外門窗（或玻璃幕墻）選擇對建筑節能設計的影響

文｜ 中央軍委事務管理總局 翟亞平

建筑節能是國家能源節約的重要手段之一。據資料顯示，我國社會總能耗的30%以上為建筑能耗，在建筑外圍護結構總能耗中，建筑外門窗（或玻璃幕墻）的能耗約占其能耗的49%左右，通過外門窗（或玻璃幕墻）損失的能量是其中的主要部分。因此，在工程設計中注重和加強建筑物外門窗（或玻璃幕墻）構造形式的深化設計，是改善建筑物熱工性能，提高建筑節能的重要途徑，而改善建筑外門窗（或玻璃幕墻）的節能性能又是其中的重點。

1 外門窗（或玻璃幕墻）的熱工性能和節能設計要求

隨著人們建筑理念的變化，建筑外立面越來越多的大面積采用落地玻璃窗或玻璃幕墻。外門窗或玻璃幕墻在建筑物中的作用是多方面的，除需要考慮外立面的美觀需求，外圍護結構的一部分還擔負了保溫和隔熱作用，還需考慮采光、通風、日照等功能要求。

1.1 外門窗（或玻璃幕墻）的保溫功能

在各類建筑中特別是住宅建筑中，通過外門窗（或玻璃幕墻）的熱損失占很大一部分。通常，外門窗的面積占到一套房子的15～20%以上，如果設計采用玻璃幕墻則占比更大。現代建筑為了美觀和時尚更多采用落地窗和玻璃幕墻，如果沒有選用節能標準高的門窗（或玻璃幕墻），由此散失的熱能量將高達30～35%以上。通過門窗框與墻體間縫隙的空氣滲透和通過門窗自身的玻璃、金屬窗框的傳熱，是外門窗（或玻璃幕墻）熱損失的兩個主要途徑。而窗（含陽臺門上部透明部分）墻比、窗扇的開啟方式、窗戶的構造形式、生產窗戶的材料及生產工藝等因素都影響窗戶的保溫性能。為改善窗戶的保溫性能，設計中應重點做好以下幾方面工作：

（1）控制窗墻面積比

窗墻面積比是指窗洞口面積與所在房間立面單元面積的比值，是建筑節能設計標準的一項重要指標。各類門窗特別是鋁合金門窗的傳熱性較之墻體的熱阻要小得多。鋁合金單玻門窗的傳熱系數K值為6w/(m2·K)左右，約為24cm厚磚墻的3倍。因此，建筑中外門窗（或玻璃幕墻）面積的大小及其保溫隔熱性能的優劣，對建筑的采暖和空調能耗都有很大的影響。研究表明，窗、墻比為50%的房間與30%的房間相比，空調運行負荷要增加17%～25%。大面積窗特別是東、西向大面積玻璃窗對建筑節能極為不利。（見北京市《居住建筑節能設計標準》對不同朝向的窗墻面積比的規定）。

在實踐中，一些設計單位為了追求立面效果，應對建設單位的要求，在住宅設計中廣泛采取大面積落地玻璃窗或玻璃幕墻，片面的追求美觀和采光要求，而忽視了節能指標的要求。一些建設單位為增加使用面積，要求設計人員加大陽臺尺寸，整個南面全部設計為全玻璃落地窗封閉陽臺。這樣一來陽臺就形成了一個溫室，影響了房間的通風散熱效果。一些塔樓的東向和西向的陽臺或外窗也設計為較大面積的落地玻璃窗，都大大的增加了建筑能耗。設計中應嚴格按建筑節能設計要求控制窗墻比。

表1 不同朝向的窗墻面積比M1限值和最大值

（2）提高外門窗（或玻璃幕墻）的熱工性能

提高外門窗（或玻璃幕墻）的隔熱性能可分為提高窗框部位的隔熱性能和玻璃的隔熱性能兩部分。通過外門窗（或玻璃幕墻）的熱損失，它的數值主要取決于構造和材料的導熱系數。根據《建筑外窗保溫性能分級及檢測方法》和北京市《居住建筑節能設計標準》的規定，建筑外門窗（或玻璃幕墻）的傳熱系數K不宜大于2.8w/(m2·K)。經測算，在北京地區，當外窗K值減小到2.8w/(m2·K)時，冬季從南向外門窗（或玻璃幕墻）進入的太陽輻射熱大于通過門窗的熱損失，有利于節能。因此，建筑外門窗（或玻璃幕墻）保隔熱溫性能應符合建筑節能設計標準。在外門窗的設計選型中，一是對材料提出要求，二是對外門窗的構造提出節能要求。設計上提高外門窗（或玻璃幕墻）節能指標的技術措施主要有三方面: 隔斷外門窗框（或玻璃幕墻框）的熱橋；提高外門窗（或玻璃幕墻）密閉性；增加玻璃層數或玻璃間的間隔，選擇具有反射陽光功能的玻璃。針對玻璃能耗大的情況，要正確選擇玻璃類型，玻璃占整個成品窗80%左右的面積，正確選用對窗戶的節能效果至關重要。可選用的節能玻璃的種類主要有：吸熱玻璃、熱反射鍍膜玻璃、Low-E 低輻射鍍膜玻璃、中空玻璃、真空玻璃等，根據節能要求可設計為二層或三層，設計中要合理選用。對于金屬外門窗框和副框框料，一定要選用采取了隔斷熱橋措施的型材。窗戶已作為一種商品在市場上表現了豐富的多樣性，增加了設計的選擇性。建設單位在窗戶的采購上往往更多考慮的是造價因素，采用什么規格和形式的窗戶現實中往往由建設單位來確定。因此，許多設計單位就只設計了外門窗的尺寸，沒有提出節能指標要求，完全由建設單位自行選定，然后再由門窗生產單位進行二次設計。由于受利益的驅動，一些生產商只考慮成本而不考慮節能，致使市場上門窗產品的質量和節能性能良莠不齊，一些建設單位也只圖便宜，結果選定的窗戶節能很差。設計單位必須要考慮外門窗的節能保溫要求，必須就外窗的氣密性、保溫性能、中空玻璃露點、玻璃遮陽系數和可見光透射比等指標明確提出節能性要求，在工程竣工驗收時，設計人員要認真核查各項指標是否滿足設計節能要求。

（3）明確窗戶的密閉性能指標

由于制造工藝方面的原因，一般窗戶（或玻璃幕墻）都會存在一定的縫隙，由于建筑室內外風壓、熱壓差的作用，室外冷空氣或熱空氣滲入室內的量是相當大的。俗語講“針尖大的窟隆，斗大的風”，因此節能設計中一定要考慮外窗的氣密性能。北京市地方標準《居住建筑節能設計標準》規定外窗、敞開式陽臺的陽臺門（窗）應具有良好的密閉性能，其氣密等級不應低于國家標準《建筑外窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》（GB/T7106-2008）中規定的7級水平，并要求作為強制性條文執行。設計中應適當提高窗戶的設計標準，盡可能選用密封性能好的平開窗，推廣各類專門的通風換氣窗，實現可控制的通風換氣。從目前的生產工藝水平上看，平開窗的密封性能好于推拉窗。推拉窗由于結構上的缺陷，很難達到節能窗戶要求的氣密性指標。北京地區風沙大，空氣中懸浮顆粒物污染較重，安裝推拉窗后由于氣密性較差，室內附著灰塵較大，對室內空氣質量和室內清潔影響也較大。設計中要強調對外窗的氣密性能要求，應根據本地區氣候條件選用符合節能標準的外門窗。應當注意的是，真正的節能門窗，不是單一采用了隔熱斷橋型材或采用了節能玻璃，它是一個系統的完美組合，各環節性能的綜合作用，正確的把多種部件合理的組合成系統才是完善的節能門窗。

（4）細部設計要求

為提高建筑節能，特別要注重外門窗（或玻璃幕墻）細部構造的設計。在外保溫體系中，出挑構件和門窗框外側四周與墻體之間的部位易形成“熱橋”，此處熱損失相當可觀，在門窗框與外墻保溫層的交接處的設計中應特別注意。設計時應將附墻挑件減少到最小程度，以減少“熱橋”面積。外窗盡可能與外墻面平，減少窗框（或玻璃幕墻框）四周的“熱橋”面積。外門窗（或玻璃幕墻）的熱橋部位應進行保溫驗算并做好保溫處理。在實際工程質量驗收過程中發現，這部分是最易被忽視的地方，也是保溫質量最無保障的地方。從設計上分析，主要是窗框與墻體的間隔太大，填充的保溫材料不易填實，從而形成“熱橋“。外門窗框或副框與洞口之間的間隙應設計為彈性閉孔材料填充。對推拉門窗的密封性能和構造形式要嚴格標準指標。

1.2 注重門窗的遮擋

對于炎熱的夏季，外門、窗（或玻璃幕墻）的隔熱遮擋應引起高度重視。設計過程中要特別重視建筑物東、西側開窗的隔熱遮擋設計，以最大程度的減少夏季透過窗戶直接進入室內的太陽輻射熱對室內空調負荷的損耗。因此，除了考慮外門窗（或玻璃幕墻）自身的保溫隔熱性能（即傳熱系數小）外，設計中還應充分考慮外門、窗（或玻璃幕墻）的隔熱遮陽問題，最大限度的減少通過窗戶（或玻璃幕墻）直接進入室內的太陽輻射熱。外門、窗（或玻璃幕墻）有隔熱遮檔時，可以減少通過窗戶入射的太陽輻射熱能，從而最大限度的減少傳至室內的熱能量以降低室內溫度。遮擋物相對于玻璃的位置將決定減緩熱能的程度。設計在室內還是設計在室外效果明顯不同，就節能而言，窗戶的外部遮陽是效率最高的一種遮陽措施。東向和西向外窗的太陽輻射負荷，對夏季空調能耗影響很大，要特別重視對東、西向外窗的遮陽設計。有條件時可選擇電動可調節的遮陽設施，使之隨太陽角度變換而自動調節。如果設計為固定式遮陽，要考慮其幾何外形、朝向及每日、每年與太陽運動軌跡之間的關系，在遮陽的細部設計時，對于上述各項因素進行全面考慮。有資料顯示，采取室外安裝遮陽系統可使室內溫度降低8-10度，節省30%-40%的空調能耗，北京某建筑安裝了遮陽簾后，空調能耗降低了約30%左右。從中可以看到建筑遮陽作為建筑節能的一種途徑，有著巨大的實用潛力。

2 加強外門窗（或玻璃幕墻）施工圖設計的節能審查工作

為了強化建筑節能設計，確保國家的建筑節能要求和各項節能技術措施得以落實，必須強化施工圖節能設計的審查工作，特別要重點對建筑外門窗中的窗口面積、構造形式、開扇面積、遮陽措施等節能設計進行審查。對強制性條文的規定，必須嚴格把關，施工圖設計深度要有保障。建設單位選擇分包時，施工圖沒有具體設計的，二次設計要按照建筑節能政策要求和建筑節能標準進行工程設計，并按規定將確定的施工圖設計文件報審，包括建筑節能專項審查。初步設計文件應設建筑節能設計專篇，施工圖設計文件須包括建筑節能熱工計算書和建筑物使用能耗的專項說明。施工圖設計文件審查機構要加強對民用建筑節能設計標準執行情況的審查，在施工圖設計文件審查報告中單列是否符合建筑節能設計標準的章節。不符合建筑節能設計標準的，施工圖設計文件審查結論應當為不合格。

表2 洞口與窗框間隙