UPVC 门窗在绿色环保建筑应用中的性能优势

2022-01-01潘城岿赵新平

中国建筑金属结构 2022年11期

潘城岿赵新平

0 引言

当今三大社会能耗中，建筑能耗占到总能耗的40%以上，而建筑门窗是建筑物保温性能最薄弱的部位，尤其在普通建筑上，虽然门窗面积只占外围护结构面积的20%～30%，但门窗的长期使用能耗占建筑围护结构能耗的50%，占建筑总能耗的25%[1]。据不完全统计，我国现有建筑已超过500 亿m2，其中90%以上为高能耗建筑，而门窗能耗为发达国家的2～3 倍。如果把既有建筑门窗和新增建筑门窗全部换成节能门窗，每年可节约标煤约4.3 亿t，相当于我国全年煤炭产量的20%左右。因此，大力发展节能环保型门窗是未来门窗行业发展的必然要求。

UPVC 门窗是以聚氯乙烯（PVC）树脂为主要原料添加辅助剂加工制成的塑钢门窗，其在节能环保方面有着明显的性能优势。门窗界顺应未来绿色环保建筑的发展趋势，UPVC门窗（俗称塑钢门窗）将会是最优的选择。本文从保温性能、隔声性能、霉变和结露、减少雾霾、生产过程绿色环保和全生命周期循环再造等六个方面重点介绍UPVC 门窗在绿色环保建筑应用中的性能优势，为人们对门窗的选型提供参考依据。

1 优异的保温性能

随着国家相关节能标准的日趋严格，北京、天津、河北等地区已经率先把建筑节能设计标准从65%节能提高至75%、80%节能。北京将把门窗的传热系数要求从原来的（1.5～2.0）W/m2·K 降至1.1W/m2·K[2]，天津等地区也大幅降低门窗K值要求。因此，在保证合理舒适度的情况下，应最大可能地降低门窗的传热性能，减少能量流失，从而降低建筑能耗，节约能源。

对于节能门窗的材料选择，除了不断提升对玻璃的保温要求之外，占门窗面积30%及以上的窗框材料也尤为重要。UPVC 门窗作为一种重要的节能门窗，具有良好的保温性能，并且越来越多地得到业内的认可。窗框保温性能的主要影响因素包括两个方面：一是UPVC 型材的导热系数比较低，UPVC 是一种非金属高分子材料，材料本身是一种热的不良导体，其导热系数为0.17W/m·K[3]，而金属材料的导热系数远远高于UPVC。二是UPVC 型材具有多腔体保温结构，其采用的生产工艺，通过不同模具可实现多腔体保温结构，以及功能各异的增强结构、排水结构，满足门窗的各种五金安装以及水密性、气密性等独特的设计。相比金属型材的加工制作难度高很多，一般单根金属型材只能加工出2～3 个简单腔体，难以制作出多腔体和复杂的结构。此外，UPVC 型材做成空腔结构后，窗框型材比材料本身的保温性能再次有了优化。

2 良好的隔声降噪性能

为了提高室内环境的舒适度，满足人们对高品质生活的需求，除了保温门窗提供室内均衡的空气温度以外，室内应有一个良好的声环境，即要求门窗应有足够的隔离室外噪声传入室内的能力。UPVC 门窗具有很高的隔声性能，得益于材料本身的属性。

根据材料吸声原理，当声波遇到壁面或其他障碍物时，一部分声能被反射，一部分声能被壁面或障碍物吸收转化为热能而消耗，还有少部分声能透射到另一侧。吸声系数反映某种材料或结构的吸声能力大小。材料的吸声系数一般在0～1 之间，吸声系数越大，表明材料的吸声性能越好。通常平均吸声系数大于等于0.2 的材料，称为吸声材料。平均吸声系数大于0.5 的材料是理想的吸声材料。UPVC 材料在大部分频率下的吸声系数都大于0.2，尤其在2.2k～3.0kHz 的频率达到峰值。UPVC材料的吸声系数是铝合金等金属材料约20 倍。

UPVC 门窗型材凭借本身比较强的吸声特性，加上可以做成多层的空腔结构，噪声声波每经过一层腔壁都被发射和吸收一次，层层反射和吸收后，到达室内的噪声已经所剩无几。因此UPVC 门窗能很好地隔离室外噪声污染，隔声降噪效果好。

3 防止霉变和结露

门窗作为外围护结构中的保温薄弱环节，最容易在边框和角部形成传热的通道（俗称热桥或冷桥）。在秋冬气温较低的季节，这个部位的局部温度会低于其他结构温度，这个区域的空气温度也会随之降低，同时空气的相对湿度升高。当气温降到一定温度时，相对湿度就会增加到80%，此时霉菌开始大量繁殖，从而使空气中霉菌孢子的数量激增，导致空气质量下降，引发感冒、过敏等疾病。当温度继续降低，空气湿度会进一步增加，达到99%以上时，在冷桥部位开始形成冷凝水，俗称结露。结露会破坏墙体，导致墙体潮湿，进一步产生霉变。

对于日常空气质量，窗户的边框、玻璃以及周边墙体温度高于13℃左右，就可以避免霉变；当局部温度高于10℃左右时，就可以避免结露。对于节能保温门窗，通常整窗的传热系数都需要达到（1.0～2.0）W/m2·K。虽然整窗传热系数需要达到这个水平，但窗户的玻璃和框体的传热系数的均衡同样重要。如果框体材料的传热系数很高，采用传热系数更低的玻璃拉低整窗的传热系数，无法避免在窗框部位的局部热桥，从而导致霉变和结露的问题。UPVC 型材内部设计优化了温度分布，避免结露、发霉现象的发生[4]，有利于提高室内空气质量。

4 减少雾霾

近年来，雾霾天气频频出现，严重影响着人们的生活，而PM2.5 是形成雾霾天气的主要原因，也是雾霾重要指标之一。其主要来自日常发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物，大多含有重金属等有毒物质。长期以来，中国能源消费结构一直是以煤为主，在能源结构的比例中，煤炭的消耗比例占70%左右，远远超出世界平均水平的30%，我国煤炭消费量在2013 年就已经超过了世界其他国家用煤量的总和。

在我国北方地区，建筑采暖主要通过燃烧煤炭，而近75%的夏季空调用电通过火电站提供。为了降低社会总能耗、减少雾霾，在工业、交通、建筑全社会能源消耗的三大主体中，最有效又不用牺牲生产的，就是降低建筑能耗。门窗损失的能耗几乎占了建筑外围护结构能耗的1/2，UPVC 门窗优异的保温性能可以大幅减少建筑采暖和制冷能耗，从而减少煤炭的使用量。如门窗采用UPVC 节能保温门窗做节能改造，可以使老旧门窗的热损失降低50%以上，使建筑能耗降低25%左右，使社会总能耗约降低8%，大量减少煤炭燃烧产生的污染物，进而对雾霾的减少起到非常积极的作用。

5 生产过程绿色环保

UPVC 型材的生产过程比较绿色环保。首先，聚氯乙烯（PVC）是煤化工或者石油化工的副产品。PVC 生产时需要氯，而盐化工电解盐水时副产的液氯需要被消耗，所以PVC 和烧碱在国内很多大型氯碱企业中成了配套的联产产品。PVC 的生产是将污染大气的氯气废物利用变成了可供使用的产品。其次，UPVC 型材的生产能耗很低。据统计，每吨UPVC 型材的生产能耗是铝合金型材生产能耗的1/8 左右。UPVC 的生产过程零排放、零污染。整个生产过程不产生任何固体废弃物、废液和废气。所以UPVC 型材企业，在欧美发达国家是普遍存在的。

6 全生命周期循环再造

高品质的UPVC 门窗的使用寿命可长达50 年，而这些旧窗在拆除后，可以将所有材料回收再用。UPVC 门窗比其他门窗材料更加绿色环保，可回收，其各种材料都很容易分离出来，并接近100%的回收再利用。

根据不同应用，UPVC 可重复多达8 次，因为整个回收再造的过程不会显著降低UPVC 分子的链长。欧洲工业一直在努力推动UPVC 废料的收集和优化回收技术，最大限度地减少资源浪费和节约能源，同时提高新产品中回收利用的百分比。欧盟提出循环经济行动计划，塑料循环经济是其中很重要的组成部分，最大程度上支持循环可持续产品，保护环境和人类健康。目前欧盟有些国家已经建立了全自动UPVC 门窗回收工厂，所有旧UPVC 门窗、卷帘的组件在工厂里被自动分离并完全回收利用，然后所有的UPVC 材料再次回到UPVC 门窗型材中，形成真正的循环经济。由此可见，UPVC 门窗是真正的绿色环保材料，UPVC 原材料和型材的生产过程、使用过程以及使用后回收再造过程都体现了全生命周期的低碳、节能、环保、可回收循环。在欧美发达国家，UPVC 门窗在市场上的占有率远高于其他门窗材料。然而，虽然近几年我国UPVC 门窗行业得到了较快的发展，但是目前我国的UPVC 门窗使用比例还很低，远远低于欧美发达国家和日韩。随着人们在门窗的选材上越来越注重绿色环保，UPVC 门窗将会得到更大的推广应用。