張嘯龍

摘 要：建筑門窗作為建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要組成部分，是連接室內(nèi)外的建筑結(jié)構(gòu)，具有隔絕空間的作用。建筑門窗是否具有良好的隔熱保溫性能，減少室內(nèi)能源損耗，在建筑節(jié)能中具有舉足輕重的作用?，F(xiàn)在市面上的門窗品種繁多，現(xiàn)對(duì)影響門窗保溫性能的因素及改進(jìn)措施作簡(jiǎn)單的研究分析。

關(guān)鍵詞：門窗；保溫性能；建筑節(jié)能

1 引言

門窗的傳熱系數(shù)（即保溫性能）是指在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的傳熱量。傳熱系數(shù)越大，熱損失就越大，保溫性能就越差。通過(guò)門窗的熱量的損失方式有三種：（1）對(duì)流：冷熱空氣通過(guò)門窗的縫隙相互流動(dòng)，由氣體流動(dòng)造成熱量交換，導(dǎo)致熱量損失。（2）傳導(dǎo)：是門窗本身材料的分子運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的熱量傳遞，從材料的一個(gè)面?zhèn)鬟f到另一個(gè)面，導(dǎo)致熱量損失。（3）輻射：主要通過(guò)玻璃以射線型式傳播，不依靠任何介質(zhì)，導(dǎo)致熱量損失。門窗保溫性能的優(yōu)劣，取決于兩方面：第一：門窗外框、門窗扇框（一下簡(jiǎn)稱框體）是什么材料，是否具有隔熱保溫功能；第二：是否使用了中空玻璃。這兩點(diǎn)是門窗具備保溫性能最基本的要求。經(jīng)過(guò)不完全統(tǒng)計(jì)一般居住建筑，通過(guò)建筑外門窗損失的能量占建筑總能耗的近5成，顯然建筑門窗作為建筑物的一部分，保溫性能是最薄弱的，但也是最具有提升空間的。因此提高建筑門窗的保溫性能是提高建筑節(jié)能的一個(gè)重要途徑。

2 影響保溫性能的因素及改進(jìn)措施

2.1 建筑外門窗保溫性能分級(jí)及檢測(cè)方法

根據(jù)GB/T 8484-2008《建筑外門窗保溫性能分級(jí)及檢測(cè)方法》規(guī)定，該標(biāo)準(zhǔn)基于穩(wěn)定傳熱原理，采用標(biāo)定熱箱法檢測(cè)建筑門、窗的傳熱系數(shù)。試件一側(cè)為熱箱，模擬采暖建筑冬季室內(nèi)氣候條件，另一側(cè)為冷箱，模擬冬季室外氣溫和氣流速度。在對(duì)試件縫隙進(jìn)行密封處理，試件兩側(cè)各自保持穩(wěn)定的空氣溫度、氣流速度和熱輻射條件下，測(cè)量熱箱中發(fā)熱器的發(fā)熱量，減去通過(guò)熱箱外壁和試件框的熱損失，除以試件面積和兩側(cè)空氣溫差的乘積，即可計(jì)算得出試件的傳熱系數(shù)K值。建筑外門、外窗傳熱系數(shù)K值分為10級(jí)，見(jiàn)表1。

2.2 門窗材料對(duì)保溫性能的影響

制作門窗最主要的材料是型材和玻璃，這也是影響保溫性能最重要的兩個(gè)部分?，F(xiàn)在具有節(jié)能要求的建筑門窗最基本的配置是中空玻璃+隔熱型材，其中玻璃占據(jù)整個(gè)門窗絕大部分面積，所以玻璃的隔熱保溫性能的優(yōu)劣直接影響門窗的保溫性能。

（1）節(jié)能型門窗配置的玻璃必須是中空玻璃，而玻璃的品種、空氣層的厚度和氣體種類對(duì)中空玻璃傳熱系數(shù)的影響也是很明顯的。根據(jù)DGJ 08-107-2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》附錄C中的C.0.2可以看出，見(jiàn)表2。

根據(jù)上表可以歸納出以下三點(diǎn)：（1）鍍低透光Low-E膜的玻璃傳熱系數(shù)更低；（2）玻璃中間層充氬氣的玻璃傳熱系數(shù)更低；（3）三玻兩腔中空玻璃比兩玻單腔中空玻璃的傳熱系數(shù)更低。針對(duì)上述三點(diǎn)，可以總結(jié)出提高玻璃傳熱系數(shù)的方法有：（1）選擇透光率更低的Low-E膜進(jìn)行鍍膜或者從單面鍍膜變成雙面鍍膜，降低輻射造成的熱量損失；（2）在中空玻璃中間的氣體層充惰性氣體比如氬氣Ar，降低氣體流動(dòng)造成的熱量傳遞；（3）改變玻璃結(jié)構(gòu)：使用雙層玻璃（中空玻璃）或三層玻璃（三玻兩腔），多重阻隔空氣流動(dòng)，減小熱量損失。同時(shí)，使用高性能的粘結(jié)膠，將兩片玻璃和內(nèi)含干燥劑的鋁條粘結(jié)，制成高效能的隔熱玻璃。一旦粘結(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤，玻璃內(nèi)部出現(xiàn)漏氣漏水的情況，將無(wú)法達(dá)到隔熱效果。其次中空玻璃對(duì)密封膠的要求也很高，如果只用單道密封，密封壽命僅為5年，是玻璃幕墻規(guī)范中明文規(guī)定不準(zhǔn)使用的，更何況用普通密封膠，其壽命就更短了，這種做法是不可取的。而且玻璃占整門窗面積的絕大部分，所以保證中空玻璃的質(zhì)量對(duì)門窗的節(jié)能效果影響至關(guān)重要。

（2）型材的傳熱系數(shù)影響也很大，從保溫的角度來(lái)講，型材斷面垂直于熱流的方向最好是多腔結(jié)構(gòu)，對(duì)通過(guò)的熱流可以起到多重阻隔的作用，型材內(nèi)部的傳熱會(huì)被大大削弱。但對(duì)于金屬型材來(lái)說(shuō)，多腔結(jié)構(gòu)對(duì)提高保溫性能的作用很小，因?yàn)榻饘偈菬岬牧紝?dǎo)體，傳熱非?？?，所以我們可以用隔熱性能較好的材料（比如塑料、木頭）隔斷在金屬材料中，制成復(fù)合型材。根據(jù)DGJ 08-107-2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》附錄C中的C.0.3章節(jié)可以看出，見(jiàn)表3。

從上表我們可以知道，木型材的傳熱系數(shù)最低，金屬型材的最高。在塑料型材中，型材內(nèi)部腔體越多，保溫性能越好。在金屬隔熱型材中，隔熱條越高，保溫性能越好。所以選擇適當(dāng)?shù)男筒膶?duì)提高保溫性能有很大幫助。

2.3 門窗氣密性能對(duì)保溫性能的影響

氣密性能是指門窗阻止空氣滲透的能力，是檢測(cè)建筑外門窗的一個(gè)重要參數(shù)，氣密性能的優(yōu)劣直接決定門窗的性能?？諝鉂B透形成對(duì)流，空氣滲透越大，其對(duì)流熱損失越大，保溫性能就越差。根據(jù)GB/T 8484-2008《建筑外門窗保溫性能分級(jí)及檢測(cè)方法》中的檢測(cè)原理可知，在進(jìn)行保溫檢測(cè)時(shí)，需用透明膠帶將試件兩側(cè)的縫隙進(jìn)行密封處理，這樣處理是為了使冷熱箱的溫度可以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，方便檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集，但是這樣就杜絕了熱量通過(guò)縫隙形成對(duì)流造成的熱損失，與熱量實(shí)際損失的情況不符。因此，門窗的實(shí)際保溫性能應(yīng)該把氣密性能造成的對(duì)流熱損失也考慮進(jìn)去。

根據(jù)GB 50019-2015《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，加熱由門窗縫隙滲入室內(nèi)的冷空氣的耗熱量可按下式計(jì)算：

Q=0.28cpρwnL（tn-twn）

式中：

Q ——由門窗縫隙滲入室內(nèi)的冷空氣的耗熱量，W；

Cp ——空氣的定壓比熱容，cp=1kJ/（kg·℃）；

Ρwn ——供暖室外計(jì)算溫度下的空氣密度，kg/m3；

L ——滲透冷空氣量，m3/h；

tn——供暖室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，℃；

twn ——供暖室外計(jì)算溫度，℃。

其中：

Ρwn=353/（twn+273）

計(jì)算時(shí)，模擬傳熱系數(shù)檢測(cè)條件，取室外溫度twn=-20℃，得出

Ρwn=1.395 kg/m3。

通過(guò)門窗縫隙滲透的冷空氣量為：

L=q2×S

式中：

L ——門窗的總空氣滲透量，m3/h；

q2 ——門窗的單位面積空氣滲透量，m3/（m2·h）；

S ——門窗的面積，m2。

將式2式3代入式1中，可得通過(guò)門窗縫隙損失的熱量為：

Q=0.28×1×1.395×q2×S×△t

由式4計(jì)算可得出，當(dāng)建筑門窗室內(nèi)外溫差為1℃時(shí)，單位面積空氣滲透熱損失為：

KQS=Q/（S×△t）=0.39q2

因此，實(shí)際使用中的門窗的綜合保溫性能的傳熱系數(shù)K應(yīng)把空氣滲透熱損失KQS加上保溫檢測(cè)得到的傳熱系數(shù)K，得出：

K=KQS+ K

根據(jù)式6再結(jié)合氣密性能分級(jí)表可以計(jì)算出門窗對(duì)應(yīng)的單位面積空氣滲透熱損失傳熱系數(shù)KQS和綜合傳熱系數(shù)K，這里假設(shè)門窗K=2.2W/（m2·K），見(jiàn)表4。

從表2可以看出，由于氣密性能的不同，空氣滲透熱損失的差距非常大，氣密性能越低，造成的空氣滲透熱損失越大，實(shí)際保溫性能也就越低。一個(gè)氣密性能為6級(jí)的門窗的傳熱系數(shù)要比實(shí)際的高出1.2W/（m2·K）～1.7W/（m2·K），實(shí)際保溫性能要比理論值差一個(gè)級(jí)別，差距非常明顯。而要提高門窗的氣密性能，可以從以下幾個(gè)方面入手：

（1）五金件：門窗有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)閉合不嚴(yán)出現(xiàn)漏風(fēng)等情況，可能是由于五金件的安裝位置出現(xiàn)偏差、調(diào)試不到位導(dǎo)致的?？梢詫?duì)鎖點(diǎn)、支撐桿等五金件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使門窗可以緊密閉合。

（2）密封條：在實(shí)際使用過(guò)程中，建筑門窗中密封條的質(zhì)量問(wèn)題主要表現(xiàn)在使用不久后變硬變脆，失去彈性和密封功能；或者在受到陽(yáng)光照射后，出現(xiàn)粘附在窗框和玻璃上的情況，影響密封功能和美觀；或短時(shí)間內(nèi)收縮脫槽脫落，失去密封作用，這些都會(huì)大大降低門窗的氣密性能。使用合格的密封條可以有效延長(zhǎng)使用周期，并且與門窗形成一個(gè)整體，保證良好的氣密性能。

（3）型材：門窗在組裝的過(guò)程中，型材不平整、拼接處毛糙，會(huì)造成門窗出現(xiàn)較大縫隙。型材組裝不牢固，也會(huì)影響門窗的使用壽命，存在安全隱患。合格的型材應(yīng)材料強(qiáng)度高、隔熱性能高、安裝質(zhì)量高，型材拼接處應(yīng)作密封處理，保證良好的氣密性能。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，上海門窗保溫性能的設(shè)計(jì)要求已經(jīng)從原先的K≤2.8W/（m2·K）提高到K≤2.2W/（m2·K），但是和一些發(fā)達(dá)國(guó)家還是有著較大的差距，北歐和北美國(guó)家的門窗的保溫性能一般是K≤2.0W/（m2·K）的，有的甚至可以達(dá)到1.1～1.2W/（m2·K）。我國(guó)是一個(gè)能耗大國(guó)，國(guó)家各方面的迅猛發(fā)展離不開(kāi)巨大的能源消耗，地球的資源是有限的，所以節(jié)能減排勢(shì)在必行。建筑門窗作為建筑保溫節(jié)能的一個(gè)弱項(xiàng)，還有很大的發(fā)展空間，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，對(duì)節(jié)能減排的要求會(huì)更高更嚴(yán)格，研發(fā)更高效的節(jié)能門窗將是提高建筑節(jié)能的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

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