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浅析提高建筑门窗保温性能的意义及途径

2010年第3期(总第136期)
周利虹1 ,王蕾2(1.洛阳市质量技术监督检验测试中心,河南 洛阳 471003 ;2.洛阳市建设工程造价管理处,河南 洛阳 471000)
 
  【摘 要】 建筑门窗是建筑外围护结构保温性能最薄弱的部位,提高门窗保温性能是降低建筑物长期使用能耗的重要途径。随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,节能减排工作的深入开展,对建筑门窗的质量使用功能和装饰效果要求会更高,研究开发新型节能门窗是今后的主攻方向,而新型门窗又以保温为主导。要提高建筑门窗保温性能,首先应弄清楚影响它的主要因素,有针对性地加以解决,才能收到较好的效果。
  【关键字】 建筑门窗;保温性能;影响因素;节能减排
 
  在目前的市场状况下,房地产市场已逐步进入了“买方市场”,重新考虑市场需求问题已经摆在每个开发商面前。而随着我国建筑节能标准相继出台,节能门窗越来越受到市场的青睐。事实上,北京、南京、上海、广州等城市,已经有多个节能建筑的成功范例得到了消费者的热烈追捧。看来,顺应建筑节能大潮,实现节能建筑的社会和经济效益双赢,为中国的可持续发展做出贡献,正在得到各地房地产开发商的积极响应。
  据分析,我国目前处于建设的鼎盛是期,每年建成的房屋面积接近20亿平方米,超过所有发达国家年建成建筑面积的总和,但不可忽视的是有97%以上的建筑是高耗能建筑。如果以此推算,预计到2020年,全国高耗能建筑面积将达700亿平方米。因此,如果现在不注重建筑节能设计,将直接加剧我国的能源危机。目前在我国400多亿平方米既有建筑中,90%以上属于高耗能建筑。而在高能耗建筑中,而在建筑物中,门窗、墙体、屋面、地面为建筑能耗的四大部位,门窗排列首位,约占50%左右。在开发新型结构门窗时首先是要适应建筑节能的要求。正如业内人士分析,建筑节能的关键是门窗节能。要提高建筑门窗保温性能,首先应弄清楚影响它的主要因素,有针对性地加以解决,才能收到较好的效果。下面谈几点有关门窗保温节能的方法和途径。
 
1 框型材材性和断面形式设计
  我们知道型材材性和断面形式是影响门窗保温性能的重要因素之一。框是门窗的支撑体系,由金属型材、非金属型材和复合型材加工而成。金属与非金属的热工特性差别很大,与型材传热能力密切相关的材料导热系数λ(W/m·K),铝为203,钢为58,PVC塑料为0.14,木材为0.20-0.28,玻璃钢为0.4-0.5。导热系数愈大传热能力愈强。
  从保温角度,型材断面最好设计为多腔型材,腔壁垂直于热流方向分布。因为型材内的多道腔壁对通过的热流起到多重阻隔作用,腔内传热(对流、辐射和导热)相应被削弱。特别是辐射传热强度随腔数量增加而成倍减少。但对于金属型材(如铝型材),虽然也是多腔,保温性能的提高并不理想,其原因是铝材导热性能太好,通过腔壁传导的热量远远大于腔内空气的导热、对流和壁面辐射传热量之和。为了减少金属框的传热,可用非金属材料作断热对金属型材作断热处理,或者将带腔的金属和非金属型材复合构成复合型材。这里需要指出的是断热桥应有足够长度(指金属断开的距离),才能保证热桥有足够大的热阻R(m·K/W)。对于复合型材,非金属型材应有足够厚度,才能保证它有足够大的热阻R,否则金属断热型材和复合型材传热能力降低效果不明显。我国目前采用的铝合金断热桥长度一般为5毫米,长度偏小是导致铝合金断热窗保温性能不理想的原因之一(断热桥一般不宜小于15毫米)。铝合金断热窗保温性能不理想的另一个原因是断热不彻底。对于平开窗,主要是使用的五金配件与铝合金断热型材不配套。平开窗装上五金件后,被断热桥断开的铝型材又被里外联通,导致断热型材传热能加强。作平开窗时,应解决五金件及安装上存在的问题。
2 玻璃质量的提高途径
  玻璃是非金属材料,虽然它的导热系数λ仅为0.8-1.0W/m·K,远远低于金属,但由于窗玻厚度一般为3~6毫米,自身热阻R非常小,几乎可以忽略不计。对于玻璃面积占65%-75%的窗户传热量十分可观。因此,提高窗玻质量是改善窗户保温性能的重要途径之一。
2.1  改变玻璃结构
  窗户玻璃由单玻变成双玻(或中空玻璃)和三玻(或两玻加膜),玻璃保温性能会明显提高。玻璃保温性能的提高并不是玻璃厚度增加的缘故,而是两玻或三玻之间形成的密闭空气层具有良好的保温性能。密闭的空气层具有一定的热阻R(m·K/W),它随空气层厚度改变而变化。
2.2  玻璃镀膜
  玻璃镀低辐射膜可以大大降低玻璃之间的辐射传热。
  实验证明,中空玻璃辐射膜(其中一块玻璃镀膜)后,中空玻璃的热工性能明显改善。传热系数K(W/m·K)由普通中空玻璃的3.0-3.1降为1.7-2.3;在热箱、冷箱温度分别为18℃和-20℃左右试验条件下,里层玻璃内表面温度由4℃左右上升为9℃左右。用空气层厚度为12毫米的低辐射中空玻璃做成铝合金断热窗和PVC塑料窗(单块玻璃镀膜),传热系数K分别降到2.2-2.6 W/m·K,和1.72-2.0 W/m·K,基本上能满足我国北方严寒地区保温要求。
  对于南方地区,如果在中空玻璃的外层玻璃镀热反辐射膜,内层玻璃镀低辐射膜,不但将照射在玻璃上的太阳辐射热的85%~90%被反射回去,而且中空玻璃的传热能力明显降低,对降低夏季建筑物内的空调负荷有重要作用。
2.3  中空玻璃铝隔条对传热的影响
  中空玻璃铝隔条是良导体,使中空玻璃周边传热强度远远大于中部,在铝隔条处内层玻璃内表面温度明显低于中部,在严寒的冬季常出现结霜,宽度为15毫米左右。
  中空玻璃铝隔条长度L(米)与中空玻璃面积S(平方米)之比P愈大,铝隔条传热所占比重愈大。实验证明,面积大于1平方米,空气层厚度为9毫米的中空玻璃传热系数K为3.0-3.1(W/m·K),而面积小于0.2平方米的中空玻璃,K值大于3.5(W/m·K)。所以为了提高中空玻璃的保温性能,宜选用P值较小的中空玻璃。另外,中空玻璃安装时铝隔条尽可能埋在框的沟槽中,使铝隔条处的内外玻璃表面不直接暴露在空气中,减少甚至可能消除铝隔条处内层玻璃表面结霜问题。
 
3 窗框比的设计合理
  窗框比是窗框表面与窗面积之比。它与窗立面设计、窗框表面面积和窗面积有关。一般为25%-35%,有的超过40%。窗框的感热面和放热面是随窗框比变化而改变。对于框断面尺寸较大的金属型材,感面和放热面的增加对窗保温性能会带来不利影响。在满足其他使用功能前提下,窗立面不宜分割太碎,不宜采用大断面的金属型材作小面积窗户。
  当前,我国门窗的保温性能总体水平与国外有较大差距,北欧和北美国家窗户传热系数K值一般都小于2.0(W/m·K),多数小于2.0(W/m·K),有的达到1.0-1.2(W/m·K)。虽然我国在节能门窗的研究开发和技术引进方面作了大量工作,总体上说门窗保温性能有较大提高,基本上能满足我国当前建筑节能的需要。但与先进国家相比,仍有较大差距我国是能耗大国,随着国民经济的发展,能耗的增量和增速愈来愈快,节能势在必行,节能工作已是我国的重要产业政策。刚刚在哥本哈根结束的世界气候大会上的吵闹声虽然没有最终换来一份让各方都满意的、有法律约束力的减排协议。但理性的人们在解决气候灾害问题大方向上还是没有含糊,“减排”一词历史性地一致被赋予政治内涵,成为世界各国治国安邦的基本国策之一。据有关部门透露,我国“九五”计划和2010年发展规划中对建筑节能提出了新标准,要求实施建筑节能50%的目标。在开发新型结构门窗时首先是要适应建筑节能的要求。而保温门窗基本满足了在建工程的需要,保温、隔热、隔音性能好,且防结露,节能50%左右,是绿色真正的环保产品,也是我们研究和开发新型节能门窗的主攻方向。
 
参考文献
[1]中国建筑业协会建筑节能专业委员会.建筑节能技术[M].北京:中国计划出版社,2004.
[2]王宪法.住宅建筑节能措施[J].住宅科技,2006,(4):123-142.
[3]C.B.史密斯,殷元章.节能技术[M].北京:机械工业出版社,1987.
[4]施加军.建筑节能应解决的几个问题[J].中华建设,2006,(1):33-35.
 
周利虹(1977-),河南汝洲人,助理工程师,研究方向:门窗检测。
   
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