簡述國內外節能政策及建筑外窗節能技術發展情況

梅 華　張 蓓　高 蘇

（南通職業大學建筑工程學院江蘇南通226007）

簡述國內外節能政策及建筑外窗節能技術發展情況

梅 華張 蓓高 蘇

（南通職業大學建筑工程學院江蘇南通226007）

建筑能耗占社會總能耗的20%左右，通過窗戶的耗能又占建筑能耗的20%左右，因此，外窗節能尤為重要。本文列舉了歐美幾個發達國家的節能政策及建筑節能情況，并探討了當前國內建筑外窗常用的節能措施，指出了外窗節能技術的重點及改進方向。

建筑節能；建筑外窗；保溫；隔熱；密封

隨著上世紀70年代第3次科技革命以來，世界各國的經濟迅速發展，與之伴隨的是各國的能源消耗量越來越大，能源的消耗量增長速度保持在年均2.1%以上，而中國每年平均超過了5%。據有關研究機構預測，再過30年全球的能源消耗將比1975年增長400%，，其中建筑能耗要占總能耗的10%～26%。目前，我國正處在經濟建設穩速發展的過程中，建筑耗能不斷提高，國家提倡的建設節約型社會離不開建筑方面的能源節約，因此，居住建筑節能任務艱巨，潛力很大。

1　建筑外窗節能的重要性

早在20世紀70年代，就有人提出建筑節能這一概念，是指在不犧牲人體舒適感的前提下，提高日常建筑的自身使用能效，從而降低建筑能耗。

1.1建筑外窗節能概述

建筑物的圍護結構由外墻、外窗、屋頂構成，其中外窗也是圍護結構的重要部分，建筑外窗的功能主要有：遮陽與隔熱、采光與保溫、通風與環保、密封與降噪等等。但由于窗戶壁薄且輕，不僅存在溫差傳熱問題，還有通過窗戶縫隙的空氣滲透傳熱、太陽輻射傳熱問題，外窗是圍護結構保溫、隔熱的薄弱環節。

以華北地區某大城市多層住宅為例，通過圍護結構的傳熱耗熱的總量大概是72%，其中的28%耗熱量是通過門窗縫隙的空氣滲透的，其中窗戶的傳熱量占22%，可見，窗戶是耗熱量較大的構件，是節能的重點部位［1］。建筑外窗所損失的能量是影響建筑熱環境和造成能耗過高的主要原因，因此，外窗節能是降低建筑能耗的重要途徑。

1.2建筑外窗節能研究的重點

2　國外建筑節能政策及改造技術發展情況

自20世紀70年代全球性爆發能源危機后，世界各國都開始研究能源的現狀和利用情況。很多學者認為，建筑能耗也是能源消耗的一部分，并形成共識：必需制定建筑設計節能標準，并制定建筑節能法規。于是各國紛紛建立了自己的建筑節能規范。歐美發達國家的節能環保意識非常強，早在上世紀70年代就已經重視建筑節能，并制定了新建建筑必須強制執行的節能標準，建筑能耗有較大幅度下降。同時對既有建筑進行節能改造，但是其建筑造價會比普通建筑高出3%，但每年的運營成本卻可節約60%。

2.1德國

德國的能源匱乏，德國的天然氣80%依靠進口，石油幾乎100%依靠進口，節約能源是德國政府能源開發利用的重要政策。德國法律規定：新建住宅采暖每年每平方米一次能源消耗不超過70kW·h，舊住宅不超過10kW·h（而國內同類建筑住宅卻消耗300 kW·h～500kW·h）。在德國，冬天一般溫度在-10℃左右，最冷時-20℃，但房子里卻低溫暖舒適，且能耗很少。近40年，德國住宅建筑外窗傳熱系數減低了63%，也就是說能源消耗減少了63%。德國在建筑外窗節能技術中主要采用兩種技術：一是多層玻璃窗，即多層玻璃和非金屬框，玻璃之間使用的非金屬框非常密封，隔熱性能很好，玻璃之間充滿惰性氣體，保證窗總傳熱系數＜2W/m2K。二是加裝遮陽設施，主要有可調節的百葉窗、上翻或側翻遮陽板、卷簾式遮陽板。德國政府對使用節能門窗的企業和個人給予10%、30%的補貼。

2.2英國

英國政府是在1986年制訂國家節能計劃，將建筑物節能從低級到高級劃分為10個等級，并嚴重執行節能標準。如今英國的新建住宅大都達到最高節能等級，節能型建筑比傳統建筑要減少75%的能量消耗。據介紹，英國現存的既有建筑中每年排放大約1.5×108t二氧化碳，占社會總排放量的27%，而90%的現有建筑壽命將持續至2050年，因此對既有建筑進行節能改造具有重要意義。英國政府從2007年4月起嚴格要求新建建筑必須符合《可持續住宅規范》，2016年起，新建住宅必須達到6星級。目前，英國采用節能窗標識體系，英國門窗等級認定委員會（BFRC）除了對窗戶的性能提供節能窗標識外，還對窗戶節能率設置了0（最低）至100（最高）的分值，消費者可以通過分值高低正確選擇節能窗戶。

2.3法國

主要是我國當今中小企業生存過程中所面臨的社會消費因素。例如文化水平會影響人們的需求層次，風俗習慣和宗教信仰可能抵制或禁止企業某些活動的進行，人口規模與地理分布會影響產品的社會需求與消費[2]。

法國政府在1973年后開始采取很多節能措施，用于提高建筑物的能源利用效率、降低能源消耗。法國政府每年都會撥出3億法郎專款，資助節能新技術的研究。法國在1974年頒布節能設計標準，要求新建民居的能耗要比原來降低25%，此后于在1982年、1998年又分別出臺節能標準的修訂版，比以前再節能25%。對一些公共建筑如百貨商場、學校、醫院等，規定其節能標準要參照住宅標準。

法國的住宅建筑外窗歷史上以木窗為主，以后采用鋁合金窗，在1990年之后，法國政府開始推廣PVC塑料保溫窗，新建住宅基本上都采用這種PVC塑料窗，其一般是安裝中空玻璃或含氬氣的中空玻璃，四周鑲嵌橡膠密封條，在窗框和墻體的接縫處現場噴發泡聚氨酯，將之間的空隙封閉得很嚴實。同時，有的建筑還在玻璃窗外安裝電動可調節的PVC保溫簾或者其它材質的金屬卷簾，其功能可以遮擋太陽光照射，降低太陽輻射熱，起到保溫降噪作用，更重要的是減少能耗。

2.4美國

美國的建筑產業相對發達，與鋼鐵產業汽車產業并稱為經濟的“三駕馬車”。美國的建筑與中國的建筑差別較大。美國的人口約2.5億人，住宅自有率約為66%，人均棲身面積59m2，居世界榜首。美國的住宅很多為三層以下。

自本世紀初開始，美國的建筑能耗占能源總消費的33%，建筑耗能超過了交通和工業。近年來，美國政府在積極推廣一種新技術—“零能耗住宅”，以進一步加大建筑節能環保的力度，即：通過外墻（如太陽能吸熱壁）、改善窗戶和建筑材料等，沒有增加其它機械系統，僅利用太陽能來實現對房屋進行供暖、降溫和照明，以減少夏季房屋降溫或冬季室內供暖所需的能源消耗。

美國也是采用節能窗標識體系的國家，早在1991年美國國家門窗等級認定委員會（NFRC）就開始啟用產品認證冊，使用U值傳熱系數來評定門窗的可見光滲透率和太陽得熱因子（SHGC）。美國的節能型外窗較多，其中以PVC加木芯組合成高級節能窗為最多，其它還有斷橋鋁合金節能窗、PVC中空玻璃節能窗、高強度、PVC節能窗、木纖維復合材料節能窗。

3　國內目前在建筑外窗方面的節能技術應用

我國是一個能源消耗大國。目前，國內能源主要來自火電和水電，同時也發展了風能、光能、核能等新能源，但由于成本、技術與穩定性等原因，能源應用量不大，新能源的推廣普及和節能降耗工作迫在眉睫。目前我國建筑能耗占能源消耗總量的27.5%，根據國家有關權威部門的統計，隨著城市化進程的加快，到2020年我國建筑能耗可能上升到35%左右，成為第一用能領域，工業能耗退而次之。與國外相比，我國的建筑能耗量較大，居住建筑的單位總能耗是發達國家的3倍左右，外窗能耗是發達國家的1.5～3.5倍，門窗空氣滲透率為發達國家的3～6倍。門窗能耗在建筑能耗中占有極大的比重，每年通過門窗流失的能量達到45%，而通過窗戶流失的能耗又占到其中的93%。因此，外窗節能已經成為我國建筑節能最重要的環節。

國內對外窗節能技術的研究成果較多，主要是針對窗戶熱量損耗因素展開的。第一，是外窗的傳熱熱阻。熱阻越大，則通過窗戶交換的熱量較少，夏天降低空調制冷耗能，冬天減少制熱耗能。外窗的材料和類型將影響外窗的熱阻。第二，是外窗的氣密性。建筑外窗的氣密性是指在外窗關閉時，阻止空氣滲透的能力。外窗的氣密性能高，熱量損失就會越少，當然對室溫的影響也會越小。同時也會阻止室外風力變化對室溫的影響，第三，窗戶與墻體的比例。這是指外窗面積與外墻面積的比值。一般外墻砌體或混凝土及保溫層的傳熱熱阻比外窗（玻璃）的傳熱熱阻大很多，因此，建筑能耗量隨著窗墻面積比的增加而增加，因此要在滿足采光通風的前提下確定合適的窗墻比例。當然不同朝向的太陽輻射強度和日照率有差別，窗戶所獲得的太陽輻射強度和持續時間也不相同。因此，建筑外窗的節能主要從提高外窗的保溫性能、隔熱性能、密封性能等三個方面入手。

3.1使用節能的窗框

目前，我國的建筑物絕大多數外窗都是塑鋼窗或普通鋁合金窗，這些節能效果都不好。節能外窗在我國的使用率只有0.4%，其中外窗框所用型材約占外窗洞口面積的15%～30%，也是外窗能量流失的一個薄弱環節，因此，其中一個關鍵要素就是選擇適宜的窗用型材。如今外窗框的型材種類很多，如斷熱型鋁合金窗框、斷熱型鋼材窗框、塑料型材和一些復合材料（鋁+塑、鋁+木等）。其中，斷熱型鋁合金節能效果比較好，大大降低了鋁型材傳熱系數，斷熱型鋁合金是在鋁合金型材的橫截面中使用中空熱橋（冷橋）技術使型材分為內腔和外殼兩部。斷熱型鋁合金不僅抗拉、抗折強度高（接近鋁合金），而且它的機械性能好、隔熱效果也較好。

3.2使用節能的玻璃

在建筑外窗中，為了采光，玻璃面積約占窗戶面積的65%～75%。普通單層玻璃的熱阻較小，而且對太陽光輻射幾乎完全吸收，并通過玻璃體傳導到室內，是無法達到阻熱、保溫、節能效果的。同時外窗玻璃有很多種類，其傳熱系數、透光率和遮陽系數的差別很大。其中傳熱系數和遮陽系數具有雙重性。在冬季，太陽輻射可以得到熱量，傳熱系數可以使室內溫度升高；但夏天又希望減少太陽輻射，避免通過窗體進入室內。因此，對于冬暖夏熱、冬冷夏熱等不同地區的建筑外窗，在窗玻璃選擇上，應選擇不同的遮陽系數和相應的傳熱系數。常見降低導熱性和提高遮陽性的措施有：（1）借鑒汽車玻璃隔熱，采用玻璃鍍膜。鍍膜玻璃是在玻璃表面涂鍍合金或金屬化合物組成的薄膜，并合理配置膜層的結構和厚度，可以改變玻璃的光學性能，反射太陽光線，并阻隔太陽熱輻射，從而改善隔熱遮陽性能。其中Low-E玻璃，是在玻璃表面采用一張對紅外線高反射、不吸熱的合金或金屬化合物材料鍍膜，對可見光有較高的投射率，能反射太陽能波段的熱輻射，明顯降低了玻璃的傳熱系數，有很高的遮陽隔熱性能。玻璃表面化學鍍膜。（2）中空玻璃。中空玻璃是把兩塊或多塊玻璃平行放置，中間留有一定的間隙，在玻璃與窗框嵌合處四周圍用隔條和膠密封，玻璃間的空氣層與窗外大氣隔絕，玻璃層間充滿了干燥氣體，具有隔音、隔熱、防結露和降低能耗的作用。

3.3增加遮陽設施

最簡易方便的就是掛窗簾。窗簾不但有遮陽、隱蔽的作用，而且它還起著保溫隔熱作用。如果在冬季的晚上候，拉上窗簾就會覺得房間里比較溫暖，其原因是，低溫的窗面對人體的冷輻射被窗簾擋住，而且傳熱系數變小，窗的散熱量降低，通過窗縫進入室內的冷空氣也被擋住了，窗簾起到了保溫作用［2］。不同的遮陽設施，其節能效果也不相同。由于在室內懸掛窗簾的節能效果不夠理想，可以推廣可調節式外窗遮陽設備：遮陽百葉窗。百葉窗安裝密封的雙層中空玻璃內側，并固定在開放式鋁板內部，在室內通過磁力可控制百葉升降和翻轉，當百葉處在水平位置時，既可采光，又可遮陽。這種裝置是根據外部環境變化來調整百葉窗，有效阻隔太陽輻射。同時這種遮陽百葉窗只需要擦拭玻璃表面，便于清潔。中空玻璃內嵌百葉窗具有隔熱、隔聲、保溫、裝飾性和隱私性于一體，雖然設備造價較高，但是節能效果較好，適合于推廣應用。

3.4根據朝向設計合理的窗扇比

外墻一般為砌體、混凝土及保溫材料，其傳熱系數往往要遠小于窗玻璃的傳熱系數。因此，窗墻比例對能耗的影響很大。在滿足通風和采光的前提下，窗和墻的面積比越小，熱量損耗就越小，節能效果也就越佳。南、北不同朝向的外窗因為太陽輻射強度和日照率的差別非常大。在《民用建筑節能設計標準（采暖居住建筑部分）》中，對不同朝向的窗墻面積比雖然做了規定，但還應根據當地情況進行具體調整。其中，北側的起居室，考慮其采光需要，窗墻面積比可取0.3；高層建筑東、西向的窗墻面積比可取0.35；南向房間考慮其朝陽經常采用落地窗、和凸窗，南向的窗墻面積比可取0.45，增加南向外窗的面積，可充分利用太陽光的輻射熱來有效降低采暖能耗，兼顧寬敞明亮的視野和節約能源的目的。

3.5提高外窗的密封性

我國的既有建筑大多采用的塑鋼窗和普通鋁合金窗，窗框與墻體之間的空隙容易滲透風，解決的方法是采用密封條、密封膠或其他密封材料，用以加強窗的氣密性，減少滲透能耗［3］。目前窗框與墻體之間的空隙，使用的密封材料通常是聚氨酯發泡體，除了具有填充功能外，還具有密封、保溫、隔熱性能。玻璃和扇及框之間的用密封條，密封條分為膠條和毛條。膠條的斷面結構尺寸要與塑鋼門窗型材匹配，且需要拉伸強度大、彈性好、耐溫耐老化，用在塑鋼門窗中起著水密、氣密及節能的重要作用；當然質量一般的密封膠條耐久性差，容易老化，長期暴曬，膠條容易老化變硬，失去彈性，不僅密封性降低，而且會使玻璃松動，并引起安全隱患。

4　結語

近些年來，很多國家制定了很多建筑節能標準和制度。我國也在建筑外窗節能技術的研究開發和推廣方面做了大量工作，建筑外窗節能水平正逐步提高，但與歐洲和美國等先進國家相比，仍有較大差距。隨著經濟建設和社會發展速度加快，節能環保的形勢迫使我國的外窗制造行業迅速發展。在建筑門窗節能方面，我們還需要在做更多的研究：建立綜合性節能指標體系，如窗的夏季傳熱系數、窗玻璃的遮陽系數、窗戶采光性能；建立符合冬暖夏熱、冬冷夏熱不同地區特點的外窗節能指標和技術；加強節能技術宣傳，建立正確的全民節能觀念。

［1］王立雄.建筑節能［M］.北京：中國建筑工業出版社，2006.

［2］鄭茂余，王海燕.窗的保溫與節能［J］.哈爾濱建筑大學學報，2000（6）.

［3］鄭茂余.嚴寒地區窗的保溫研究［J］.低溫建筑技術，2000（3）.

梅華（1977—），碩士，南通職業大學建筑工程學院教師，講師，主要從事建筑力學、結構、材料、施工技術等方面的教學和研究。

張蓓（1983—）碩士，南通職業大學建筑工程學院教師，講師，主要從事建筑裝飾與工程管理等方面的教學和研究。

高蘇（1979—），碩士，南通職業大學建筑工程學院教師，講師，主要從事建筑結構、力學、施工等方面的教學和研究。

既有建筑外窗節能改造技術及其效益評價，項目編號：HS2013055。