节能窗技术.doc

节能窗技术一、窗节能在建筑节能中的意义在建筑围护结构的门窗、墙体、屋面、地面四大围护部件中,门窗的绝热性最差,是影响室内热环境和建筑节能的主要因素。就我国目前典型的围护部件而言,门窗的能耗约占建筑围护部件总能耗的4050。据统计, 单层玻璃窗能耗是相同面积240 砖墙的3.4 倍,是节能墙体的5.6 倍。在采暖或空调的条件下,冬季单层玻璃所损失的热量约占供热负荷的30 50 。夏季因太阳辐射透过单层玻璃射入室内而消耗的能量约占空调负荷的2030。建筑门窗承担隔绝与沟通室内外这两个互相矛盾的任务。因此,增加门窗的保温隔热性能, 加大节能窗的推广力度，减少门窗的能耗,是改善室内热环境质量和提高建筑节能水平的重要环节。窗对室内的声光热环境有很大影响，也直接影响了人体的热舒适性。 二、国内外节能窗技术的发展状况随着建筑节能技术的发展及人们经济实力的增强,人们对节能窗的要求也越来越高,节能门窗呈现出多功能、高技术的发展趋势。人们对门窗的功能要求从简单的透光、遮风挡雨到节能、舒适、安全、采光灵活等,要求不断提高。在技术上从普通的平板玻璃(传热系数为5.46.4W/(m2K) ,到采用中空隔热技术(中间空气层内填充导热性能低的气体,传热系数为3.04.4W/(m2 K) ) 和各种高性能的绝热制膜技术(用真空溅射法生产出可见光透过率高,传热系数低的Low - E 镀膜玻璃,传热系数为1.8 2.8W/(m2K) ) ,传热系数大大下降。窗框占窗洞面积的比例约为1530 ,由于框料型材的不同,窗户性能特点有很大的差别。木窗隔热性能优良, 为了保护森林,木窗使用比例减少,先后由钢窗发展为塑料窗、铝窗、玻璃钢窗以及复合材料窗,窗框的综合性能进一步提高。同时为了减少通过窗框缝隙的空气渗透,采用密封条,使门窗的能耗减小、舒适度提高。与发达国家相比,我国目前建筑节能水平仍有一定的差距,其中建筑节能窗方面表现在:在建筑能耗方面,门窗单位能耗为发达国家的1.52.2 倍,门窗空气渗透为36 倍；在设计标准方面,发达国家设计标准达到较高的水平, 外窗传热系数，中国北京为3.5W/(m2 K)，德国柏林为1.5W/(m2K) ,瑞典南部为2.5W/(m2 K) ,气候与北京相近的美国地区为2.04W/(m2K)。标准上的差距是建筑节能实际水平差距的根本原因。我国目前对新建住宅应推广使用双玻璃塑钢窗或中空玻璃窗等新型节能窗。对既有建筑应逐步将原来的木窗、钢窗改为双层玻璃塑钢窗。如采用单框双玻璃塑钢窗,窗的传热系数可由原来的6.4W/（ m2 k） 降到3.0W/(m2K）,热工性能大为提高,同时也具备气密性高、隔音性能好的特点。三、节能窗的结构选择热量的交换可分为导热、对流及辐射三种方式。不论什么材料制成的窗,如能对上述三种热交换进行最有效的阻断,才能称为最有效的节能窗。为了更加有效地减少热损失,合理选择窗的结构,对其节能起着极为重要的作用。目前在我国建筑结构中常用的窗型,一般包括推位窗、固定窗和平开窗。3.1、推拉窗推拉窗是由日本早期一种推拉门发展而来。推拉窗是由两个窗扇在窗框上、下滑轨中，利用窗扇左右滑动完成开启和关闭。其开窗面积为窗框的一半。推拉窗虽然在窗体内侧有毛条加以密封，但由于两个窗扇上面及窗扇下面左右滑轨间有空隙的存在,很容易形成对流。冷热空气对流的大小和窗扇上下空隙的大小成正比。即便是加装密封条,由于使用的时间延长,使密封条表面主体磨损,窗的上下空隙也会逐渐加大,其能量损失相当严重。对这种结构的窗户,不论采用什么玻璃、什么窗框,其对流产生的热损失远远超过窗框及玻璃的热损失。因此,推拉窗的窗型结构就决定了它不是真正理想的节能窗。3.2、平开窗平开窗是我国建筑结构中使用较为广泛的一种传统窗型,分内平开、外平开两种。由于平开窗的窗扇和窗框间有良好的密封压条,窗扇关闭后会把密封条压得很紧,因而密封性相当好。如果能很好的解决玻璃和型材的热传导，平开窗的节能性能会得到有利的保证。从结构上讲,平开窗的节能效果要比推拉窗效果明显,可称为真正的节能窗。3.3、固定窗固定窗窗框嵌在墙体内，玻璃直接安在窗框上， 玻璃和窗框的接缝以前用胶条，因胶条受冷热变化， 极易脱落，现在已改为用密封胶，把玻璃和窗框接触的四边密封。由于密封胶有良好的水密性和气密性， 用它密封空气很难形成对流，因此对流热损失极少，从结构上讲，固定窗是节能效果最理想的窗型。固定窗的缺点是无法通风通气，所以又在固定窗上装小型上翻下翻窗，或在大的固定窗的一侧安装一个小的平开窗，专门作为定时放风通气使用。欧洲大的固定窗，常在右侧开一窄的开启窗。在国内玻璃幕墙上，常看到小型上翻或下翻通气窗。在固定窗上小的开启窗，均用橡胶压条密封，和平开窗密封效果相同。当然还有其他类型平开窗、平开代翻转窗等，但总体不外乎上述三种窗型。从窗型结构上看：固定窗节能性最好，其次为平开窗，最差的是推拉窗。四、窗的节能措施4. 1 合理确定窗墙比窗墙比是指窗户洞口面积与立面单元面积的比值, （窗房间立面单元面积即房间层高与开间定位线围成的面积）;其数值的大小对房间内的热损失有着重要的影响。在冬季采暖季节,由于窗玻璃具有的透明性,在太阳辐射作用下,可使建筑物获得一定的得热量,使维护结构的热损失减少。因此, 应该合理确定窗墙比的数值,使窗户的各项功能得以充分发挥。在满足室内采光、通风等要求的基础上,不同朝向的窗 墙比应该满足民用建筑节能设计标准(JGJ26 - 95) 的要求, 即“北向0. 25 ,东向0. 3 ,南向0. 35”。4.2减少传热量 控制失热、控制得热1、控制失热多年以来，世界上节能窗技术的进展，突出表现在研制生产出能够控制窗户失热。这种窗户带来的好处是：采暖负荷低(一般说来，制冷负荷也低)，室内环境更为舒适在采暖季节窗户内表面结露状况大为减少。以双层玻璃为例其失热过程如图l所示。冷天，窗玻璃表面比室内空气温度和室内物体表面温度低。通过玻璃表面就会产生失热现象。在室内，一是玻璃内表面与室内物体表面之间进行长波辐射交换；二是室内空气在玻璃表面运动产生对流与传导。当热量从内层玻璃内表面传导到外表面后，内层玻璃的外表面与外层玻璃的内表面之间，由于温差产生长渡辐射变换并通过玻璃间层空气产生传导与对流。热量再从外层玻璃的内表面传出后，其外表面就会由于外界空气对流(下雨时还有雨淋)散失热量，同时还要与天空及周围环境进行长波辐射交换。控制窗户的失热，就是针对窗户的上述失热过程，采取相应的拦截措施。（1）设置空气间层玻璃是热的良导体其导热系数为0 .90w(mK)，（平板玻璃导热系数0.76）单层玻璃的热阻很小。为了增加热阻，有效的方法就是再加上一层玻璃，在玻璃之间有空气隔开。适当增加空气层厚度能够加大热阻。但间层厚度加大至12mm以上时，就起不了多少作用。直至20世纪80年代初期，人们主要还是利用增设空气间层的办法来降低窗户的传热系数值也就是使用双层或者三层玻璃窗。这种办法当然有利于窗户的保温隔热，但是加层窗也增加了窗户的重量与造价还明显地降低了太阳光透过率。 后来人们越来越认识到设置空气间层还为提高玻璃窗的热阻提供了多方面的可能性，其中包括；间层内充填导热性能较低的气体，在玻璃表面镀覆低发射率LOWE)涂层，还可抽出其中部分空气，填人透明材料等等。（2）在间层内充填导热性能较低的气体 为了减少在空气间层内的传导和对流，可以在间层内注入比一般空气黏滞度较高、热传导性能更低的气体此种气体的化学稳定性良好，无碍人体的健康与安全。常用的气体为氩气及氪气(见表1)。这些气体的比重比空气大在间层内不易流动，能进一步降低中空玻璃的传热系数值(见图2)。其中氩气较易从空气中分离，比较便宜，应用较多；氪气则保温性能更好但价格较高，一般用于间层较小(约8mm以下)的中空玻璃内。为使气体长期保留在中空玻璃内而不易逸出中空玻璃的密封质量至关重要。正常生产的中空玻璃内部空气的渗透率每年不应大于1。（3）改善玻璃的热工性能a 玻璃热工性能的评价指标 人们对玻璃热功能的要求体现为两个方面：一是玻璃对太阳辐射的控制能力，即根据室内需求减小(或增大)通过窗户进人房间的太阳辐射，二是玻璃的保温性能，即在室外、室内温差下维持室内热舒适性的能力。在满足热功能的同时，必须兼顾采光。人们对采光方面的要求是：尽可能多地争取天然采光，增大室内照度同时避免出现眩光。本文用如下性能指标来对玻璃系统进行具体评价。 1关于辐射控制 (1)太阳辐射透过率 太阳辐射透过率(Transmittance of Solar Radiation)指直接穿越玻璃系统进入室内的太阳辐射能与所投射辐射能之同的比率。 (2)太阳辐射得热系数g 太阳辐射得热系数(Solar He8t Gain Coefficient)也称为太阳辐射得热率，指投射在玻璃系统上的太阳辐射通过玻璃系统进入室内的比率，其中包括直接透射能量与经玻璃系统吸收后再向室内散发的能量。 (3)遮阳系数Sc 遮阳系数(Shading Coefficient)以表征在使用镀膜或采用遮阳措施后，相对于3mm普通白玻窗户太阳辐射得热系数的减弱程度其数值等于所考虑对象与白玻太阳得热系数的比值一般取白玻的太阳得热系数为0.87。 2关于采光 (1)可见光透过率vis 可见光透过率(Transmittance of visible Radiation)反映玻璃在可见光范围内太阳辐射的透射情况。 (2)透过光线冷暖指数Dx 光线冷暖指数(Daylights lndf coolness)用以描述透过玻璃太阳光给人造成的热感受。 3、关于绝热与保温 ()表面热发射率 玻璃的表面热发射率(Surface Emissivity of long wave radiation)决定了其发射散热能力的强弱值越小表面发射热的能力越小。 ()热阻R 玻璃系统的热阻(Thermal Resistance)指玻璃系统阻止因两侧温差所引起热量流动的能力包括玻璃系统本身的热阻及玻璃系统内外侧面的表面换热阻 ()传热系数K 传热系数(Theal conductance)是热阻的倒数在欧美称为U值。b 新型节能玻璃、镀膜中空玻璃（普通的中空玻璃窗是由两层或多层平板玻璃构成,四周用高强度气密性的复合粘合剂将两片或多片玻璃与铝条或橡胶条粘合,在密封玻璃之间的空隙处充入惰性气体,用以获得良好的保温、隔热及隔音性能。）镀膜中空玻璃作为中空玻璃的一种类型,具有遮阳、保温和装饰作用，是由热反射或吸热镀膜玻璃（控制得热）以及由低发射率镀膜玻璃（控制失热和得热）组成的中空玻璃。关于低发射率镀膜玻璃20世纪70年代中期人们开始意识到，通过典型的双层玻璃窗热传递的大部分是从一层玻璃向另一层玻璃的红外辐射交换产生的。对于没有镀覆任何涂层的两片白玻璃来说相互间长波辐射交换程度很高约为通过此间层热量的总交换量的60。常温条件下产生的红外热，发射到玻璃上时长波红外热被玻璃阻挡住。但是玻璃的发射率很高，达到0.84。因此，玻璃吸收了红外辐射，并重新以很高的发射率射出。通过空气间层传递的辐射热与间层的有效发射率成正比。如两个相对的玻璃表面的球形长波发射率分别为e1及e2，则该间层的有效发射率为： E=1(1/e1+1/e2 -1)由此可见，只要减小双层玻璃中任何一个表面的发射率,就能大大减少辐射热的传递。成功来自于一次次勇敢的自我突破 在玻璃表面镀覆LOW-E涂层，就可以减少两片玻璃之间的长波辐射交换。没有镀层的白玻璃的发射率为O84，而镀有发射率为0. 2的涂层后其辐射交换率就降低了34因此传热系数值也随之降低。应该注意的是，由于结露或其他原因，致使镀层表面存有水分由于水分有很高的发射率，会抵消LOW-E镀层的作用。LOW-E镀膜很薄，仅为几个原子，通常用在内侧玻璃的外表面。它对短波辐射是透明的，使可见光得以通过但对长波辐射是不透明的，对常温热能起阻挡作用。冬天可保持室内热能，使其难以向外散发，而夏天又可以将室外高温发出的大量热辐射反射回去，使其难以进入室内，做到室内冬暖夏凉。现在，已经能够生产具有不同性能的LOW-E玻璃。（4）间层抽真空两层玻璃中抽真空,玻璃四周用特殊材料烧溶密封而成。它基本上消除了玻璃间气体对流及导热的热量传递,其保温性、密封性和耐久性优良。采用真空玻璃制成的平开塑铝框保温窗属于一种新产品,目前仍在试验阶段。测试结果表明,与双层玻璃窗相比,采用真空玻璃后,窗户的传热耗热量占总耗热量的比便由原来的20. 37下降到13 ,与采用中空玻璃相比较,这一比例由原来的15下降到13。当真空玻璃采用低辐射镀膜后,窗户的保温性能大大提高,节能效果更加明显。 (5) 使用导热性能低的间隔条在中空玻璃的两层或三层玻璃之间，要用间隔条分开，还要求彼此粘结牢固，密封严实，有足够的强度。间隔条的选择主要考虑两方面因素：(1)热传导系数,(2)对中空窗密封寿命的影响。从热传导性能出发,可将中空玻璃使用的间隔条分为冷边和暖边两大类。冷边是指传统的金属铝框, 常规的做法是用铝管或不锈钢管间隔。金属管结构性能良好，但却是热的良导体，金属间隔条又成为中空玻璃保温隔热的薄弱环节。特别是在采用LOW-E镀膜、充填惰性气体的条件下，间隔条的热桥问题就更加突出。我国目前使用的间隔条大部分为铝隔条,属于冷边类,易导致边缘处结露或上霜,降低整窗的节能效果。改进的方法是，在间隔条中设置断桥。暖边指间隔条的材料或构造不同于传统铝隔条的间隔条,如国内使用的胶条(由波浪形铝带外加一层内含干燥剂的密封胶)。暖边间隔条是旨在改善中空玻璃边缘热传导性的, 通过采用少量的金属或完全非金属材料来实现窗户的节能效果。在北美, 暖边主要有超级间条(SUPER SPACER), 舒适胶条(SWIGGLE),不锈钢U型隔条(INTERCEPT), 强化塑料和铝合成的漕型条,玻璃纤维隔条,以及带冷桥的金属隔条等等。随着人们对节能的认识提高,可以预见暖边隔条在我国中空玻璃市场份额会逐渐上升。 (6)降低通过窗框的传热窗框占窗洞面积的比例约为1530 ,由于框料型材的不同,窗户性能特点有很大的差别。长期以来，世界各国普遍采用木窗。木材强度高，保温隔热性能优良容易制成复杂断面，但耐燃和耐潮湿能力很差。由于新材料的发展，世界上木窗采用的比例已大幅度降低。我国则由于森林缺乏，为了保护森林严格限制术材采伐，术窗使用比例很小。钢窗强度高防火能力强，抗风压、防盗能力好，但热工性能很差保温隔热不良，不易形成复杂断面。我国在2030年前推行“以钢代术”阶段钢窗曾为市场主导产品但现在市场占有率很低。 19701980年以后，塑料窗在世界上得到了迅速的发展。其特点是保温隔热性能突出，节能效果好，容易挤塑形成复杂断面耐潮湿能力极佳，耐化学腐蚀性能优越，装饰性、气密性都可以做得很好。但强度、刚度、耐冲击力、抗风压能力较差，断面较大，对光线遮挡较多，不耐燃烧，存在光、热老化问题，防雷、防火、防盗难以满足高要求。第二次世界大战以后，铝窗就在世界上得到了发展应用。这种窗户强度、刚度较高，抗风压性能佳，耐久性和装饰性好色彩丰富较易形成复杂断面，耐燃烧、耐潮湿性能良好。但耐化学腐蚀性能不如塑料窗，保温隔热性能差。现已开发出多种热桥阻断技术其中以穿人尼龙条方法优点较多。断热处理后，窗框保温性能约可提高30。此外，还有玻璃钢窗以及一些复合材料窗，如铝塑复合、木塑复合等。不同材料的复合有助于取长补短，提高窗框的综合性能。窗框部分的二维或三维的传热影响分析，应该不只局限于窗框本身，因为窗框所夹住的中空玻璃内还有间隔条。这种间隔条凹进在窗框视线以内。有些间隔条内还有金属片。这种金属片会在中空玻璃嵌人窗框处形成热桥。其表面热流分布情况如图。从图中可以看出，在窗框与玻璃边缘的分界线附近温度较低。一般说来此种热桥影响范围在离窗框边缘63mm以内。新型节能窗框a、塑铝窗框塑铝窗即为保温节能铝合金窗。它和普通铝合金窗的区别在于在塑铝窗的铝合金型材内注入一条PU 树脂,以此将铝窗型材分离形成断桥,来阻止热量的传递。此种节能窗既有铝金属材料的高强度,又有塑料绝热的特点,具有非常好的隔热节能效果。b、玻璃钢节能窗框玻璃钢窗是新一代绿色环保型节能窗,它是由新型复合材料制成窗框架,既有钢、铝等金属材料的坚固性,又有塑钢门窗的保温、防腐、节能的特性,且美观、耐用。其使用寿命为50 年,与建筑物基本相同,是近期及中远期满足建筑节能标准的节能材料,已被国家列入当前国家重点鼓励发展的产品、产业和技术目录。（7）提高气密性减少渗透损失窗户的气密性在试验室按标准方法测定用在一定压差下的mh表示。在建筑结构中,门窗的缝隙是冷风渗透的主要通道。我国多数门窗的气密性都较差,在风压和热压的作用下,冬季室外冷空气通过门窗缝隙进入室内,会增大门窗的热损失。空气渗透量与开启方式(即是固定窗还是开启窗，咀及开启形式)、密封条样式、窗框构造、制作和安装质量等因素都有关系。为减少由缝隙渗透的冷空气量,应合理选择窗户的结构,减少窗与框、扇与玻璃间的缝隙,对所存在的缝隙,应采用相应的措施,如在缝隙中镶密封条，刷子型和压缩型的密封条是有代表性的做法;在窗框与墙间的缝隙中用保温砂浆等材料填充密封等,可使渗入的冷空气量大为减少, 提高其气密性。 2、控制太阳辐射得热控制太阳辐射热进人窗户的做法，大体可分为两类：一类是使用玻璃隔热，另一类则是加设遮阳措施。 (1)用玻璃隔热 为了控制太阳辐射得热强度一些国家20世纪40年代开始采用着色玻璃(有时称为吸热玻璃)；20世纪60年代开始采用热反射玻璃。无论是着色玻璃还是热反射玻璃，对于减少过多的太阳辐射得热都是有作用的。 吸热玻璃对太阳辐射有较强的吸收作用，能降低进人室内的透射能量，具有一定的遮阳效果但因为被吸收的能量有相当一部分会以对流与热辐射的形式散发到室内，所以并不能十分有效地降低太阳辐射得热率。在玻璃表面附加一层膜，使之能反射更多的太阳辐射，在反射的同时仍允许一部分光线透射，就形成了反射玻璃。窗用反射玻璃在20世纪70年代上市后很快就得到广泛使用。首先因为其对太阳辐射有较强的遮挡能力对夏季隔热有显著作用，而且反射玻璃克服了吸热玻璃使透射光线颜色失真的缺点。另外反射玻璃用作大面积幕墙时，可以映射出环境景色、周围建筑物丰富了建筑师的表现手法然而与吸热玻璃类似反射玻璃并不具有光谱选择性对可见光与近红外辐射一样，不加区别地反射井且反射膜对近红外辐射普遍具有