浅析节能门窗在建筑节能中的应用
时间：2020-03-30 05:25:49 来源：千叶帆 本文已影响人
摘要：文章分析了镀膜玻璃、中空玻璃和带薄膜型热反射材料玻璃的热工特性，提出建筑节能设计中玻璃材料应用的基本原则以及节能设计措施，节能门窗、玻璃幕墙热工要求及未来展望。
关键词：建筑节能；热工特性；节能门窗；玻璃幕墙
建筑节能是近年来世界建筑发展的一个基本方向，也是当代建筑科学技术的一个新的生长点。抓住机遇，不失时机地推进建筑节能，是实现国家发展的第二步和第三步战略的基本目标。
一、建筑节能
建筑节能是指节约采暖供热、空调制冷、采光照明以及调节室内空气、湿度、改变居室环境质量的能源消耗，其中还包括利用太阳能、地热（水）能源的综合技术工程。
建筑门窗和建筑幕墙是建筑围护结构的组成部分，是建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位，是墙体失热损失的5～6倍。门窗和幕墙的节能约占建筑节能的40％左右，具有权其重要的地位。节能门窗将成为建筑门窗市场最受关注的产品。 因此本文就门窗节能的应用问题做了专门的分析。
（一）节能门窗
节能型建筑门窗就是指达到现行节能建筑设计标准的门窗。换句话说，就是门窗的保温隔热性能（传热系数）和空气渗透性能（气密性）两项物理性能指标达到（或高于）所在地区《民用建筑节能设计标准（采暖居部分）》（JGJ26—95）及其各省、市、区实施细则技术要求。节能门窗可以是单体的（单层窗）也可以是双体的（双层窗)，甚至在高纬度严寒地可能采用三层窗。
（二）玻璃幕墙
《公共建筑节能设计标准》的开始实施，这一标准对于公共建筑的节能提出了明确要求，包括外窗可开启面积不小于30%，玻璃幕墙最多只能占到墙面的70%等。这个规定实际上宣判了在城市建筑中盛极一时的玻璃幕墙的死刑。
玻璃幕墙缺点：（1）建筑耗能大；（2）引发城市光污染；（3）通风效果差；（4）保温性能差；（5）存在安全隐患，运行维护的费用高等等。其优点为：时髦风尚，视野开阔，通透性强。
二、热工分析
由于外窗在建筑中变化丰富，窗框材料、玻璃品种，有无遮阳等都会严重影响建筑热工性能，所以，没有进行相应的规范。根据窗墙比系数的不同，对窗体的要求分成不同的几类。所谓窗墙比，并非窗和墙的面积的比值，而是窗与其所在墙体的立面面积（不包括女儿墙）之比。规范在保证外窗自然采光的范围内鼓励窗的面积越小越好；双玻中空双腔充惰性气体40厚，铝合金断热型材，这种窗体构造的传热系数K＝1.5W/m2.k，而普通的单玻铝合金窗的传热系数K＝6.4W/m2.k，是墙的6倍。据统计，通过窗流失的热量占建筑能耗的46％，因此控制窗墙比是个有效的节能手段。
三、节能玻璃材料的选用
(一)几种节能玻璃材料特性
目前采用的几种节能玻璃材料主要有镀膜玻璃、中空玻璃和带薄膜型热反射材料玻璃。一般建筑门窗占建筑能耗40％以上，因此如何正确选用这几种材料具有重要意义。镀膜玻璃主要有太阳能热反射玻璃、低辐射玻璃和多功能镀膜玻璃。
1. 太阳能热反射玻璃。太阳能热反射玻璃又称阳光控制玻璃。其最大特点是利用镀膜能透过可见光而把起加热作用的远红外光反射到室外，同时玻璃材料吸收的太阳热能被镀膜所隔离，使热主要散发到室外一侧，尽可能地减少太阳的热作用，使室内热环境得到控制，同时减少眩光和色散，降低室内空调负荷和减少设备投资，从而达到节约空调费用的目的。
2. 低辐射玻璃和多功能镀膜玻璃。低辐射玻璃（1LE）、多功能镀膜玻璃（1MF）又称保温镀膜玻璃，这类材料具有最大的日光透射率和最小的反射系数，可让80％的可见光进入室内被物体所吸收，同时又能将90％以上的室内物体所辐射的长波保留在室内。ILE和IkF大大提高了能量的利用率，在寒冷地区能有选择地传输太阳能量，同时把大部分的热辐射反射进室内，因此，在采暖建筑中可起到保温和节能的作用。
3. 中空玻璃。中空玻璃是由2片（或3片）玻璃与空气层组合而成。有些中空玻璃空气间层为真空或充惰性气体，因此具有优良的保温隔热与隔声特性，在国外建筑中大量应用。
4. 薄膜型热反射材料贴膜玻璃。薄膜型热反射材料是一种新型功能复合材料，它不仅能反射较宽频带的红外线，还具有较高的可见光透射率，其光谱特性曲线见图40由于在透明的PET、PC薄膜上形成晶态组分和界面组分的金属膜，因而它具有高反射率、高透射率和选择性透光特性。
（二）建筑门窗和幕墙玻璃的节能设计
门窗往往是建筑围护结构中保温、隔热和节能的薄弱环节。提高建筑玻璃材料的热工性能，目的是控制窗或幕墙表面温度冬季过低、夏季过高，节省采暖或致冷能耗。从国内外玻璃材料围护结构的节能设计来看，通常主要采用以下几种方法：
（1）根据建筑的性质、使用功能以及建筑所处的气候环境条件来设计窗、幕墙，对建筑的窗墙比应有一定的控制，因为窗户面积率直接影响建筑的采光及采暖空调的能耗，一般窗墙比应控制在0.3左右。
（2）根据建筑日照设计原理，合理设计窗户挑檐或遮阳措施，减小玻璃面的日照面积，降低夏季空调能耗。
（3）在寒冷地区采用大面积玻璃门窗和幕墙时应采取保温措施，防止“热桥”产生，由于门窗和幕墙框大多为金属材料，金属和玻璃材料导热系数大，当室内外温差大时，应注意在门窗、幕墙框架格内加热绝缘材料进行保温，以防止结露、挂霜，以减少能耗。
（4）注意视觉和冷凝现象。当采用保温材料后，如防火材料或保温隔热材料接触热反射玻璃的背面，或在热反射玻璃背后使用颜色不均匀的衬热材料时，在某种光照状态下，可能会产生视觉“穿透”现象，看到后面的物体。
四、技术创新
门窗是建筑物热交换、热传导最活跃、最敏感的部位，是墙体失热损失的5～6倍，因此，建筑门窗行业必须实现技术创新，质量升级，综合配套，走产业化的发展道路。以满足更高的节能要求，重点开发和推广下列几项技术：
1．建筑门窗和建筑幕墙全周边高性能密封技术。降低空气渗透热损失，提高气密、水密、隔声、保温、隔热等主要物理性能。在密封材料和密封结构及室内换气构造上有较大突破。
2．高性能中空玻璃和经济型双玻及三玻系列产品工艺技术和产品性能上要有较大突破。重点解决热反射和低幅射中空玻璃、高性能安全中空玻璃以及经济型双玻的结露温度及耐冲击性能和安装技术，实现隔热与有效利用太阳能的科学结合。
3．铝合金专用型材及镀锌彩板专用异型材断热技术。重点解决断热材料国产化和耐火、防有害窒息气体安全问题，降低材料成本，扩大推广面。
4．门窗窗型及幕墙保温隔热技术。要以建筑节能技术为动力，对我国住宅窗型结构、开启形式和窗体构造进行技术改造和创新。改变单一的推拉窗型，发展平开,特别是复合内开窗及多功能窗。改善高密封窗的换气功能和安全性能,发展断热高效节能豪华型铝合金窗和豪华型多功能门类产品。
5．太阳能开发及利用技术。建筑门窗和建筑幕墙要改变消极保温隔热单一节能的技术观念。要把节能和合理利用太阳能、地下热(水)能、风能结合起来，开发节能和用能(利用太阳能、冷能、风能、地热能)相结合的门窗及幕墙产品。
五、结语
符合建筑节能的门窗，其门窗框的材质、玻璃材料及门窗构造做法等在实际应用中占有非常重要的位置。玻璃材料在建筑设计中具有重要的作用，除了满足建筑结构设计等要求外，在节能设计时还应满足节能围护结构功能要求。因此，要求建筑师能根据建筑的使用功能以及我国不同地区的气候特点，正确选用各种节能玻璃及门窗框材料，创造出新型建筑节能门窗的技术和设计方法。
参考文献
[1]居住建筑节能设计标准. DBJ 14-037-2006.
[2]建筑外窗抗风压性能分级及检测方法. GB7106-02.
[3]建筑外窗气密性能分级及检测方法. GB7107-02.
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