提高PVC塑料門窗保溫性能的措施

余華林

【摘 要】當(dāng)今我國能源消耗巨大，其中建筑能源消耗約占全國能源消耗總量的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70年代末到今年，隨著城市化進程的加快和人民生活質(zhì)量的改善，我國建筑能耗總量而逐年上升，從10%增加到27.45%，而隨著時代發(fā)展，我國建筑能耗比例還會上升，據(jù)估測會到全國總能耗的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

對流傳熱是具有熱能的氣體或液體在移動時所進行的熱交換現(xiàn)象。對于建筑外窗，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流交換，室內(nèi)外空氣的溫差形成了冷熱空氣的對流。室內(nèi)外溫差越大，空氣對流引起的熱量散失越多。由于溫度差異的大小差別，主要是冬夏季對流引起的空氣熱量交換，在全年中對流引起的空氣熱量交換產(chǎn)生的熱量消耗比例較大。冬季圍護結(jié)構(gòu)薄弱部位內(nèi)表面溫度過低，建筑通過圍護結(jié)構(gòu)即PVC塑料門窗向外散失熱量；夏季圍護結(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)生的熱量散失遠遠比因為溫差、對流等產(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)計的第一要務(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行傳導(dǎo)。從傳熱熱阻值方面來看，墻體的阻值遠遠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、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，框截面的個數(shù)決定了計算傳熱系數(shù)和對應(yīng)框和玻璃傳熱系數(shù)的方法，值得重視的一點是，兩窗框相接之處忽略不計。窗框結(jié)構(gòu)設(shè)計對提高保溫性的重大影響是毋庸置疑的，因為塑料窗的傳熱系數(shù)隨窗框結(jié)構(gòu)的不同也會有所變化，當(dāng)前普遍采用的PVC窗框結(jié)構(gòu)分為雙腔和多腔。從對塑料窗內(nèi)傳導(dǎo)作用（對流、輻射和導(dǎo)熱）的削弱效果來說，多道腔壁更明顯，因為多道腔壁封閉空腔的效率更高，則對通過窗戶的輻射傳熱強度削弱效果更大。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，因為從提高窗框的隔熱性能方面來說，三腔和四腔結(jié)構(gòu)遠遠優(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)能價值越高；反之，保溫性能越差，節(jié)能價值越低。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的對流和傳導(dǎo)帶來的能量消耗，所以它的隔熱能力遠遠優(yōu)于單玻。簡言之，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，因為緯度高低、氣候變化都會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

隨著國民生活質(zhì)量的普遍提高，我國總能耗值逐年增高，并且一直呈上升趨勢，我國陷入了嚴重的能源危機。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)在不斷進步，會有更多合理的解決方式出現(xiàn)。

【參考文獻】

[1]張家猷.提高建筑門窗保溫性能的途徑[J].塑料門窗，2004（3）.

[2]建設(shè)部建筑節(jié)能辦公室.建筑節(jié)能技術(shù)標準規(guī)范匯編[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003（5）.

[責(zé)任編輯：田吉捷]