門窗保溫隔熱性能淺論

楊迪 秦達超

摘要：可持續發展是當代世界的重要理念，綠色建筑越來越受到人們的關注。現在的節能門窗雖在熱工性能上與普通窗戶相比有很大改進，但它仍是建筑能耗的一個薄弱環節。門窗節能技術的發展意義重大。本文闡述了門窗節能的熱工原理，詳細介紹了門窗節能一般方法及其原理，推薦了一些較有效的節能方法，并對節能門窗的發展趨勢做了簡要分析。

關鍵詞：門窗；設計要求；保溫隔熱；節能；節能基本方法；窗型；窗墻比和朝向；框料扇面；連接縫；五金附件；斷面設計；遮陽設施

一、一般設計要求

門窗屬于房屋建筑中的圍護和分隔構建，不承重。但因其對采光、通風及觀望的特殊要求，使得它成為建筑物中熱交換、熱傳導最敏感、最活躍的部位，一般的門窗熱量損失是墻體的5-6倍，占到了全部熱損失的一半以上。而且隨著人們對生活水平的要求越來越高，建筑物的功能趨于多樣化、外表也不斷追求美觀，建筑物對門窗的要求還在不斷提高。對于所有的建筑物，在做門窗的保溫、隔熱、節能設計時,首先要遵循以下設計要求：

1. 抗風壓性能：體現當門窗關閉時抵御外界風壓的能力，要使建筑物在大風情況下門窗本身不受損壞并不喪失其他功能。現行值為1000Pa，玻璃的話厚度不小于4mm。

2. 水密性能：指關閉門窗時防止外界雨水進入室內的能力。現行值為100Pa。一般設氣壓平衡孔槽、排水孔并加蓋孔帽，加密封膠、披水條。

3. 氣密性能：關閉著的外門窗阻止空氣滲透的能力。這個對保溫隔熱也有很大影響。門窗四周應完整、連續、封閉。

4. 隔聲性能：關閉著的外門窗阻止噪音傳入對用戶進行干擾。可采用中空、夾層或雙層玻璃及隔聲效果好的高科技材料。

5.空氣滲透量：標況下，單位時間滲透的空氣.，單位m^3/h。在關閉門窗時既要保證有一定的空氣流通,又不能有過多能量交換。

6.保溫與隔熱：在門窗兩側存在空氣溫差條件下，門窗需阻止必要的熱量傳出或不必要的測量傳入。根據《建筑外墻保溫性能分級及檢測方法》，可采取的措施后面會有詳細介紹。

7.采光性能：采光性能的級別根據建筑使用要求確定，需滿足熱工及節能設計標準。

現代建筑為了采光和外觀效果，往往加大采光面積或采用大開扇門窗，又要滿足上述設計要求，就對門窗的保溫隔熱性能會造成一定的影響。所以抓建筑的節能，首先要抓好建筑門窗的節能，改善門窗絕熱性能。

二、保溫隔熱的實質

導致門窗熱量損失的原因是門窗與周圍環境進行的熱交換，包括：通過玻璃進入建筑的太陽輻射的熱量；通過玻璃的傳熱損失；通過窗格與窗框的熱損失；窗洞口熱橋造成的熱損失；縫隙冷風滲透造成的熱損失。而門窗節能的本質，是盡可能減少這些熱量傳遞以達到節能的目的：①提高居住環境的舒適度，冬暖夏涼有利于身體健康；②可以減少冬季采暖和夏季空調的運行費用；③節約國家能源消耗，促進國民經濟可持續發展；④減少環境污染，改善生態環境。熱量傳遞的方式有：

熱傳導 Φ＝-λA(dT/dx)熱對流 Φ=hA△T熱輻射Φ=εσT^4

要減少傳導傳熱就可以選用導熱系數λ低的門窗材料；要減少對流傳熱就要求門窗密封性好；要減少輻射熱傳遞就要求門窗具有較好的遮陽效果。

三、門窗節能基本方法

在節能門窗的設計、制作及安裝時，通常主要考慮因素為①合理的縮小窗口面積 ②增強窗（門）面的保溫性能 ③切斷熱橋 ④縮減縫長 ⑤有效的密封和密閉措施 在具體工程中則有很多考慮因素，如下：

1. 選擇節能窗型

窗型是影響節能性能的第一要素。現在市場上的窗型主要有推拉窗、平開窗和固定窗。推拉窗是指窗扇沿水平方向垂直左右推拉的門窗；平開窗是指合頁（鉸鏈）安裝于門窗側面向內或向外開啟的門窗；而固定窗則不可開啟，一般只作采光用。相比之下，平開窗和固定窗的節能效果較為優越，推拉窗因其結構需要，上部有較大空間，下部的滑輪間也有間隙，窗扇上下形成了明顯的對流交換，冷熱空氣的對流形成較大的熱損失。而平開窗的窗框和窗扇間一般有橡膠密封壓條，門窗扇關閉后幾乎沒有縫隙，熱量損失主要是玻璃、窗紗和窗框型材本身的熱傳導、輻射散熱和窗框與窗扇接觸位置的空氣滲漏，以及窗框與墻體之間的空氣滲漏等。固定窗窗框嵌在墻體內，又密封，熱損失的因素和平開窗關閉時一樣，甚至更少。

2. 設計合理的窗墻比和朝向

一般窗戶的熱損失比同尺寸、朝向的墻要大，因此，建筑物的熱損失會隨著窗墻比的增大而增大。才采光和通風允許的情況下，設置合理的窗墻比例比設置保溫窗簾和窗板更加有效。熱量損失還與外窗的朝向有關。南北朝向的太陽輻射和日照率高，窗戶所獲得的太陽輻射較多。在《民用建筑節能設計標準》中對窗墻面積比和朝向都做了選擇性的規定，但各地設計時還需根據當地日照情況，建筑物功能進行適當調整。有專家提出，考慮到起居室在南北是的采光需要，南北的窗墻面積比可取0.3；考慮到目前一些塔式住宅的情況，東西向的窗墻面積比可取0.35；考慮到南向出現落地窗、凸窗的機會較多，南向的窗墻面積比可取0.45。雖然增大了南向外窗的面積，但可充分利用太陽能的輻射熱降低采暖能耗。

3. 使用節能材料

組成窗的主材料有：框料、扇面、密封件、五金附件、遮陽設施。現在新材料技術發展很快，選擇合適的材料也是節能的有效途徑。

① 框料窗框型材約占窗洞口面積的15%-30%，也會造成一定的能量流失。一般的材料有木材、金屬和塑料，而隨著材料技術的發展，現在又有斷熱鋁材、斷熱鋼材、塑料型材、玻璃鋼材及復合材料（鋁塑、鋁木等）。

下面主要介紹下斷熱橋技術。斷熱金屬型材節能效果很好好，金屬導熱比較好，室內外溫差大時，鋁合金就成了傳遞熱量的“橋,斷橋就是將鋁合金從中間斷開，采用隔熱材料與兩邊的鋁合金連接，比如塑料。這樣就減小了熱量的傳遞。

目前的斷熱技術有兩種工藝：一種是注膠式，這種技術既可以生產對稱型材也可以生產非對稱型材，是利用澆注式處理流體填補成型空間。另一種是斷熱條嵌入技術。由于隔熱條的加入使型材形成多種斷面，有良好的強度。另外隔熱條中的玻璃纖維排列有序，能夠長時間承受高壓應力和高剪切應力（如下表），隔熱條的線膨脹系數設置為與型材近似，可保持良好的整體性。并且窗內外可采用不同的顏色、表面處理。

②扇面對于一般窗戶，扇面約占窗洞口面積的65%-75%。普通的單層玻璃保溫隔熱性能很差。現在有通過改變透光率、傳熱系數、遮陽系數改變其性能的方式。一般有以下幾種：中空玻璃、夾層玻璃、鋁合金窗、塑料窗、玻璃鍍膜、玻璃著色。

1）中空玻璃：不同于普通雙層玻璃，是將兩片或多片玻璃以有效支撐均勻隔開并周邊粘結密封，是玻璃間形成有干燥氣體的空間。玻璃的導熱系數是0.77w/mk 而空氣的是0.028w/mk。玻璃的熱傳到率是空氣的27倍，因此使用中空的玻璃扇面可以有效的減小能量損失。

2）夾層玻璃：就是在兩塊玻璃之間夾進一層聚乙烯醇縮丁醛為主要成分的PVB中間膜。破碎后不易脫落，不易傷人，且防彈。能有效減少陽光的投射.玻璃鍍膜：用物理或化學工藝，改變玻璃表面的熱反射特性，將太陽輻射直接反射回去，從而提高玻璃的遮陽隔熱性能。

3）玻璃著色：在制作過程中加入色劑。著色玻璃的遮陽和隔熱性能明顯高于透明玻璃。但是因其吸熱是自身溫度升高，保溫效果就有所降低。

4. 連接縫的密封

墻體與窗框的連接處、窗框與玻璃的連接處都需要選擇正確的密封材料，既影響著建筑物的保溫節能效果，又關系到墻體、窗體的防水效果。現在窗框與墻體之間通常是用聚胺酯發泡體做填充、三元乙丙膠條和硅膠。聚胺酯發泡體不僅有填充作用，還有較好的密封保溫和隔熱性能。窗框與玻璃連接是用密封條，密封條又分為毛條和膠條。在安裝是應選擇質量較好連接較緊密的，負責經日曬雨浸后很容易與窗體脫離，保溫隔熱效果下降。毛條由底板和毛刷組成，經過硅化處理，一般用于推拉門窗，固定在門窗扇上隨其移動，以彌補推拉門窗上下縫隙通風的缺點。

5. 五金附件的選擇

包括執手、滑撐、撐擋、拉手、窗鎖。門窗靠五金附件來完成其開啟、關閉，若不能正常開啟關閉，除了影響門窗正常使用，對其保溫隔熱也會有一定影響。一般有多鎖點五金件和單鎖點五金件，多鎖點節能效果較好，其鎖點和鎖坐分布在整個門窗的四周。對于效果較好的五金附件，門窗鎖閉后，鎖點、鎖坐牢牢的扣在一起，與鉸鏈或滑撐結合，壓緊密封條，是室內密封，達到保溫隔熱目的。

6. 優化門窗框型材的斷面結構

同樣的材料采用的斷面結構不同，隔熱效果也會不同，而且隨著材料不斷革新，也應有相應的結構形式使其發揮作用。一般采取的方法有：①加大隔熱條的寬度或連接內外鋁框的隔熱芯子的厚度，這樣可以使框架斷面更緊湊；②采取多空腔隔熱條設計，和采用中空玻璃的原理是一樣的，減小熱傳導而節能；③加寬隔熱條填充發泡材料；④密封結構應與框架等性能配套，使得各部件良好的結合。

7. 添加遮陽設施

這種方法只對于日照過于強烈的建筑適用，用來減少日照強度以保證室內溫度正常，尤其是對于夏季有空調的建筑，可以節約空調運行所耗費的能量。選用遮陽設施需要考慮窗口朝向、太陽光強度、建筑物所處位置等因素。一般考慮可活動的遮陽設施，以便在不同的季節不影響正常采光。

四、新材料技術在門窗節能中的應用

隨著科學技術的發展，越來越多的新型材料在設計中代替了原來的玻璃材料成為節能環節的一部分，功能也逐漸多樣化，有些甚至是窗是墻或是頂沒有明顯得界限。雖然有些還沒有得到廣泛地應用，但是因其特殊的性能，有很廣闊的發展空間。

1.ETFE

水立方的出現可謂讓ETFE大紅大紫，其美麗的外觀在建筑材料中獨占鰲頭。ETFE全稱乙烯-四氟乙烯共聚物，是一種人工高強度氟聚合物，可塑樹脂。這種材料不僅輕便、承拉能力、可塑性強，采光性也很好，可以是陽光透過而使建筑物內部明亮溫暖，可以認為它是屋頂也可認為它是扇大天窗，節約建筑材料也節約能量。另外，此材料假如做加工，還可以作為太陽能板來發電。

2. 龍膜

龍膜玻璃處理膜是由聚酯和金屬化涂層通過粘膠合成的一種很薄的膜，直接貼在玻璃表面，把普通玻璃變成高性能玻璃。它能阻擋太陽熱量、99%有害紫外線及耀眼的、不適的眩目強光，同時允許眩目控制的日光通過。夏季能反射熾熱太陽的熱量，而冬季具有低輻射率膜以再輻射熱量。

3. PTFE膜材

PTFE是一種名為聚四氯乙烯的纖維，和ETFE一樣承拉能力強，可以做成很大的跨度。膜材厚度可薄達1mm，防紫外線，防風化，而且具有高反射性。

4. PVC型材

PVC：聚氯乙烯。在建筑中，硬質PVC型材的導熱系數比鋼和鋁合金都高，其對能量的散失只是鋼窗的26%，鋁合金的30%。并且表面可以做得比普通窗光滑，不易沾塵、密閉性好。此外，PVC型材在隔音、防老化、外觀方面都很出色。

5. ASA

ASA樹脂是由苯乙烯、丙烯腈和壓克力橡膠等三元聚合物共聚合而成的一種抗沖改性樹脂, 具有很強的耐候性和比較好的耐高溫性能,即使無涂層保護, 長期暴露于紫外線、濕汽、熱、寒和沖擊下，仍能保持其顏色穩定性。 可以熱壓、注塑和吹塑成型。在彩擠塑窗中已得到應用。

6. 透明混凝土

這種混凝土材料是在不用水得情況下，使透明的熱塑性樹脂和氧化鋁等無機材料凝固后形成，可以透射室外光。據悉，5cm厚的透明混凝土可以透射20%的自然光，可以減少室內燈光的使用。

五、門窗節能的發展趨勢

雖然我國的門窗用料已從單純的木材、鋼材發展為復合材料、功能也多樣化，但是我國能耗仍是發達國家的兩倍，自然資源還在不斷地減少，低碳經濟、節能減排仍是人們持續關注的話題。結合密閉、保溫、隔熱的使用要求，節能門窗應向以下方向發展：

1）盡量采用平開窗：介于其優良的保溫隔熱性能，門窗市場會向平開窗方向發展并引導平開窗的技術不斷進步。

2）彩擠塑窗：彩塑型材分為彩色涂層、彩色整體、雙色共擠幾種生產發法和技術工藝，前兩種受質量和成本制約，發展受限。而雙色共擠是把兩種不同顏色的同種或不同種材質擠壓成一個整體。不僅保溫隔熱性能好，美觀，加入ASA、PVC等材料更是可以抗紫外線、抗老化、抗降解。

3）塑鋁復合：塑料型材是繼木、鋼、鋁之后迅速發展起來的，但其耐沖擊能力并不太好，而鋁、鋼等耐沖擊材料可以彌補其缺點。而塑料型材又可彌補金屬型材導熱率大、顏色單調的缺點。

參考文獻

[1]百度百科

[2]豆丁文檔《塑料門窗工程技術規程》

[3]中華人民共和國住房和城鄉建設部

[4]中國建材網《何為真正的節能門窗》

[5]《從建材展看塑鋼門窗發展方向》