门窗节能技术

门窗节能技术在墙体、屋面、地面以及门窗四大建筑外围护部件中，门窗的绝热性能最差，是影响建筑保温隔热性能主要因素之一。目前，在我国典型的围护部件中（表1），门窗的能耗损失约占建筑围护结构总能耗的40%〜50%，是地面的20倍、屋面的5倍、墙体的4倍。据统计，在空调或采暖的条件下，夏季因通过门窗进入室内的太阳辐射热消耗的冷量约占空调负荷的20%〜30%，冬季则有30%〜50%的供热负荷是来自门窗损失的热量。从建筑节能的角度看，建筑外门窗一方面是热量流失大的构件，另一方面也成为得热的构件，也就是太阳热能通过门窗传入室内，因此，根据不同地区的建筑气候条件、功能要求以及其它环境、经济等因素来选择适当的外门窗材料、窗型和相应的节能技术，因地制宜地选择节能措施，发挥节能的效果。门窗的设计中不管是普通门窗或是新型的节能门窗，都要满足以下功能上的要求：第一要满足室内足够的采光要求；第二要满足隔热保温性能，也就是冬天要保温，减少热量的流失，夏天要隔热，防止室内温度过高；第三就是要满足住户的视野开阔，同时达到良好的通风效果；最后就是满足建筑的美观性。表1我国目前典型围护部件的传热系数部件名称构造形式传热系数K[W/(nrK)]门金属门6.40木门2.70外窗单玻金属窗6.40地面土壤0J0屋面混漩土通风屋面1.45外墙粘土、贝岩实芯砖370mm1.57粘一上、火岩实芯砖240mm1.95一、控制窗墙面积比窗户的热阻比墙体的热阻小很多,如单玻钢窗的传热系数约为240mm厚砖墙的3倍，因此，窗户面积的大小及其保温性能的优劣，对建筑能耗有相当大的影响，故需要一个合理的窗墙面积比.根据《民用建筑热工设计规范》规定，北向不大于）.25，东西向不大于0.3,南向不大于0.35.考虑到冬天的采暖，很多地方根据建筑的实际情况和人们的生活习惯，对东西向窗墙比控制严格，而南向较松.如湖南规定，南向不大于0.5。二、改善外窗的保温能力玻璃的导热系数很大，薄薄的一层玻璃热量很容易传入或传出，因此必须考虑采用双层玻璃、中空玻璃、低辐射玻璃等保温性能较好的玻璃来做窗户。此外窗户的框材也要加以考虑，如果是铝型材或钢型材的框，则必须对型材做断热处理，即将型材朝室内部分和朝室外部分断开，用导热系数较低的材料将两者连接起来。1.选好型材材料和断面形式型材材料和断面形式是影响门窗保温性能的重要因素之一。门窗型材有金属型材、非金属型材和复合型材。金属与非金属型材的热工特性差别很大，目前，我国门窗常用的型材以木、塑、钢、铝、玻璃钢等为主，不同材料的传热系数见表2.1，采用这些材料制造成的窗户的保温性能见表2.2。表1.1不同材料的传热系数材料名称传热系数[初(m’K)]材料名称伶热系数[w，(nr-K)]"木、.0.17玻璃0.81PVC0.30钢材110.9空气0.046铝材203玻璃钢0.27 表1.2各类窗」当的保温性能窗框材料窗广类型传热系数[W/(m2K)]单玻木窗4.5木窗单框双玻木窗2.5双层木窗1.76单玻钢窗6.5钢窗单框双玻窗3.9〜4.5双层窗2.9〜3.0单玻铝窗6.5普通铝合金窗双玻铝窗3.9〜4.5单框中空玻璃窗3.5断热铝台金窗单玻窗一般中空玻璃窗5.72.7-3.5单框单玻窗4.7塑料窗单框双玻窗3.07.5单框中空玻璃窗2.6〜3.0玻璃钢窗单框中空玻璃窗单框单玻窗2.3〜2.84.0从表2.1和表2.2中可以看出，木材、塑料、玻璃钢的传热系数要低于钢材、铝合金等，但铝合金经断热处理后，其制作的窗户的传热系数有得到明显降低。型材断面最好设计为多腔型材，腔壁垂直于热流方向分布。主要是增加型腔数量减少型腔宽度。在选用钢塑门窗材料时应注意型材质量和型材的断面结构形式型材的断面结构形式不同其传热系数差别很大，腔室对热流能起到阻隔作用，可以削弱热量对流及辐射强度。型腔数量越多，辐射传热强度就会随着腔室数量增加而等比减少，而减少腔室宽度则可减少热对流。通过实践已经确认双腔塑料型材、三腔塑料型材和四腔塑料型材的传热系数分别为：2.1W/（m2•K）、1.8W/（m2•K）和1.6W/（m2•K）,型腔宽度小于8mm时，极少有热对流现象。可见将钢塑门窗由双腔变为三腔、四腔或多腔并增加型材的厚度、减少型腔宽度是提高建筑节能效果的一项重要途径。对于金属型材（如铝型材），虽然也是多腔，保温性能的提高并不理想，为了减少金属框的传热，可用非金属材料作断热桥进行断热处理，或者将带腔的金属和非金属型材复合构成复合型材。这里需要指出的是断热桥应有足够的长度（指金属断开的距离），才能保证断热桥有足够大的热阻。对于复合型材，非金属型材应有足够厚度，才能保证它有足够大的热阻。我国目前采用的铝合金断热桥长度一般为5mm，由于长度偏小导致铝合金断热窗保温性能不理想（断热桥一般不宜小于15mm）。另外，铝合金断热平开窗保温性能不理想的另一个原因，是使用了与铝合金断热型材不配套的五金配件，使被断热桥断开的铝型材又被里外联通。选用平开窗时，应解决五金件及安装上存在的问题。2.玻璃材料玻璃是非金属材料，虽然它的导热系数仅为0.8-1.0W/（m・K），但由于窗玻璃厚度很薄，一般为3-6mm，所以热阻非常小。玻璃面积占窗户面积的70%-90%，因此，提高窗玻璃热工质量是改善窗户保温性能的重要途径之一。①增加玻璃层数。窗户玻璃由单层变双层（或中空玻璃）或3层（或两玻加膜），其保温性能会明显提高。②玻璃镀膜。2.1热反射玻璃热反射玻璃又称镀膜玻璃，一般是在玻璃表面镀一层或多层诸如金、银、铜、格、镍、铁等金属或金属氧化物薄膜或非金属氧化物薄膜的节能玻璃。热反射玻璃具有较高的反射率和较低的总透射率，可较好地隔绝太阳辐射能，降低室内空调费用。此外，热反射玻璃可以获得多种反射光，可以将四周建筑及自然景物映射到彩色的玻璃上，使整个建筑物显得缤纷绚丽，宏伟壮观，使工作及居住环境更加舒适。其性能特点及适用范围见表2.1。表2.1热反射镀膜玻璃的类别、性能特点及适用范围分类性能特点按颜色分：灰色、青铜①太阳光反射率较高，遮蔽系数小、隔热性能较好：热反射玻璃的太阳光色、茶色、金色、浅蓝反射率为10%〜40%（普通玻璃仅为7%）,太阳光总透射率为20%~40%色、棕色、古铜色、褐（电浮法为50%—70%）,遮敝系数为0.20〜去.45（电浮法为0.50〜0.80）,色等；因此，热反射玻璃具有良好的隔绝太阳辐射能的性能。按性能分：热反射、减②镜面效应与单向透射性：热反射玻璃的可见光反射率为10%〜40%,透反射表面导电，防无线射率为电浮法为30%〜45%）,从而使热反射玻璃具有良好的电，中空、热反射及夹镜面效应和单向投射性。层热反射玻璃等；③化学稳定性较好：热反射玻璃具有较高的化学稳定性，在质量分数为5%按外观质量和理化性能的盐酸或5%的氢氧化钠中浸泡24h后，膜层的性能不会发生明显的变化。分，优等品和合格品；④耐洗刷性较好：热反射玻璃具有较好的耐洗刷性，可用软纤维或动物毛按产品厚度分：3mm、刷任意洗刷，洗刷时可使用中性或低碱性洗衣粉。4mm、5mm、6mm、Smm、由于热反射玻璃具有良好的隔热性能，在建筑工程中获得广泛应用。热反]Omm■,]2mm-L类。射玻璃多用来制成中空玻璃或夹层玻璃。适用范围:①适用于温、热带气候区;适用于作幕墙玻璃、门窗玻璃、建筑装饰玻璃和家具玻璃等；利用热反射膜镀膜玻璃的控光特性，可以代替窗帘；可用作中空玻璃、夹层玻璃、钢化玻璃、镜片玻璃的原片2.2吸热玻璃吸热玻璃通过在玻璃当中加入某些成分，从而提高了对太阳辐射的吸收率，降低红外线的透射率，使得其能大量吸收红外线辐射能，又能保持良好的可见光透过率。应用于玻璃幕墙时，可以大大减少太阳辐射传入室内的热量，在夏季有利于降低室内温度，有效降低空调能耗，达到节省费用的目的。吸热玻璃因配料加入色料不同，故产品颜色多种多样，如蓝、天蓝、茶，灰、蓝灰、金黄、蓝绿、黄绿、深黄、古铜、青铜色等。吸热玻璃有如下特点：（1）吸收太阳的辐射热。吸热玻璃的厚度和色调不同，对太阳辐射的吸收程度也不同（见表2.2）。因此，应当依据各地区的日照情况，选择最适宜该地区的吸热玻璃种类，以达到节能的目的。（2） 吸收太阳可见光。吸热玻璃比普通玻璃吸收可见光多一些，所以能使刺目的阳光变得柔和，它能减弱射入太阳光线的强度，达到防止眩光的作用。（3） 吸热玻璃透明度比普通玻璃平板玻璃稍微低一些，能清晰观察室外景物。（4） 吸热玻璃除了能吸收红外线，还有显著减少紫外线透过的作用，可以防止紫外线对室内物品的辐射，而防止褪色、变质。（5） 吸热玻璃绚丽多彩，能增加建筑物的美观效果。表2.2普通玻璃与吸热玻璃太阳透过热值及透射率品种透过热值[W/ ]透热率（%）空气（暴露空间）879100皆通玻璃（3mm原）72682.55普通玻璃（6mm厚）66375.53蓝色吸热玻璃（3mm厚）55162.7蓝色吸热玻璃（6mm厚）43349.212.3中空玻璃中空玻璃是当前国家力推的节能产品，有些地区已作为强制性建筑规范，如北京、天津等。中空玻璃是将两片或多片玻璃其周边用间隔框分开，并用密封胶密封，使玻璃间形成有干燥气体空间的一种复合玻璃制品，可以将多种节能玻璃复合在一起，产生很好的节能效果。优质的中空玻璃和具有优良的保温性能的门窗型材制成的节能门窗的效果更佳，部分不同结构玻璃的节能效果见表2.3。表2.3部分不同结构玻璃的节能效果 单位：W/m2玻璃种类、结构夏季传入室内的热量冬季传至空外的热量6mm单.片玻璃710154普通透明中空玻璃59469单-片热反射玻璃368137热反射中空玻璃24284Low-W中:空玻璃21541下面将分析玻璃厚度、间隔气体的类型、气体间隔层的厚度对中空玻璃传热系数（K）、太阳得热系数（SHGC）的影响。图2.1、图2.2分别为中空玻璃传热系数、太阳得热系数与厚度的关系，图2.3为气体间隔层厚度对K值的影响。（1）玻璃厚度从图2.1中可以看出，中空玻璃的传热系数随着玻璃厚度的增加而降低，但变化较小，基本为直线关系。按照《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》(151-2008)中对玻璃传热系数的计算方法，分别计算白玻玻璃组成的3mm+12mm+3mm普通中空玻璃(两片白玻玻璃厚度为3mm，空气间隔层厚度为12mm)和10mm+12mm+10mm普通中空玻璃(两片白玻玻璃厚度为10mm，空气间隔层厚度为12mm)的传热系数。计算得，玻璃厚度都为3mm时，传热系数为2.745W/(m2-h)；玻璃厚度都为10mm时，传热系数为2.64W/(m2•h)。通过比较，传热系数值降低了3.8%左右，变化不大。从图2.2中可以看出，影响中空玻璃SHGC的主要因素是膜层的类型，玻璃厚度的影响相对较小。对于两片白玻组成的中空玻璃，单片玻璃厚度由3mm增加到10mm，SHGC值降低了16%；由绿玻(选用典型参数)+白玻组成中空时，则降低了37%左右，是前者的一倍多。年个单讪岐此的厚度河am 庭个单井畤帽的峰海Fee图2.1中空玻璃K值与厚度的关系 图2.2中空玻璃SHGC值与厚度的关系间隔气体类型一般，中空玻璃的热导率要比单片玻璃低一半左右，主要是气体间隔层的阻热作用。中空玻璃间隔层内充入气体类型一般为空气，以及氟气、氩气等惰性气体。由于这些气体的传热系数都很低(氩气为0.016W/(m2-h)、空气为0.024W/(m2•h))，不易导热，因此在充入间隔层后，能有效阻隔热量的传递。对白玻6mm+12mm+6mm中空玻璃的传热系数进行计算，当气体间隔层内分别充入空气、90%氩气、100%氩气、100%氟气时，其传热系数分别为2.7W/(m2・h)、2.55W/(m2・h)、2.53W/(m2・h)、2.47W/(m2•h)。一般，玻璃的传热系数越低，其阻热能力越强，节能效果越好。可见，充入氟气的节能效果最好、氩气次之，空气最差。但由于氩气在空气中的含量丰富，提取比较容易，使用成本低，因此应用较为广泛。（3）间隔层的厚度由前面的内容知道，中空玻璃的的热阻性能好，是因为充入了传热系数比玻璃较低的气体。因此，在玻璃材质以及密封构造都相同的情况下，中空玻璃的整体的传热系数是随着气体厚度的变化变化的（在其他条件都相同时，气体层厚度越大，充入的低传热系数的气体的量就越大）。从图2.11中可以看出，中空玻璃的的传热系数随着间隔层厚度的增加而减小。间隔层厚度在增加到12mm前，传热系数增长明显；12mm后，变化较小。对于12mm后，传热系数变化小的原因是：气体间隔层层厚度增大到约12mm后，由于玻璃之间存在温差，使得气体产生对流现象，从而降低了厚度增加的作用。因此，对于中空玻璃气体间隔层度，选择12mm时，效果相对明显。另外，中空玻璃还可以采用钢化玻璃、夹层玻璃等安全玻璃为原片加工，可以达到保温节能与安全使用玻璃相结合，其效果更好。（4）真空玻璃真空玻璃的结构如图2.4所示，是将两片玻璃的四周密封，中间抽成“真空”（基本上可以说已无气体），真空层的厚度为0.1〜0.2mm，其中用排列规则的微小支撑物来承受大气压力以保持间隔。由于真空玻璃消除了气体对流和导热产生的传热，若再配之以高性能低辐射膜，很容易将传热系数减小到1以下。图2.4真空玻璃的基本结构一般，真空玻璃的保温性能要比的中空玻璃好2〜3倍，隔声性能也优于中空玻璃，因此，在建筑节能中具有良好的效果。例如，北京东直门“天恒大厦”，共用组合真空玻璃幕墙和门窗近1万平方米，虽然投资巨大，但据专家估算，这些高额投入可在2〜3年内收回。每年节约电费上百万元，节约标准煤上千吨，还减少了上千吨CO舞有害气体的排放。2三、门窗遮阳技术炎热的夏季，太阳辐射透过窗户直接进入室内的热量是造成室内过热或严重增加空调制冷负荷的主要原因。因此为建筑物的窗户设置一些遮挡物，阻挡阳光直射是夏季隔热最有效的措施，遮挡物反射和吸收了大部分的太阳热能，避免太阳辐射热直接进入室内空间，有利于防止室内温度升高和波动，从而达到节能目的。遮阳的形式大体上可分为选择性透光和遮挡式二种，所谓选择性透光遮阳是利用某些特殊镶嵌材料对阳光具有选择性吸收、反射（折射）和透射的特性来达到控制太阳辐射的一种遮阳方式，所谓遮挡式遮阳就是指直接阻挡阳光进入室内的遮阳方式。一般而言，门窗的遮阳措施有主要有三种，分别是外遮阳、内遮阳以及镀膜材料遮阳。3.1外遮阳在我国，外遮阳应该是外门窗节能设计的首选。因为在我国夏季，天气比较炎热，外遮阳很好的避免了过强的阳光射进室内，同时有效降低强烈阳光对室内家具、温度等等不利影响。使用外遮阳往往不只是使用者个人的事情，它还影响到建筑的立面效果，遮阳的设计也是建筑立面设计的重要部分。经常可以看到，夏季炎热地区一些未经过遮阳设计公寓住宅，许多住家各自拉起了帆布篷，或安装遮阳板，或是在窗口阳台种植爬藤植物，形形色色的遮阳设施使建筑立面杂乱无章，严重影响了建筑本身的整体设计及建筑的美观性。而有些不当的遮阳措施既达不到有效的隔热效果，还给居住生活带来不便。遮阳措施设计需要建筑师在建筑设计时充分考虑，做到综合处理。外遮阳设施一般可以分为水平式、垂直式、综合式和挡板式等四种。（1）水平式遮阳能够遮挡从窗口上方射来的阳光，所以它适用于南向和接近此朝向的窗口，也适用于北回归线以南的低纬度地区的北向和接近北向的窗口遮阳；（2）垂直式遮阳能够遮挡从窗口两侧斜射来的阳光，适用于北回归线以南的低纬度地区的北向和接近北向的窗口遮阳；（3）综合式遮阳是水平式同垂直式组合起来的形式，所以能遮挡从窗口上方和左、右两侧射来的阳光，适用于南向、东南向、西南向和接近此朝向的窗口遮阳，同时也适用于北回归线以南的低纬度地区的北向及接近