节能门窗在建筑设计的有效运用分析

【摘要】门窗作为房屋建筑的重要组成部分，其设计需要同时兼顾实用性和艺术性。随着我国建筑行业规模不断壮大，节能门窗方面的设计技术也越来越成熟，本文基于此对节能门窗在建筑设计中的具体应用现状进行分析，以及提出相应的改进技术。

【关键词】节能;建筑;门窗设计

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

10.148

1、前言

我国作为世界第二的能源消耗大国，建筑能源消耗已经占到总能耗的百分之三十，这与建筑设计过分追求精致华丽，而忽视了绿色环保的重要性具有密切的关系。现时，可持续发展观念已经成为各行业的共识，许多建筑单位也通过各种途径升级改进节能减排技术，在控制施工成本、提升房屋建设水平、优化绿色设计方面起到了重要的作用。

而在此过程中，节能门窗的设计不仅引起了建筑设计者的关注，也成为了购买者选择房屋的重要参考因素。门窗作为建筑的关键部分，连通着房屋内部和外部。其结构看似简单，却承担了通风、采光、隔音、隔热等多项功能，同时还具有美化室内环境的作用。因此，在设计门窗时，需要综合考虑多方面的因素，满足节能减排的要求。而目前，我国的节能门窗设计仍存在诸多问题，下文将进行详细分析。

2、节能门窗在建筑设计中的应用现状

尽管门窗的设计相对简单，但其设计质量好坏直接影响到房屋的隔音、采光和通风效果。随着节能环保理念深入人心，人们对于房屋质量的要求也越来越高，除了要舒适宜居以外，还要做到低能耗，降低对外界环境的负面影响。

因此，设计者在选定设计方案时，需要在门窗的实用性和美观性之间做好平衡，具体要达到以下几项效果：一是保证能充分利用自然光，减少人工照明的使用、二是在冬季能起到保暖防风的作用、夏季又要防止吸收过多的热量，提供舒适的房间温度、三是在确保通风透气的同时，还要起到隔绝噪音、保护隐私的功能、另外还要考虑到门窗是否能与其他建筑部分配合使用，以达到良好的节能减排效果。因此在一定程度上也使设计难度大大增加。

现时，由于我国的建筑行业起步时间晚，许多企业仍旧采取粗放式的经营策略，在节能减排设计方面尚未形成一套规范的制度，导致许多绿色设计技术仍然停留在纸面上，没有应用于实际建筑工作中。节能门窗技术到从设计开发到投入应用需要经过多次实验和投入大量的资金，而建筑部门缺乏具体的指导标准和保障制度，这也导致了节能门窗设计成本高昂，普及率低，影响了房屋建设质量的进一步提升。

3、不同材料节能门窗在建筑中的应用

经过多年的开发，现时市面上可选择的节能门窗多种多样，主要有塑钢、铝合金等，但这类型材质的门窗都存在一定的缺陷，需要通过混合新材料等方法，使其结构更稳定，提升建筑的安全性，满足绿色节能的要求。

3.1塑钢门窗

塑钢门窗主要材料是聚氯乙烯树脂，再加上一定比例的稳定剂、紫外线吸收剂和着色剂，通过挤压成形，为了保证其稳固性，还要在空心部分添加钢材。塑钢门窗价格低廉、使用寿命长。但由于有聚氯乙烯成分，因此在高温下可能会挥发出有毒物质，影响人体健康。材质本身的稳定性也较差，在日晒雨淋下容易出现老化、掉色等问题，需要定期进行修复。而通过采用新技术，可以有效解决上述问题。具体而言，在材料的研发上，可以用马来酸接枝顺丁橡胶共混改性聚氯乙烯，并加入硬脂酸锌，改进后的PVC复合型材料强度显著提升，硬度比普通的顺丁橡胶/聚氯乙烯复合型材提升近五成。此外，针对PVC材料阻燃性能和抗紫外线性能的提升，科研人员也 进行了大量的研究。使用水滑石/锡酸锌改性的PVC材料，能有效提升材料的阻燃和抗紫外线性能。除了对塑钢材料的性能进行优化以外，还要重点提升门窗的保温性能，采取增大型材厚度、壁厚及增加腔体数等方法，增强传热能力，满足居民的使用需求。

3.2断桥铝合金门窗

铝合金门窗作为复合型材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点。在建筑中应用广泛。但传统的铝合金材料导热系数高、密闭性差，生产耗能大。并且使用铝合金性的推拉窗会降低室内气温，不符合现时建筑的节能环保要求。而引入断桥技术，通过添加塑料隔热条，将室内外门窗两层铝合金分隔开，在空腔填充发泡材料，使其连成一个整体。通过改进之后的门窗充分融合了铝合金轻质和塑料易成形、耐用的特点，能显著增强铝合金门窗的导热和密闭性能，同时更为美观，达到兼顾实用性和美观性的目的。

3.3木质门窗

木材是我国传统建筑中使用范围最为广泛、也是时间最长的材料之一。其天然的纹理具有很高的观赏价值，保温效果好。但木质门窗本身容易应受潮而变形、制作工艺相对繁琐。在现代建筑中使用率较低。近年来，随着“生态环保设计”的兴起。结构稳定性强的集成木质材料受到人们青睐。集成木质门窗主要挑选杉木、植物纤维等可再生材料作为原料，通过高温、干燥除菌等一系列的步骤，再利用硫酸铝和水玻璃溶液进行处理，改变木材结构，增强其韧性和抗腐蚀能力。生产工艺更适应流水线操作，成本也随之下降，体现节能环保的特点。

3.4其他材质门窗

除了铝合金、塑钢等较为传统的材料以外，近年来，新型复合材料的门窗的应用也越来越广泛。主要有木塑复合型门窗、竹木基内衬塑料门窗和镀膜门窗等。木塑复合型门窗主要以废旧塑料和木质边角料为原料，具有生产成本低、节能环保、可循环利用等显著优势。一些景点和民宿则采用竹木基复合材料取代钢材作为塑料门窗内衬，展现当地民族特点、更好地融入到当地生态景观中。此外，通过在门窗上安装镀膜玻璃，化合其他金属材料，使其材质具有热反射、降低辐射、防紫外线的功能，使建筑更加安全稳定，充分保障使用者的生命健康。

4、节能门窗结构设计以及改进方向

在房屋设计的过程中，选择门窗结构和开启方式也十分关键。在动工前，設计者需要考虑到用户的心理需求和生活习惯、结合房屋户型选定设计方案，并预留一定的调整空间。既要考虑到装饰效果，又要让使用者感到舒适和方便。现时，我国的门窗主要分为推拉窗、平开窗等几种类型。

4.1推拉窗

推拉窗在打开和关闭的状态下都不会额外占用其他空间。并且推拉窗生产工艺简单、安装和使用方便快捷。推拉窗的开窗面积约占总窗框面积的二分之一，但无论选择哪一种材料的推拉窗，窗扇与窗框之前必然会存在一定的间隙，加快了室内外空气对流速度，造成室内耗能增加。因此，为提高推拉窗隔热性能，在安装和设计时通常会添加密封毛条，但随着使用时间的推移，密封毛条会逐渐被磨损，室内外空气对流速度加快，节能效果不断降低，维护和更换的难度大。针对这一问题，可以采取以下两种方式进行解决：一是可以选用无框的推拉窗，由于无框推拉窗省去窗扇的框结构，并能安装厚度较大的玻璃或双层玻璃，通过特殊的粘贴工艺进行密封，从而增强推拉窗的密封性，采光效果也更好。二是在多个窗扇连接处 安装滑轮，可将多个窗扇推至一侧折叠，在开窗时能增大采光和通风的面积，而关窗时能提高气密性和私密性。

4.2平开窗和固定窗

平开窗分为内开窗和外开窗两种。平开窗通常需要在窗扇和窗框添加橡胶密封压条，气密性相对较好。近年来，一种新型的隔热平开窗被广泛运用于建筑领域，其结构包括边框、固定扇和活动扇，固定扇和活动扇的窗扇玻璃外侧与边框之间设置有边框密封胶条，窗扇玻璃边缘设置有两根窗扇密封胶条，边框上有阻水条，窗扇玻璃内侧与边框内侧的压线之间也设置有边框密封胶条，边框密封胶条与两根窗扇密封胶条之间形成第一道密封腔;窗扇密封胶条与固定在边框的阻水条，从而形成第二道密封腔;阻水条与内侧压线的密封胶条形成第三道密封腔，三道密封腔相互独立，有效阻止了室内外冷热空气的交换，节能效果显著增强。

5、节能门窗技术

5.1遮阳设计

门窗具有连通室内外环境、保护隐私的作用。因此，节能门窗的设计需要因地制宜，结合户型特点做好合理规划。在夏季，由于日照充足，房间温度高，室内耗能显著增加。，在设计时，既要做好合理遮挡紫外线，避免因阳光长期直射室内而造成局部温度过高和眩光，影响人体健康，又要充分利用自然光，减少人工照明和空调系统的使用频率。节能门窗还需要和其他小型遮阳装置进行配合，使室内环境更为舒适。为了优化设计方案，降低后期维护的成本，在施工前，设计者可以在Energy plus和Rediance等模拟软件上建立数据模型，输入当地的日照天数、温度等数值，总结遮阳构件对建筑室内自然通风的影响规律，并且准确预测不同户型朝向下的遮阳效果，通过对比和小型实物测试等方法选定最优的方案。

5.2密封设计

现时，许多建筑的门窗普遍存在密封性差等问题，已经成为了建筑的短板。这一点在冬季尤为明显，冷空气会从门窗缝隙中渗入，造成室内温度下降，用户需要消耗更多的能源进行取暖，给环境带来了负担，也在一定程度上增加了安全隐患。因此，在进行设计时，需要充分考虑到这一点。设计者应当依据用户的实际需求调整设计方案，对于门窗的规格、缝隙大小以及应该采取何种安装方式都要进行全盘考虑，确保能有效隔绝有害物质，起到保暖的作用，体现门窗的装饰和实用性。在适当的时候选择密封性较好的材料，借助密封条实现对门窗气密性的弥补和补充。最后，可以对门窗的气密性进行转换，采取多层密封提升门窗的气密性。

5.3材料设计

门窗主要分为框架和遮挡两个部分，在选择门窗时，需要尽可能地选用经济型的节能环保材料。首先是用以遮挡的玻璃，目前市面上主要的玻璃类型繁多，有镀膜玻璃、中空玻璃，还有具备隔绝辐射、传热等功能的新型玻璃。设计者需要和用户进行协商，结合当地环境和使用习惯，对玻璃的密闭性、稳定性和耐久性进行全面的评估，提升房屋的安全性，实现节能的目标。框架则主要有塑钢、木质和铝合金等几种，但每种材料都会存在一定的缺陷，因此需要通过在外涂漆，添加填充物等形式使其结构更加稳定，增强隔热性和耐用性。

5.4配件设计

五金配件和密封条也是门窗不可或缺的部分。随着我国建筑行业的发展进入了新的阶段，门窗生产规模日渐扩大，五金件和密封条的生产工艺也越来越成熟，但相关配件的设计和安装尚未形成统一的规范，需要结合绿色节能新技术，增强配件的耐用性和抗腐蚀性。

5.5智能化设计

近年来，的智能家居成为热潮，也为门窗的设计带来了新的方向，既方便了住户的使用，也体现现代建筑人性化、注重环保的特点。举例而言，通过在遮阳蓬和百叶窗中安装风速传感器、热敏等装置，在下雨和风速过大时，遮阳蓬能够自动收起，在不同温度下，两者能够相互配合，自动调整角度，避免阳光直射造成室内温度过高，或者紫外线不足而发霉潮湿。住户也可以采用远程遥控的方法，结合空调等装置，预设室内温度，从而起到节能减排的作用。

结语：

随着我国建筑行业规模不断扩大，节能门窗的设生产技术也越来越成熟，但设计难度大、成本高昂仍然是制约相关行业发展的重要因素。现时，节能门窗主要有断桥铝合金、集成木质、塑钢等几种材料。而遮阳设计、智能化设计和密封性设计是生产节能门窗主要考虑的问题。设计者不但需要結合实际情况选择合适的材料，还要考虑到应当采取哪一种门窗结构，以满足住户的需求，达到节能减排的效果。

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作者简介：

傅丛莲，女，河北省石家庄人，1979年10月出生，工程师，2004年6月毕业于兰州理工大学建筑工程专业，现在甘肃省嘉峪关市建设工程质量检测中心，从事建筑材料检验检测工作已有13年，对建筑原材料检测及门窗环境检测有较深研究。