基于不同氣候區門窗系統研發的熱工性能要求

茜彥輝 姚遠 楊順利 楊杏弟 李堯

【摘要】系統門窗運用系統思維，因地制宜地研發設計而成，具備高可靠性和高性價比兩大特質，已成為當今門窗行業的“關鍵詞”。設計制作系統門窗，門窗系統研發是關鍵，而門窗系統研發的首要任務是確定建筑物所處地區和建筑物類型。建筑物所處地區和建筑物類型不同，則門窗熱工性能要求有所差別，尤其在跨越氣候區時，表現最為明顯。為此，本文從5大氣候區代表省市的最新居住建筑節能標準出發，將不同地區標準的門窗熱工性能指標進行提煉，旨在為門窗系統研發從業者提供參考。

【關鍵詞】門窗系統;系統門窗;居住建筑;熱工性能;門窗全生命周期

近些年來，隨著旭格、海德魯、阿魯克、霍柯等系統門窗的引入，“系統門窗”這個詞開始引發從業人員的關注和思考，該詞也一度成為高品質、高性能的代名詞。系統門窗也以其責任主體明確、高性價比、技術體系完善、品牌化等優點[1]，深受開發商和終端消費者的青睞。

2000年初由于受我國經濟基礎、技術等因素的制約，系統門窗早期發展較緩慢。2005年以來，隨著國內門窗標準體系、加工制作工藝體系、施工驗收標準體系等技術體系的建立和完善，門窗產品逐步向標準化、系列化和系統化發展。2012年以來，國民經濟得到高速發展，居民收入水平也在不斷提升，人們更加注重對居住環境舒適度的要求，市場對高可靠性、高性價比的門窗需求也隨之增加，舊房改造換窗、毛坯房裝修換窗等現象已司空見慣。2015年以來，伴隨著我國新舊動能的轉換，建筑門窗市場逐漸由新建建筑工程向既有建筑改造轉換，這意味著新建工程門窗市場的主體地位將逐漸被家裝市場所替代，家裝市場的崛起必定會帶來門窗產品服務體系的建立和完善。

技術、經濟、市場、服務等各環境條件的完善為系統門窗的爆發奠定了基礎。現今系統門窗在國內發展之勢已如火如荼，涌現出一大批門窗系統品牌，如貝克洛、E格、偉業等。同時，國內不少著名且有追求的房地產商為提升自身產品競爭力，不斷尋求與門窗系統供應商展開合作，如恒大、龍湖、綠地、新浪地產等。

門窗系統研發作為系統門窗設計的關鍵環節之一，其首要任務是根據建筑所處地區、建筑物類型和門窗形式等因素設定研發目標，其中建筑所處地區主要是考慮不同氣候區對門窗性能的要求。針對門窗熱工性能，由于我國地緣遼闊，橫跨嚴寒地區、寒冷地區、夏熱冬冷地區、夏熱冬暖地區、溫和地區5大氣候區，故要求差別較大，而且目前沒有完整的、符合現行國家建筑節能要求的統一標準，為我國門窗系統研發的從業者帶來了極大的不便。再加上我國門窗系統研發從業人員的素質水平普遍偏低，阻礙了系統門窗在我國的發展。

基于以上，筆者收集了5大氣候區代表省市最新的現行居住建筑地方標準，并將熱工性能指標進行提煉和統計，為從事門窗系統研發的工作者提供參考和指導。由于業內不少人將門窗系統和系統門窗概念混淆，故有必要先介紹下二者概念和區別。

1.門窗系統與系統門窗

2016年5月，住房和城鄉建設部標準定額研究所組織國內外門窗領域的權威機構和人員，并由中國建筑金屬結構協會牽頭編制了《建筑系統門窗技術導則》RISN-TG 026-2016 [2]，導則對門窗系統和系統門窗的定義進行了權威定義，本文從定義出發，緊扣關鍵詞，對二者的區別進行了詳細分析。

1.1 門窗系統

門窗系統是指為了工程設計、制造、安裝達到設定性能和質量要求的建筑門窗，經系統研發而成的，由材料、構造、門窗形式、技術、性能這一組要素構成的一個整體。由定義可知，門窗系統的研發對象是由一個或數個經系統研發并由一組要素構成的一個產品族，而并非單個的、標準尺寸的門窗產品。事實上，門窗系統是由門窗系統供應商采用設計、計算、試制、測試等研發手段，針對不同地域氣候環境和用戶要求預先研發出的一整套系統，其輸出結果為完整的門窗系統描述，包含構成門窗系統的材料、構造、門窗形式、技術描述以及設定性能指標下不同門窗產品族的極限尺寸等內容。

1.2 系統門窗

系統門窗是指運用系統集成的思維方式，基于針對不同地域氣候環境和使用功能要求所研發的門窗系統，按照嚴格的程序進行設計、制造和安裝，具備高可靠性、高性價比的建筑門窗。由定義可知，系統門窗是基于所研發的門窗系統，按照嚴格程序設計、制造和安裝的建筑門窗，即先有門窗系統，再有系統門窗。實際上，系統門窗的設計研發分為兩個階段：第一階段，門窗系統研發;第二階段，系統門窗工程設計，也就是說門窗系統僅僅是系統門窗形成的一個不可或缺的環節。

1.3門窗系統與系統門窗區別

門窗系統是系統門窗在開發設計階段的一套完整的技術體系或叫一個設計，而系統門窗則是基于已開發的技術體系所設計制作的最終產品。系統門窗不僅考慮了門窗研發設計、生產制作、安裝使用環節，也考慮了市場營銷、售后服務、維護保養及報廢處理等環節，即系統門窗是考慮了門窗全生命周期而進行的系統化設計和制造的產品。為便于讀者理解，筆者綜合行業專家經驗，繪制了門窗全生命周期流程圖，詳見圖1。

2.門窗熱工性能指標

門窗熱工性能指標主要有3個：傳熱系數K、太陽得熱系數SHGC、可見光透射比。筆者結合相關標準或規范定義對以上3個參數進行闡述說明，具體如下。

2.1 傳熱系數K

依據《建筑外門窗保溫性能分級及檢測方法》GB/T 8484-2008 [3]規定：門窗傳熱系數K是表征門窗保溫性能的指標，表示在穩定傳熱條件下，外門窗兩側空氣溫差為1K，單位時間內，通過單位面積的傳熱量。一般情況下，K值越小則保溫性能越好。實際上，門窗傳熱系數K主要針對在冬季且室內有采暖措施的環境條件下，門窗阻止熱量從室內高溫側向室外低溫側傳遞的能力，也就是說阻抗室內熱量損失的能力。

事實上，在現有標準體系下，門窗保溫性能由傳熱系數K和抗結露因子CRF（指一定溫濕度條件下，門窗阻抗內表面結露的能力）共同來表征，傳熱系數K僅為門窗保溫性能關鍵參數之一。由于門窗抗結露因子CRF和本文論題不相關，在此不再贅述。

2.2 太陽得熱系數SHGC

依據《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規程》JGJ/T 151-2008 [4]規定：太陽得熱系數SHGC通過玻璃、門窗或玻璃幕墻成為室內得熱量的太陽輻射部分與投射到玻璃、門窗或玻璃幕墻構件上的太陽輻射照度的比值。成為室內得熱量的太陽輻射部分包括太陽輻射通過玻璃區域或其他鑲嵌面板區域透射的得熱量和太陽輻射被型材或其他附屬構件吸收再傳入室內的得熱量兩部分。通常，SHGC值越小表示門窗隔熱性能越好，或者說保冷能力越好。

夏季，通常為保持室內涼爽舒適的環境條件，需要減少外界熱量的傳入。自然條件下，夏季室內通過門窗獲取的熱量主要有兩部分：① 由門窗室外側高溫引起的溫差得熱部分;② 由太陽輻射得熱部分，其中前者占比遠小于后者，故夏季阻隔外界熱量傳入室內的能力主要以太陽得熱系數SHGC來表征，也就是說SHGC是考核門窗夏季阻隔太陽輻射得熱能力的一個重要參數。

此外，不少國內標準規范和地區用遮陽系數SC來表征門窗隔熱性能，與SHGC同樣，其數值越小表示門窗隔熱性能越好。但國際上習慣用太陽得熱系數SHGC表示門窗隔熱性能，國內不少標準也在轉變使用太陽得熱系數SHGC，為與國際標準對接，故本文采用太陽得熱系數SHGC。遮陽系數SC與太陽得熱系數SHGC關系如式（1）所示：

（1）

其中，0.87為3mm厚的普通透明平板玻璃的太陽得熱系數。

2.3可見光透射比

采用人眼視見函數進行加權，標準光源透過玻璃、門窗或玻璃幕墻成為室內的可見光通量與投射到玻璃、門窗或玻璃幕墻上的可見光通量的比值。可見光透射比表征整窗的可見光通過率，數值越大表示通過整窗的可見光量越大，室內越明亮。整樘窗的可見光透射比可按式（2）計算：

（2）

式中

——整窗的可見光透射比;

——窗玻璃（或其他鑲嵌版）的可將光透射比;

Ag——窗玻璃（或其他鑲嵌板）面積，m2;

A——整窗面積，m2。

由定義及公式可以看出，整窗的可見光透射比采用面積加權平均的方法進行計算。因窗框部分透光率為0，故進行面積加權平均時，只考慮玻璃部分。

3.各氣候區典型省市門窗熱工性能要求

3.1嚴寒地區

黑龍江省作為嚴寒地區的代表省份，采暖季高達153天之久，全省冬季采暖燃煤量居高不下，一直是全國建筑節能政策落實的關鍵。2019年11月26日，黑龍江住房和城鄉建設廳發布了《黑龍江省居住建筑節能設計標準》DB 23/1270-2019 [5]，規定根據窗墻比和樓層數，建筑外窗的傳熱系數K和太陽得熱系數SHGC有所不同，詳見表1。

3.2寒冷地區

北京一直是節能減排的先行者和倡導者，同時也是全國建筑節能標準的“領跑者”。2019年12月19日，北京市規劃和自然資源委員會和北京市市場監督管理局聯合率先發布DB 11/891-20××《居住建筑節能設計標準》（征求意見稿），標準明確指出外窗、陽臺門窗和屋面天窗傳熱系數K不應大于1.10 W/（m2·K）。隨即，京津冀住房和城鄉建設部門在《京津冀區域協同工程建設標準框架合作協議》下，聯合啟動了《京津冀區域協同工程建設標準》制定工作，至此“京津冀”建筑工程標準首次“牽手”，實現一體化發展。具體要求，詳見表2。

外窗綜合太陽得熱系數SHGCc，按式（3）進行計算：

SHGCc=SHGC×SD ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

其中SD為外遮陽裝置的遮陽系數，可按現行國家標準《民用建筑熱工設計規范》GB 50176的規定計算確定。

3.3夏熱冬冷地區

夏熱冬冷地區，由于氣候的特殊性，不僅要考慮門窗冬季的保溫性能，更要考慮夏季的隔熱性能，因此對于傳熱系數K和太陽得熱系數SHGC權衡和要求更為復雜。為考慮該氣候區的離散型，兼顧沿海地區、華中地區及西南地區，本部分選取了引領長三角區域發展的上海、東南沿海地區的典范福建省、華中地區的湖南省及西南地區的代表四川省作為研究對象。

2015年12月30日，上海市住房和城鄉建設管理委員會發布DGJ 08-205-2015《居住建筑節能設計標準》[6]，規定根據窗墻比不同，建筑外窗傳熱系數K不同，詳見表3;根據開間窗墻比的不同，門窗綜合遮陽系數SHGCc不同，詳見表4。

表3中，單一立面窗墻比是指建筑某一個立面的窗戶洞口面積與該立面的總面積之比。

表4中標注“※”處，表示設置外遮陽設施并使外窗綜合遮陽系數滿足該要求。樓梯間、外走廊的門窗可不按表4執行。

2019年2月21日，福建省住房和城鄉建設廳發布《福建省居住建筑節能設計標準》DBJ 13-62-2019 [7]。依據建筑體型系數和平均窗墻比的不同，用規定加權平均傳熱系數和加權平均綜合太陽得熱系數限值的方式對建筑門窗的熱工性能進行了限制，外窗加權平均傳熱系數K≤2.5-3.0 W/（m2·K），加權平均綜合太陽得熱系數≤0.3-0.8，二者計算方法及詳細規定詳見《福建省居住建筑節能設計標準》DBJ 13-62-2019。

對于夏熱冬冷地區的華中地區，“兩湖”最為典型，由于湖北省《居住建筑節能設計標準》DB 42/301-2005已廢止且湖北省現執行標準《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》JGJ 134-2010較舊，故參考由湖南省住房和城鄉建設廳于2017年2月28日發布的《湖南省居住建筑節能設計標準》DBJ 43/001-2017[8]，詳細規定見表5。

除表5規定外，居住空間的東、西向外窗應設置活動外遮陽裝置;窗墻比≥0.45時，居住空間的外窗均應設置活動外遮陽裝置。

2019年1月30日四川省住房和城鄉建設廳發布了《四川省居住建筑節能設計標準》DB 51/5027-2019[9]，標準對夏熱冬冷地區建筑門窗熱工性能做了詳細規定，詳見表6。

表6僅列出了四川省夏熱冬冷地區門窗熱工性能要求，典型城市有成都、宜賓、南充等，其余四川省地區詳見《四川省居住建筑節能設計標準》DB 51/5027-2019。

3.4夏熱冬暖地區

眾所周知，廣東省是我國門窗最大的產區，門窗相關標準及技術的配套也比較完善。2018年1月16日，廣東省住房和城鄉建設廳發布《廣東省居住建筑節能設計標準》DBJ/T 15-133-2018[10]，規定居住建筑外窗的平均傳熱系數和平均綜合遮陽系數除應滿足《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》JGJ 75中強制條文4.0.8條要求，還應根據外墻平均傳熱系數、平均熱惰性及平均窗地面積比的不同符合表7要求。

此外，建筑的臥室、書房、起居室等主要房間的房間窗地面積比小于0.20時，外窗玻璃可見光透射比不應小于0.40。外窗熱工性能指標的具體規定詳見《廣東省居住建筑節能設計標準》DBJ/T 15-133-2018。

3.5溫和地區

2019年2月1日，住房和城鄉建設部發布《溫和地區居住建筑節能設計標準》JGJ 475-2019 [11]，依據不同窗墻比、不同朝向對外窗的熱工性能指標進行了詳細規定，詳見表8。

此外，當外窗為凸窗時，凸窗的傳熱系數限值應比表8規定提高一檔，樓梯間、外走廊的門窗的傳熱系數可不按表8執行。溫和A區南向封閉陽臺內側外窗的遮陽系數不作要求，但封閉陽臺透光部分的綜合遮陽系數在冬季應≥0.50。

以上部分標準，未對門窗傳熱系數K和太陽得熱系數SHGC做出直接要求，可依據式（1）、式（3）及對應標準推算出確切的門窗傳熱系數K和太陽得熱系數SHGC指標要求。

4. 結論

對于我國而言，系統門窗的研發任重而道遠。單從門窗參考標準而言，既有國家標準，也有行業標準和地方標準;既有居住建筑標準，又有公共建筑標準;既有超低能耗建筑標準，又有近零能耗建筑標準。再加上我國橫跨5大氣候區，統計起來十分艱難。本文就現行、最新的居住建筑標準進行研究，得出以下3個結論：

4.1 針對系統門窗與門窗系統，考慮當前多數人對二者概念混淆問題，通過緊抓關鍵詞對二者定義做了詳細分析。結合二者定義及開發過程，提出了門窗全生命周期概念，并給出了門窗全生命周期流程圖。

4.2對于居住建筑，門窗系統研發確定建筑物地區是關鍵，門窗熱工性能與地區密切相關，故對門窗熱工性能指標傳熱系數K、太陽得熱系數SHGC、可將光透射比進行了系統分析。結合相關標準規范，對門窗保溫性能和隔熱性能的含義及區別進行了分析說明。

4.3 基于5大氣候區特征省市最新居住建筑節能設計標準，對特征省市的門窗熱工性能指標進行了詳細統計。為適用多地區的不同門窗系統研發提供了合理、科學的參考，同時也為實施全國戰略布局的門窗系統公司提供便捷。

此外，本文也有很多有待專家和學者們繼續完善和研究之處：

（1） 本文只針對適用居住建筑的門窗熱工性能展開研究，對于公共建筑有待后者完善補充。

（2） 現今，國際統一使用門窗太陽得熱系數SHGC，而我國除少部分標準外，仍在延用門窗遮陽系數SC，標準有待統一。

（3） 對于可見光透射比，只有少部分標準和超低能耗建筑標準對門窗限定該項指標，那么該指標在標準中的補充完善或去留有待研究。

（4） 當前，冬季門窗結露已成為消費者投訴的焦點，作為門窗保溫性能表征值之一——抗結露因子CRF是衡量門窗抗結露性能的唯一指標，而相關標準對門窗結露問題的說明和該指標的限定也有待補充完善。

參考文獻

[1]劉萬奇. 關于系統門窗的辨析與思考[J]. 中國建筑金屬結構， 2019， （3）：20-23.

[2]RISN-TG 026-2016. 《建筑系統門窗技術導則》[S].

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[4] JGJ/T 151-2008. 《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規程》[S].

[5] DB 23/1270-2019. 《黑龍江省居住建筑節能設計標準》[S].

[6] DGJ 08-205-2015. 《居住建筑節能設計標準》[S].

[7] DBJ 13-62-2019. 《福建省居住建筑節能設計標準》[S].

[8] DBJ 43/001-2017. 湖南省居住建筑節能設計標準》[S].

[9] DB 51/5027-2019. 《四川省居住建筑節能設計標準》[S].

[10] DBJ/T 15-133-2018. 《廣東省居住建筑節能設計標準》[S].

[11] JGJ 475-2019. 《溫和地區居住建筑節能設計標準》[S].

【作者單位：中窗認證檢測技術服務（北京）有限公司】

【中圖分類號】TU513

【文獻標識碼】A

【文章編號】1671-3362（2020）06-0065-05