關于畢節市區建筑門窗綠色節能設計的分析與建議

朱孜，鐘應

（貴州省建材產品質量檢驗檢測院，貴州貴陽550016）

0 引言

畢節地處內陸，屬于低緯高海拔山區。其西北是世界屋脊的青藏高原，北鄰四川盆地，西接云南，身處烏蒙山脈[1]。受西伯利亞冷空氣影響，全年溫度較低。根據《民用建筑熱工設計規范（GB 50176—2016）》劃分，畢節屬于2A寒冷地區，最冷月平均溫度是3.2℃，最熱月平均溫度是21.4℃，采暖度日數是2125℃·d，空調度日數是0℃·d。據國內外的試驗，夏季，人體感知最舒適的溫度是19~24℃，冬季是17~22℃，從數據來看，畢節的氣溫在冬季顯然過低。因此，要提升人民的幸福指數，讓人體感受到舒適，建筑的取暖保暖很關鍵。

根據住房城鄉建設部《關于印發建筑節能與綠色建筑發展“十三五”規劃的通知（建科〔2017〕53號）》精神，推進建筑節能和綠色建筑發展，建設節能低碳、綠色生態、集約高效的建筑。要實現建筑綠色發展，就得抓住建筑節能的“牛鼻子”，突出節能效果。有報道指出，對于住宅建筑而言，門窗的面積占建筑外圍護結構面積的30%左右，但能耗最高，門窗的能耗約占建筑外圍護結構熱損失的50%[2]。目前，為了使室內具有良好的采光，新建樓宇都使用大量的門窗，如圖1所示。因此，研究開發新型節能門窗、推廣使用新型節能門窗對畢節市區建筑節能具有重要意義。

1 畢節市區建筑門窗不同階段的發展狀況

建筑門窗的發展史是經濟發展的縮影。在經濟基礎比較落后時期，建筑主要是滿足居住的基本要求，對功能性需求不高，門窗的主要功能是通風、采光，一般是以木材作為固定框+平板單層玻璃結合而成的窗戶。這種框扇剛性差、易腐爛、易變形，變形后，會造成關閉不嚴、易脫落、有安全隱患，建筑的保溫效果很差。在經濟條件改善后，建筑門窗主要是由鋁合金+鋼化單層玻璃，再配以密封條加工而成，這種門窗剛性強度得到提升，由于鋁合金型材的易加工性，可以生產推拉窗、平開窗、落地窗等，但這種窗節能效果不好；隨著經濟的發展，人們逐漸認識到建筑門窗的節能重要性，門窗的型材常用的有PVC-U、斷橋鋁合金等，玻璃由單片玻璃到中空玻璃、夾層玻璃等，中空玻璃所用玻璃有鋼化、鍍膜、貼膜等，還可以將夾層玻璃再生產為中空玻璃等。圖2為建筑用窗圖例。

圖1 建筑大面積地使用門窗

2 畢節市區建筑節能門窗的現狀

我國是能源消耗大國，建筑能耗占社會總能耗的1/3，門窗熱能損失占社會總能耗的1/6。因此，在畢節這樣的寒冷地區，門窗的綠色節能顯得尤為重要。

隨著城市的建設發展，新建小區和老舊小區長期并存。畢節市區的新建小區建筑，由于是近年來建設的，建筑門窗通常是由鋁合金型材或PVC-U型材和中空玻璃制造而成；老舊小區的建筑門窗大多是以鋁合金+單片玻璃制造，氣密性、水密性和抗風壓性能級別都不高，保溫性能差，節能效果不好。

國家統計局公布2020年全年能源消費總量49.8億t標準煤，通過計算得出，建筑門窗熱能損失約8.3億t標準煤，門窗的綠色節能對節能減排的影響較大。隨著城鎮化加速進程和人口向城市集聚，畢節市區建筑業正蓬勃發展。住建部辦公廳、國家發改委辦公廳、財政部辦公廳《關于做好2019年老舊小區改造工作的通知（建辦城函〔2019〕243號）》文件要求，老舊小區要進行更新改造，要滿足供熱、綠色和建筑節能等要求，有效解決的關鍵就在于建筑門窗。因此，采用綠色節能門窗，對老舊建筑門窗進行節能改造，對畢節試驗區“開發扶貧、生態建設、人口控制試驗區”中的生態建設意義重大。

圖2 建筑用窗圖例

3 建筑門窗與綠色節能設計

圍護結構最薄弱的節能保溫部位是窗戶，減小窗戶熱耗是有效控制建筑能量損耗的關鍵。

3.1 合理選擇窗框型材與玻璃類型

傳熱的方式有三種：熱傳導、熱輻射、熱對流。窗戶總熱阻小時，熱對流作用較大，要降低熱對流的影響，需要選用熱阻大或傳熱系數小的窗戶，窗框和窗玻璃材料傳熱系數越小越好；當窗的傳熱系數較大時，可以通過優化設計減少窗在建筑中所占面積；當窗的傳熱系數較小時，可以適當增加窗的面積比，使窗的作用既能達到美觀透光好的效果，又能滿足節能的需要。

有研究表明[3]：為減小窗戶傳熱系數，PVC-U窗框是最優選擇，其與Low-E中空玻璃結合生產的窗戶，傳熱系數可以在2.0W/（m2·K）以下；斷橋鋁合金型材結合中空玻璃也具有良好的熱阻性能，如果選用Low-E鍍膜玻璃，節能效果也是很好的。

中空玻璃的中間層為空氣時，傳熱方式主要為熱輻射，適當增加空氣層厚度可以降低傳熱系數，達到良好的保溫效果，當空氣層超過20mm時，中空玻璃的傳熱系數降低不再明顯[4]。如果將空氣換成惰性氣體或真空，因惰性氣體具有較低的導熱系數，玻璃的傳熱系數可以降低；中空玻璃抽真空后，因中間層沒有氣體流動，減少熱輻射作用，中空玻璃的傳熱系數也低，節能效果不錯。

3.2 合理設計窗戶面積

畢節市區在冬天會受到西伯利亞冷空氣影響，建筑的朝北方位冷空氣作用明顯。北向窗得熱量主要是熱輻射；東向、西向窗得熱量主要有熱傳導和熱輻射；南向窗幾乎不受冷空氣作用，窗得熱量主要是熱輻射；在相同條件下，東向窗、西向窗、南向窗得熱量大于北向窗；四個不同朝向窗墻比減少時，節能率增加的程度不同，北向效果最好，東、西向次之，南向最小。

因此，在進行窗戶設計時，窗墻比的選擇應根據不同朝向，合理設計窗戶尺寸。對于北向，窗墻比的減少有利于提高節能保溫效率。對于南向窗戶，可以在采取有效措施降低能耗的前提下，適當增加窗戶面積，充分利用太陽輻射得熱；對于其他朝向的窗戶，在滿足室內光照條件下，可適當減少窗戶占比，以此降低熱損失。

4 老舊建筑窗戶改造建議

根據畢節市區的氣候條件，可以從改造窗戶來提升老舊建筑人們居住的舒適度，提高窗戶的保溫性能和氣密性等級，使節能效率提高。老舊建筑的窗墻比不易改動，因此可以從窗戶的型材、玻璃、開啟方式等方面進行改造。首先可以選擇物美價廉的塑料型材，塑料型材具有較小的傳熱系數，可以有效降低熱傳遞損失；其次改變窗戶的開啟方式，將推拉窗更換成平開窗，減小開啟縫長，提高氣密性等級；還可以將單層玻璃更換成中空玻璃，可以有效防止結露、降低噪聲和提升保溫性能。

窗戶經過改造后，可以極大地提升房間的舒適性能，有效改善保溫性能，能夠節約能耗，減少開支，做到冬暖夏涼，四季如春。①增強了隔音性能，可以將室外60dB以上的噪聲降低到室內25dB左右，實現室內較安靜的效果；②有效防止結露、結霜，解決單層玻璃結露、結霜造成視線遮擋，窗框、窗簾、墻壁等水漬污染問題。

5 展望

建筑門窗在住宅中有著越來越特殊的作用，既能滿足美觀、日照、通風、采光等功能要求，還是影響建筑節能的關鍵[5]。但實際上，大多數功能實現了卻不能達到綠色節能性要求，所以，需要協調統一其使用功能與節能的有機結合，既要兼顧使用功能又要考慮節約能源。隨著經濟的不斷發展，相信影響建筑門窗綠色節能的諸多關鍵因素都會得到深入研究，建筑門窗綠色節能及優化設計和滿足人們日益增長的對美好生活的需求相結合，將會越來越受到重視。