门窗保温隔热性能浅论

杨迪 秦达超

摘要：可持续发展是当代世界的重要理念，绿色建筑越来越受到人们的关注。现在的节能门窗虽在热工性能上与普通窗户相比有很大改进，但它仍是建筑能耗的一个薄弱环节。门窗节能技术的发展意义重大。本文阐述了门窗节能的热工原理，详细介绍了门窗节能一般方法及其原理，推荐了一些较有效的节能方法，并对节能门窗的发展趋势做了简要分析。

关键词：门窗；设计要求；保温隔热；节能；节能基本方法；窗型；窗墙比和朝向；框料扇面；连接缝；五金附件；断面设计；遮阳设施

一、一般设计要求

门窗属于房屋建筑中的围护和分隔构建，不承重。但因其对采光、通风及观望的特殊要求，使得它成为建筑物中热交换、热传导最敏感、最活跃的部位，一般的门窗热量损失是墙体的5-6倍，占到了全部热损失的一半以上。而且随着人们对生活水平的要求越来越高，建筑物的功能趋于多样化、外表也不断追求美观，建筑物对门窗的要求还在不断提高。对于所有的建筑物，在做门窗的保温、隔热、节能设计时,首先要遵循以下设计要求：

1. 抗风压性能：体现当门窗关闭时抵御外界风压的能力，要使建筑物在大风情况下门窗本身不受损坏并不丧失其他功能。现行值为1000Pa，玻璃的话厚度不小于4mm。

2. 水密性能：指关闭门窗时防止外界雨水进入室内的能力。现行值为100Pa。一般设气压平衡孔槽、排水孔并加盖孔帽，加密封胶、披水条。

3. 气密性能：关闭着的外门窗阻止空气渗透的能力。这个对保温隔热也有很大影响。门窗四周应完整、连续、封闭。

4. 隔声性能：关闭着的外门窗阻止噪音传入对用户进行干扰。可采用中空、夹层或双层玻璃及隔声效果好的高科技材料。

5.空气渗透量：标况下，单位时间渗透的空气.，单位m^3/h。在关闭门窗时既要保证有一定的空气流通,又不能有过多能量交换。

6.保温与隔热：在门窗两侧存在空气温差条件下，门窗需阻止必要的热量传出或不必要的测量传入。根据《建筑外墙保温性能分级及检测方法》，可采取的措施后面会有详细介绍。

7.采光性能：采光性能的级别根据建筑使用要求确定，需满足热工及节能设计标准。

现代建筑为了采光和外观效果，往往加大采光面积或采用大开扇门窗，又要满足上述设计要求，就对门窗的保温隔热性能会造成一定的影响。所以抓建筑的节能，首先要抓好建筑门窗的节能，改善门窗绝热性能。

二、保温隔热的实质

导致门窗热量损失的原因是门窗与周围环境进行的热交换，包括：通过玻璃进入建筑的太阳辐射的热量；通过玻璃的传热损失；通过窗格与窗框的热损失；窗洞口热桥造成的热损失；缝隙冷风渗透造成的热损失。而门窗节能的本质，是尽可能减少这些热量传递以达到节能的目的：①提高居住环境的舒适度，冬暖夏凉有利于身体健康；②可以减少冬季采暖和夏季空调的运行费用；③节约国家能源消耗，促进国民经济可持续发展；④减少环境污染，改善生态环境。热量传递的方式有：

热传导 Φ＝-λA(dT/dx)热对流 Φ=hA△T热辐射Φ=εσT^4

要减少传导传热就可以选用导热系数λ低的门窗材料；要减少对流传热就要求门窗密封性好；要减少辐射热传递就要求门窗具有较好的遮阳效果。

三、门窗节能基本方法

在节能门窗的设计、制作及安装时，通常主要考虑因素为①合理的缩小窗口面积 ②增强窗（门）面的保温性能 ③切断热桥 ④缩减缝长 ⑤有效的密封和密闭措施 在具体工程中则有很多考虑因素，如下：

1. 选择节能窗型

窗型是影响节能性能的第一要素。现在市场上的窗型主要有推拉窗、平开窗和固定窗。推拉窗是指窗扇沿水平方向垂直左右推拉的门窗；平开窗是指合页（铰链）安装于门窗侧面向内或向外开启的门窗；而固定窗则不可开启，一般只作采光用。相比之下，平开窗和固定窗的节能效果较为优越，推拉窗因其结构需要，上部有较大空间，下部的滑轮间也有间隙，窗扇上下形成了明显的对流交换，冷热空气的对流形成较大的热损失。而平开窗的窗框和窗扇间一般有橡胶密封压条，门窗扇关闭后几乎没有缝隙，热量损失主要是玻璃、窗纱和窗框型材本身的热传导、辐射散热和窗框与窗扇接触位置的空气渗漏，以及窗框与墙体之间的空气渗漏等。固定窗窗框嵌在墙体内，又密封，热损失的因素和平开窗关闭时一样，甚至更少。

2. 设计合理的窗墙比和朝向

一般窗户的热损失比同尺寸、朝向的墙要大，因此，建筑物的热损失会随着窗墙比的增大而增大。才采光和通风允许的情况下，设置合理的窗墙比例比设置保温窗帘和窗板更加有效。热量损失还与外窗的朝向有关。南北朝向的太阳辐射和日照率高，窗户所获得的太阳辐射较多。在《民用建筑节能设计标准》中对窗墙面积比和朝向都做了选择性的规定，但各地设计时还需根据当地日照情况，建筑物功能进行适当调整。有专家提出，考虑到起居室在南北是的采光需要，南北的窗墙面积比可取0.3；考虑到目前一些塔式住宅的情况，东西向的窗墙面积比可取0.35；考虑到南向出现落地窗、凸窗的机会较多，南向的窗墙面积比可取0.45。虽然增大了南向外窗的面积，但可充分利用太阳能的辐射热降低采暖能耗。

3. 使用节能材料

组成窗的主材料有：框料、扇面、密封件、五金附件、遮阳设施。现在新材料技术发展很快，选择合适的材料也是节能的有效途径。

① 框料窗框型材约占窗洞口面积的15%-30%，也会造成一定的能量流失。一般的材料有木材、金属和塑料，而随着材料技术的发展，现在又有断热铝材、断热钢材、塑料型材、玻璃钢材及复合材料（铝塑、铝木等）。

下面主要介绍下断热桥技术。断热金属型材节能效果很好好，金属导热比较好，室内外温差大时，铝合金就成了传递热量的“桥,断桥就是将铝合金从中间断开，采用隔热材料与两边的铝合金连接，比如塑料。这样就减小了热量的传递。

目前的断热技术有两种工艺：一种是注胶式，这种技术既可以生产对称型材也可以生产非对称型材，是利用浇注式处理流体填补成型空间。另一种是断热条嵌入技术。由于隔热条的加入使型材形成多种断面，有良好的强度。另外隔热条中的玻璃纤维排列有序，能够长时间承受高压应力和高剪切应力（如下表），隔热条的线膨胀系数设置为与型材近似，可保持良好的整体性。并且窗内外可采用不同的颜色、表面处理。

②扇面对于一般窗户，扇面约占窗洞口面积的65%-75%。普通的单层玻璃保温隔热性能很差。现在有通过改变透光率、传热系数、遮阳系数改变其性能的方式。一般有以下几种：中空玻璃、夹层玻璃、铝合金窗、塑料窗、玻璃镀膜、玻璃着色。

1）中空玻璃：不同于普通双层玻璃，是将两片或多片玻璃以有效支撑均匀隔开并周边粘结密封，是玻璃间形成有干燥气体的空间。玻璃的导热系数是0.77w/mk 而空气的是0.028w/mk。玻璃的热传到率是空气的27倍，因此使用中空的玻璃扇面可以有效的减小能量损失。

2）夹层玻璃：就是在两块玻璃之间夹进一层聚乙烯醇缩丁醛为主要成分的PVB中间膜。破碎后不易脱落，不易伤人，且防弹。能有效减少阳光的投射.玻璃镀膜：用物理或化学工艺，改变玻璃表面的热反射特性，将太阳辐射直接反射回去，从而提高玻璃的遮阳隔热性能。

3）玻璃着色：在制作过程中加入色剂。着色玻璃的遮阳和隔热性能明显高于透明玻璃。但是因其吸热是自身温度升高，保温效果就有所降低。

4. 连接缝的密封

墙体与窗框的连接处、窗框与玻璃的连接处都需要选择正确的密封材料，既影响着建筑物的保温节能效果，又关系到墙体、窗体的防水效果。现在窗框与墙体之间通常是用聚胺酯发泡体做填充、三元乙丙胶条和硅胶。聚胺酯发泡体不仅有填充作用，还有较好的密封保温和隔热性能。窗框与玻璃连接是用密封条，密封条又分为毛条和胶条。在安装是应选择质量较好连接较紧密的，负责经日晒雨浸后很容易与窗体脱离，保温隔热效果下降。毛条由底板和毛刷组成，经过硅化处理，一般用于推拉门窗，固定在门窗扇上随其移动，以弥补推拉门窗上下缝隙通风的缺点。

5. 五金附件的选择

包括执手、滑撑、撑挡、拉手、窗锁。门窗靠五金附件来完成其开启、关闭，若不能正常开启关闭，除了影响门窗正常使用，对其保温隔热也会有一定影响。一般有多锁点五金件和单锁点五金件，多锁点节能效果较好，其锁点和锁坐分布在整个门窗的四周。对于效果较好的五金附件，门窗锁闭后，锁点、锁坐牢牢的扣在一起，与铰链或滑撑结合，压紧密封条，是室内密封，达到保温隔热目的。

6. 优化门窗框型材的断面结构

同样的材料采用的断面结构不同，隔热效果也会不同，而且随着材料不断革新，也应有相应的结构形式使其发挥作用。一般采取的方法有：①加大隔热条的宽度或连接内外铝框的隔热芯子的厚度，这样可以使框架断面更紧凑；②采取多空腔隔热条设计，和采用中空玻璃的原理是一样的，减小热传导而节能；③加宽隔热条填充发泡材料；④密封结构应与框架等性能配套，使得各部件良好的结合。

7. 添加遮阳设施

这种方法只对于日照过于强烈的建筑适用，用来减少日照强度以保证室内温度正常，尤其是对于夏季有空调的建筑，可以节约空调运行所耗费的能量。选用遮阳设施需要考虑窗口朝向、太阳光强度、建筑物所处位置等因素。一般考虑可活动的遮阳设施，以便在不同的季节不影响正常采光。

四、新材料技术在门窗节能中的应用

随着科学技术的发展，越来越多的新型材料在设计中代替了原来的玻璃材料成为节能环节的一部分，功能也逐渐多样化，有些甚至是窗是墙或是顶没有明显得界限。虽然有些还没有得到广泛地应用，但是因其特殊的性能，有很广阔的发展空间。

1.ETFE

水立方的出现可谓让ETFE大红大紫，其美丽的外观在建筑材料中独占鳌头。ETFE全称乙烯-四氟乙烯共聚物，是一种人工高强度氟聚合物，可塑树脂。这种材料不仅轻便、承拉能力、可塑性强，采光性也很好，可以是阳光透过而使建筑物内部明亮温暖，可以认为它是屋顶也可认为它是扇大天窗，节约建筑材料也节约能量。另外，此材料假如做加工，还可以作为太阳能板来发电。

2. 龙膜

龙膜玻璃处理膜是由聚酯和金属化涂层通过粘胶合成的一种很薄的膜，直接贴在玻璃表面，把普通玻璃变成高性能玻璃。它能阻挡太阳热量、99%有害紫外线及耀眼的、不适的眩目强光，同时允许眩目控制的日光通过。夏季能反射炽热太阳的热量，而冬季具有低辐射率膜以再辐射热量。

3. PTFE膜材

PTFE是一种名为聚四氯乙烯的纤维，和ETFE一样承拉能力强，可以做成很大的跨度。膜材厚度可薄达1mm，防紫外线，防风化，而且具有高反射性。

4. PVC型材

PVC：聚氯乙烯。在建筑中，硬质PVC型材的导热系数比钢和铝合金都高，其对能量的散失只是钢窗的26%，铝合金的30%。并且表面可以做得比普通窗光滑，不易沾尘、密闭性好。此外，PVC型材在隔音、防老化、外观方面都很出色。

5. ASA

ASA树脂是由苯乙烯、丙烯腈和压克力橡胶等三元聚合物共聚合而成的一种抗冲改性树脂, 具有很强的耐候性和比较好的耐高温性能,即使无涂层保护, 长期暴露于紫外线、湿汽、热、寒和冲击下，仍能保持其颜色稳定性。 可以热压、注塑和吹塑成型。在彩挤塑窗中已得到应用。

6. 透明混凝土

这种混凝土材料是在不用水得情况下，使透明的热塑性树脂和氧化铝等无机材料凝固后形成，可以透射室外光。据悉，5cm厚的透明混凝土可以透射20%的自然光，可以减少室内灯光的使用。

五、门窗节能的发展趋势

虽然我国的门窗用料已从单纯的木材、钢材发展为复合材料、功能也多样化，但是我国能耗仍是发达国家的两倍，自然资源还在不断地减少，低碳经济、节能减排仍是人们持续关注的话题。结合密闭、保温、隔热的使用要求，节能门窗应向以下方向发展：

1）尽量采用平开窗：介于其优良的保温隔热性能，门窗市场会向平开窗方向发展并引导平开窗的技术不断进步。

2）彩挤塑窗：彩塑型材分为彩色涂层、彩色整体、双色共挤几种生产发法和技术工艺，前两种受质量和成本制约，发展受限。而双色共挤是把两种不同颜色的同种或不同种材质挤压成一个整体。不仅保温隔热性能好，美观，加入ASA、PVC等材料更是可以抗紫外线、抗老化、抗降解。

3）塑铝复合：塑料型材是继木、钢、铝之后迅速发展起来的，但其耐冲击能力并不太好，而铝、钢等耐冲击材料可以弥补其缺点。而塑料型材又可弥补金属型材导热率大、颜色单调的缺点。

参考文献

[1]百度百科

[2]豆丁文档《塑料门窗工程技术规程》

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部

[4]中国建材网《何为真正的节能门窗》

[5]《从建材展看塑钢门窗发展方向》