淺談建筑節能門窗的設計與應用

摘要：21世紀全球資源日益緊張，環境問題日益嚴重，節能降耗、保護環境勢在必行，其中建筑能耗占據我國能源消耗很大的比例，因此在節能降耗的號召下，建筑節能備受關注。文章所提到的節能門窗設計及方法措施適用于我國冬冷夏熱地區的居住建筑，希望對我國冬冷夏熱地區外門窗節能設計提供參考價值。

關鍵詞：建筑門窗；節能設計；建筑能耗；節能降耗；建筑節能 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU201 文章編號：1009-2374（2016）12-0078-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.037

門窗是房屋建筑的眼睛，門窗設計的新穎性是住宅建筑的重要亮點之一，在很大程度上影響著建筑物的建筑風格與美感。由于人們對室內采光、通風、視野的高要求，大落地窗、大飄窗成為人們普遍心儀的對象。但門窗是室內外熱量傳遞的主要途徑，這在冬季采暖期間增加了室內的熱量損耗，在夏季空調系統開放時又造成了室內冷氣的流失，大大增加了電能消耗。因此，為了既滿足人們對高檔美觀住宅以及舒適室內環境的需求，又做到節能降耗，對外檐門窗的節能設計與施工，全面推廣使用節能門窗，成為建筑節能需要重點研究的問題。

1 普通門窗存在的問題

目前市場上的門窗種類繁多，其中常見類型包括塑鋼門窗、原木門窗、鋁合金門窗、鋁包木門窗、木包鋁門窗等，雖然各類門窗都有其獨特性能，但都存在一定的缺陷及不足。例如，塑鋼門窗的PVC材料鋼性不足，必須要在內部附加鋼襯來增加硬度，其材料脆性大，防火性能較差，燃燒時會排放毒氣，這些因素都制約了塑鋼門窗的發展；原木門窗雖然隔音、隔熱性能好，但價錢昂貴，其材料的特殊性對相配套的五金配件提出很高的要求，否則非常容易變形，而且原木門窗的養護標準較高，難度系數較大，這些因素也制約了原木門窗的推廣普及。除此之外，市場上門窗還普遍存在著設計結構死板、材料不合格、安裝過程不專業等一系列質量問題，這些問題均可導致門窗傳熱系數高、氣密性差，從而降低建筑物的保溫性，造成建筑物的能源浪費。

2 影響節能門窗設計的因素以及設計原則

建筑門窗主要通過輻射傳熱、對流傳熱和熱傳導三種方式實現室內外熱量的交換。只要室內外溫度存在差異，熱量傳遞就會進行，因此提高門窗的阻熱性能是建筑門窗節能設計的核心內容。可以從降低門窗材料的傳熱系數、提高門窗結構的氣密性、加強門窗的遮陽措施入手，來削弱通過門窗進行室內外熱量傳遞的效果。

在設計節能門窗時需遵循如下四項原則，具體包括：（1）外門窗設計要滿足人們對建筑物設計風格的基本要求，符合人們的生活習慣，使建筑物充分自然采光、通風；（2）在設計時既要考慮節能效果，又要盡量降低門窗的成本，同時還要考慮生產制作、安裝入戶的可行性；（3）要保證室內的空氣質量以及居住環境的舒適度；（4）安全環保、經久耐用，不能對居住環境、城市環境以及整個生態環境造成不利影響。

3 節能門窗的設計

對節能門窗的設計要從多方位全面考慮，既要優化門窗材料、加強門窗氣密性措施及遮陽措施達到建筑節能的目標，又要注重門窗本身持久耐用、綠色環保、通風隔音、美觀大氣、綜合成本等性能。

3.1 節能門窗材料設計

門窗框、扇材料，門窗玻璃材料，門窗密封材料是門窗節能材料設計的主要內容。

門窗框、扇材料：選擇傳熱阻高的門窗框、扇材料可以有效減少室內外熱量的傳遞。材料的導熱系數越低，傳熱阻越高，因此要選擇導熱系數低的門窗框材。當前我國的門窗框架多采用木質、塑鋼、鋁合金材料制成，木質門窗及塑鋼門窗的隔熱保溫效果比一般鋁合金門窗要好得多，但是當鋁合金材料經過斷熱處理后，經過噴漆工藝，再經過與隔熱條復合就可以得到更高性能的型材，保溫性能大大提高，這種復合材料已經得到了廣泛的應用。

門窗玻璃材料：玻璃占據了門窗的大部分面積，門窗的綜合導熱系數在很大程度上取決于玻璃的結構和物理性能。玻璃材料的透光系數、太陽直射透射率以及傳熱系數指標對建筑物室內溫度及環境影響很大，因此對玻璃結構的設計以及高性能玻璃材料的研究是節能門窗設計的重要方面。中空玻璃是目前最常用的，中空玻璃增加了空氣隔離層，空氣的導熱系數很低，增加了中空玻璃的傳熱阻。此外在雙層玻璃之間的空隙加入導熱系數更小的惰性氣體例如氬氣或者氦氣，可以進一步增加玻璃的阻熱性能。智能玻璃隨著建筑節能的研究得到了新的發展，例如電致變色玻璃、光致變色玻璃、多功能鍍膜玻璃。

門窗密封材料：使用密封材料加強門窗框扇間的密封性是減少室內外熱傳遞的有效方法。目前我國主要采用密封膠及密封條這兩種密封材料，需要根據門窗的材料選擇適當的密封材料。

3.2 節能門窗氣密性設計

門窗與墻體之間，玻璃與門窗框架之間，開啟扇與門窗框架之間都存在縫隙，這些縫隙加強了室內外熱量的傳遞，增加了建筑物的能量損耗。為加強門窗的氣密性，在門窗設計時：（1）要提高門窗型材規格尺寸的準確度、穩定性以及門窗組裝的精確度，增加開啟縫隙部位的搭接量，減少開啟縫的寬度以達到減少空氣滲透的目的；（2）恰當采用密封條或者密封膠等密封材料，增強門窗的氣密性；（3）加大對新型密封材料以及密封方式的研究與嘗試，同時注重引進國外先進的密封材料與技術，例如對于框與扇和扇與玻璃之間的間隙處理，采用三道密封等多種先進密封技術。

3.3 節能門窗遮陽設計

遮陽設計同樣是節能門窗設計的重要內容。對于冬冷夏熱的地區，遮陽設計要全面考慮。在炎熱的夏季，太陽輻射強烈，透過窗戶直射進入建筑物內部的太陽光大大增加了室內的熱量，造成室內溫度升高，增加了建筑空調能耗。因此為建筑物的窗戶設置一些遮擋物，阻擋陽光直射，不但可以降低建筑物的空調系統的能耗，還可以改善建筑室內空間的舒適度，是夏季隔熱非常有效的方法。但是太陽能本身也是一種能源，在寒冷的冬季有效利用太陽能，可以節省采暖能耗，因此遮陽設計還必須考慮冬季對太陽能的利用問題。根據不同的地區對夏天遮陽與冬天受陽的不同要求，在建筑設計中盡可能做到如下五點：（1）寒冷與夏熱冬冷地區多采用活動遮陽方式；（2）南方炎熱地區多采用固定遮陽方式；（3）加強內外遮陽相結合；（4）遮陽應在建筑設計中整體考慮；（5）采取投入少、節能明顯的遮陽措施，實現遮陽設計的優化處理。

4 新型節能門窗的應用

高科技材料的研發是新型門窗誕生的有力支撐，新型節能門窗不僅具備良好的節能、隔熱、保溫、防震、隔音性能，而且美觀大氣，能滿足人們對現代建筑特色的需求。

4.1 玻璃鋼門窗

玻璃鋼門窗是以玻璃纖維及其制品為增強材料，以不飽和聚酯樹脂為基體材料，通過拉擠工藝生產出空腹異型材，然后通過切割等工藝制成門窗框，再配上毛條、橡膠條及五金件制成成品門窗。玻璃鋼節能門窗是一種新型的綠色節能環保建筑門窗，它綜合了以往傳統門窗例如木結構門窗、鋼結構門窗、鋁結構門窗及塑鋼（PVC+鋼襯）門窗所具有的優良性能，具備時尚美觀、防腐耐用、保溫節能、密封隔音隔熱等優點。同時玻璃鋼門窗還具有自身獨特性能：輕質高強、密封性能佳、節能保溫、尺寸穩定性好、耐候性。此外，玻璃鋼門窗可供選擇的顏色豐富多彩，可以制成形式各樣的彩鋼，且經久耐用、不易褪色，給建筑物外觀增添活力與美感，制造成本適中，深受中高端消費者青睞。

4.2 斷橋鋁門窗

斷橋鋁門窗是在傳統的鋁合金門窗和塑料門窗的基礎上利用結構原理制作出來的一種新型門窗。斷橋鋁復合材料制作的主要工藝是利用高隔熱材料（尼龍隔熱條，隔熱性高于鋁型材1250倍），將室內外兩層鋁合金既隔開又緊密連接成一個整體，構成一種新的隔熱型的鋁型材。利用此種工藝加工出來的型材制作門窗，其隔熱性可以與塑鋼窗達到同等水平。斷橋鋁門窗繼承了塑料型材導熱率等的特性，擺脫了鋁合金門窗傳導散熱快、保溫隔熱能力低的弊端，同時又保留了鋁合金的優良性能：易擠壓成型、易加工、抗腐蝕、美觀堅固、經久耐用、重量輕等，實現了鋁合金和塑料的各自優點相結合。此外，斷橋鋁門窗采用了一些新的結構配合形式，成功克服鋁合金推拉窗密封不嚴的缺點。此種型材是一種創新性的結構設計，即兩面采用鋁材，中間用尼龍隔熱條做斷熱處理，以此獲得塑料和鋁合金兩種材料各自的優良性能。此外，“65系列”的斷橋鋁型材可實現門窗的三道密封結構，合理分離水汽腔，有效實現氣水等壓平衡，大幅度增加門窗的水密性和氣密性。

4.3 鍍膜玻璃節能門窗

鍍膜玻璃節能門窗主要通過在玻璃表面鍍上多層金屬或其他化合物組成的膜來達到建筑物節能的目的，分為熱反射玻璃、低輻射玻璃、導電膜玻璃等。目前，市場上普遍采用低輻射玻璃（又稱LOW-E玻璃）作為節能門窗的主要材料，其由5層薄膜構成，主要特點是極低的輻射率和對中遠紅外線的高反射性，表現在隔熱性和保溫性兩方面。研究表明，玻璃熱傳遞的主要途徑是通過玻璃內表面的輻射為主，采用低輻射膜后可將內表面的輻射率由0.84降低到0.15以下，大大降低了由室內向室外的熱傳遞能量，同時也有效地隔絕了夏季熱傳遞造成的室內溫度升高而帶來的能源浪費。低輻射玻璃既保溫又隔熱，起到了良好的低碳環保效果。

5 結語

當前我國市場上各類門窗琳瑯滿目，外觀設計高端華麗，但綠色節能、經久耐用等實際性能還需不斷優化。建筑門窗高性能材料的研發是降低我國建筑能耗的關鍵環節，設計推廣新型高效的建筑節能門窗既是建筑節能的有效途徑，又能改善建筑物內部的熱環境和舒適度，可以有效推動我國建筑節能發展的歷程，是實現我國節能減排、保護環境的重要舉措。

參考文獻

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作者簡介：王戊己（1981-），男，河北保定人，供職于中天聯合節能建設發展（天津）股份有限公司，研究方向：建筑節能，包含節能外墻保溫和節能門窗的技術創新和施工技術等。

（責任編輯：王 波）