系数主要对保温的贡献很好，所以在 北方寒冷的冬天，减低采暖能耗的贡献是很大的，但是夏热冬冷地区或者夏热 冬暖地区，漫长的夏天，太阳巨大的辐射无处不在的照射着各种建筑物，由于 这些地区普遍没有相关的遮阳系统，或者适应与不同季节气候的可调节外遮阳， 冬天的空调制冷能耗非常高，虽然k 值减低，降低了一些冬天的采暖能耗，但 是全年的总能耗随着夏天空调的疯狂使用，所以夏热冬冷地区的整体能耗总是 不降反而升高的。 在我国遮阳不受普及和建筑设计师重视的前提下，常用的窗户遮阳在构造 方式上主要分为窗户的自身遮阳，内遮阳系统，或者外遮阳，从遮阳操纵的方 式来看，分为固定遮阳和调节式外遮阳，可调节式内遮阳等等。单窗户玻璃仅 仅降低遮阳系数，由于玻璃的不同调节性，这会导致在夏天能够节约空调制冷 能耗，但是到了冬天阳光同样很难进入室内，造成采暖能耗的增加，全年总的 来计算同样达不到很好的节能效果。 外遮阳是通过采