余華林

【摘 要】當(dāng)今我國(guó)能源消耗巨大，其中建筑能源消耗約占全國(guó)能源消耗總量的1/4，是能源消耗的一大部分，而建筑主體能耗的一半都來自于建筑外門窗的消耗。塑料窗的保溫性能直接影響到建筑物的能量消耗量，提高門窗的保溫性能能直接拉低建筑能耗，其原因在于建筑門窗是建筑外圍結(jié)構(gòu)保溫性能最薄弱的部分。本文通過分析建筑外窗的能量消耗原因，門窗結(jié)構(gòu)等指出了PVC塑料門窗保溫性能低的原因，提出了優(yōu)化窗框結(jié)構(gòu)和窗玻比等提高保溫性能的措施。

【關(guān)鍵詞】PVC；塑料門窗；保溫性能

0 前言

據(jù)調(diào)查研究，從20世紀(jì)70年代末到今年，隨著城市化進(jìn)程的加快和人民生活質(zhì)量的改善，我國(guó)建筑能耗總量而逐年上升，從10%增加到27.45%，而隨著時(shí)代發(fā)展，我國(guó)建筑能耗比例還會(huì)上升，據(jù)估測(cè)會(huì)到全國(guó)總能耗的33%左右。而建筑門窗保溫是減少建筑能耗的重要命題，由于PVC材料有氣密性、水密性、隔聲性能、耐候、耐沖擊、耐腐蝕及阻燃等多種良好性能，建筑門窗普遍使用PVC塑料。因此，提高PVC塑料門窗保溫性能有很大必要。

1 影響PVC塑料門窗保溫性能的因素

1.1 空氣熱量交換

對(duì)流傳熱是具有熱能的氣體或液體在移動(dòng)時(shí)所進(jìn)行的熱交換現(xiàn)象。對(duì)于建筑外窗，主要是由窗扇、窗框間縫隙的氣體滲漏以及中空玻璃中間氣體層的流動(dòng)引起熱量交換。由于塑料門窗窗框之間存在縫隙，窗扇上下形成了明顯的對(duì)流交換，室內(nèi)外空氣的溫差形成了冷熱空氣的對(duì)流。室內(nèi)外溫差越大，空氣對(duì)流引起的熱量散失越多。由于溫度差異的大小差別，主要是冬夏季對(duì)流引起的空氣熱量交換，在全年中對(duì)流引起的空氣熱量交換產(chǎn)生的熱量消耗比例較大。冬季圍護(hù)結(jié)構(gòu)薄弱部位內(nèi)表面溫度過低，建筑通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)即PVC塑料門窗向外散失熱量；夏季圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度過高，室內(nèi)外空氣由于溫差較大形成了熱作用，通過房屋圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入室內(nèi)。引起空氣熱量交換的主體是玻璃、框和玻璃間隔條及間隔層之間縫隙中的空氣，縫隙越大，空氣對(duì)流引起的熱量散失越多。

1.2 太陽輻射

輻射是熱量以波的形式由一個(gè)物體轉(zhuǎn)到另一物體的現(xiàn)象。可見光、紅外線、紫外線等多種不同波長(zhǎng)的光波組合形成了太陽輻射，在夏天，太陽光透過玻璃的量非常多，原因在于一般的玻璃能讓可見光和紅外線高效率的通過，并且因太陽輻射產(chǎn)生的熱量散失遠(yuǎn)遠(yuǎn)比因?yàn)闇夭睢?duì)流等產(chǎn)生的熱量散失多得多。玻璃面積一般都占窗戶面積的80%以上，因此透過建筑門窗的熱量遠(yuǎn)多于從門窗縫隙和窗框散熱。所以技術(shù)改革，尋求更好的設(shè)計(jì)方式和措施減少能透過玻璃的太陽輻射是夏冷冬熱地區(qū)建筑設(shè)計(jì)的第一要?jiǎng)?wù)。一般來說，透過窗戶的太陽輻射的量根據(jù)窗戶的朝向有所不同。人們一般都希望冬天從太陽輻射中吸收熱量，夏天減少太陽輻射從熱減少熱量傳遞。而當(dāng)前普遍使用的玻璃熱阻值很小，達(dá)不到這種要求。

1.3 門窗材料熱量傳導(dǎo)

傳導(dǎo)是物體內(nèi)部的熱量由高溫側(cè)向低溫側(cè)轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，傳熱量的多少與物體的傳熱系數(shù)及物體體積（面積）有關(guān)。中通玻璃的熱能傳導(dǎo)能在兩層玻璃之間的隔層材料中進(jìn)行，而現(xiàn)在普遍使用的事單層玻璃，只能從窗框和玻璃中進(jìn)行傳導(dǎo)。從傳熱熱阻值方面來看，墻體的阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于門窗的傳熱阻值，所以，隨著窗墻的面積比值的增大，建筑的能耗也增大。熱傳率是反映材料傳導(dǎo)能力的物理量，是其固定的導(dǎo)熱系數(shù)，建筑學(xué)定義為單位溫度梯度（在1米2單位面積溫度降低1開）在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)單位導(dǎo)熱面所傳遞的熱量。門窗的傳熱系數(shù)這是單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的傳熱量。它表明傳熱系數(shù)越大，通過門窗的熱量散失越多。而門窗的熱量傳導(dǎo)值就與上述兩物理量有關(guān)。

2 提高PVC保溫性能的措施

2.1 合理設(shè)置窗框結(jié)構(gòu)

窗框表面積與整窗面積之比稱作窗框比，其值取決于窗立面設(shè)計(jì)、窗框面積以及整窗面積。為保證建筑的安全，窗框比不得小于25%，大多數(shù)窗戶的窗框比都低于35%，極少部分特殊要求的建筑超過40%。窗框的分段是確定最優(yōu)窗框結(jié)構(gòu)的重要一步，整窗的分段方式?jīng)Q定于框截面，框截面的個(gè)數(shù)決定了計(jì)算傳熱系數(shù)和對(duì)應(yīng)框和玻璃傳熱系數(shù)的方法，值得重視的一點(diǎn)是，兩窗框相接之處忽略不計(jì)。窗框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)提高保溫性的重大影響是毋庸置疑的，因?yàn)樗芰洗暗膫鳠嵯禂?shù)隨窗框結(jié)構(gòu)的不同也會(huì)有所變化，當(dāng)前普遍采用的PVC窗框結(jié)構(gòu)分為雙腔和多腔。從對(duì)塑料窗內(nèi)傳導(dǎo)作用（對(duì)流、輻射和導(dǎo)熱）的削弱效果來說，多道腔壁更明顯，因?yàn)槎嗟狼槐诜忾]空腔的效率更高，則對(duì)通過窗戶的輻射傳熱強(qiáng)度削弱效果更大。經(jīng)過多年來的發(fā)展，塑料窗的單腔結(jié)構(gòu)已被完全淘汰，二腔結(jié)構(gòu)的使用也大大減少，目前普遍使用的是三腔結(jié)構(gòu)和四腔結(jié)構(gòu)的窗框，因?yàn)閺奶岣叽翱虻母魺嵝阅芊矫鎭碚f，三腔和四腔結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于單腔和二腔結(jié)構(gòu)。窗立面的分割也是窗框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一重要步驟，若無特殊要求，大斷面技術(shù)材料不宜用于小窗戶，窗立面的分割次數(shù)也不宜過多。

2.2 選擇合理傳熱系數(shù)的玻璃

雖然整個(gè)建筑能耗降低不只取決于某一元素，但門窗輻射傳熱是能量散失的一大部分。即使玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)低到0.8，但由于玻璃面積至少占整窗面積的65%，多則達(dá)到75%之多，因此合理選擇門窗玻璃，減少在熱輻射方面帶來的熱量散失尤為重要。玻璃種類的不同決定它們傳熱性能的不同，從建筑學(xué)上來說，玻璃節(jié)能以傳熱系數(shù)度量，傳熱系數(shù)越小，保溫性能越好，節(jié)能價(jià)值越高；反之，保溫性能越差，節(jié)能價(jià)值越低。經(jīng)多方面的研究數(shù)據(jù)可得，就傳熱系數(shù)來說，單片玻璃最高，因此，從減少能耗的目的出發(fā)，節(jié)能門窗不適合安裝單片玻璃，而中空玻璃的傳熱系數(shù)雖然不是所有玻璃中最低的，但從多方面考慮，中空玻璃是適合做節(jié)能門窗的。中空玻璃是指兩片或多片平板玻璃其周邊用間隔框分開，并用密封膠密封，使玻璃層間形成有干燥氣體空間的產(chǎn)品。中空玻璃的兩片玻璃之間有足夠的縫隙，能有效減少空氣流動(dòng)的對(duì)流和傳導(dǎo)帶來的能量消耗，所以它的隔熱能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于單玻。簡(jiǎn)言之，中空玻璃具有很好的蓄、保溫作用，節(jié)能效果非常顯著因此在建筑中，尤其是寒冷地區(qū)的建筑，門窗中最好選擇中空玻璃。

2.3 設(shè)置最優(yōu)框玻比

一般玻璃面積都占整窗面積的80%以上，因此窗框的傳熱占門窗傳熱的比例并不大。所以，除了合理設(shè)置窗框結(jié)構(gòu)和選擇合理傳熱系數(shù)的玻璃，設(shè)置合理的窗玻比也是提高門窗保溫性的另一重要措施。門窗耗能的另一表征是窗戶的熱工性能，它取決于玻璃的傳熱。窗玻比是窗戶/門與玻璃的面積比例，玻璃與窗框/門框的傳熱系數(shù)不同，因此，選擇合理窗玻比能有效降低門窗散熱量。窗玻比的確定并沒有固定的公式，因?yàn)榫暥雀叩?、氣候變化都?huì)影響窗玻比值的確定。總的來說，多種因素的綜合決定了窗玻比的值

3 結(jié)語

隨著國(guó)民生活質(zhì)量的普遍提高，我國(guó)總能耗值逐年增高，并且一直呈上升趨勢(shì)，我國(guó)陷入了嚴(yán)重的能源危機(jī)。鑒于建筑能耗占總能耗的很大一部分，而塑料門窗散熱又占建筑能耗的將近一半，因此提高PVC塑料門窗的保溫性能非常之重要。當(dāng)前我國(guó)PVC塑料門窗保溫性能差的原因主要在于空氣熱量交換、太陽輻射和門窗材料之間的熱量傳導(dǎo)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，要解決以上問題的關(guān)鍵在于合理設(shè)置窗框結(jié)構(gòu)、選擇合理傳熱系數(shù)的玻璃和設(shè)置最優(yōu)框玻比等措施。當(dāng)然，這些措施能發(fā)揮的作用有限，但科學(xué)在不斷進(jìn)步，會(huì)有更多合理的解決方式出現(xiàn)。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]