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寒冷地區住宅窗戶節能技術淺析

來源:中國幕墻網收集整理　作者:* 　日期:2009-12-15 　頁面功能【字體：大中小】【打印】【投稿】【評論】【啄木鳥】

摘要：窗戶節能是建筑節能中一個重要的組成部分，在實踐中已經形成了多種切實可行的節能措施。本文依據寒冷地區的地域及氣候特點，介紹了我國住宅建筑外窗的節能標準，節能窗市場的現狀、窗戶節能原理、節能技術和未來發展趨勢。

關鍵詞：寒冷地區窗戶節能標準節能技術

    建筑節能是建筑業技術進步的一個重要標志，是改善熱環境，節約能源資源的重要措施，也是我國改革發展實施可持續發展戰略的一個關鍵環節，所以建筑節能是國家節能工作的重中之重。窗戶作為房屋建筑的主要組成部位，基本功能要求滿足人們對采光、日照、通風、觀賞等，還應有良好的保溫、隔熱、隔聲性能以及有足夠的氣密性、水密性和抗風壓強度。目前，在我國寒冷地區的多層磚混結構（如四單元六層）住宅中能耗中：傳熱占72%。其中外墻:24%；窗戶:22%；樓梯間墻10%；屋頂8%；陽臺門:3%；戶門:3%；地面:2%。冷風滲透:28%。由以上數據可得：通過圍護結構的傳熱耗熱量占72%，通過門窗縫隙的空氣滲透量占28%。窗戶的傳熱量雖然占22%略低于外墻，但把通過窗戶的傳熱耗熱量與空氣滲透熱量相加，則約占全部耗熱的50%左右[1]。說明窗戶能耗在建筑節能中占有較大的比重，嚴重制約著建筑節能的發展。在我國目前建筑使用的窗戶80%甚至更多為非節能窗，如果將40%的非節能窗改造成節能窗，全國大約能節約煤炭1.56億t，折合人民幣249.6億元這是一個觸目驚心的數字。所以節能窗技術的研究與開發，具有很重要的現實意義。

　　1．窗戶節能性能的標準
　　窗戶節能性能的標準不同國家有不同的標識體系，如英國門窗等級認定委員會(BFRC)規定節能窗標識體系包括窗質材料、窗框設計、玻璃類型和窗戶的其他構件。美國國家門窗等級認定委員會（NFRC）現在使用的是空氣滲透率的測定及標識。我國現行行業標準《民用建筑節能設計標準(采暖居住建筑部分)》(JGJ 26—95)，《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》(JGJ 134—2001)，《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》(JGJ 75—2003)，以及國家標準《公共建筑節能設計標準》(GB 50189—2005)中，已對窗戶的熱工性能限值作了明確的規定。其目標為在1980年和1981年當地通用設計的基礎上節能50%。在此條件下，規定了不同地區其窗戶(含陽臺門上部)的傳熱系數限值。例如鄭州、西安等北方地區，窗戶的傳熱系數(K)不應超過4.70W/(m2•K)或4.0W/(m2•K)；取4.70W/(m2•K)或4.00W/(m2•K)除需與外墻傳熱系數結合考慮外，一般情況下，4.70W/(m2•K)對應于單層塑料窗；4.00W/(m2•K)對應于單框雙玻金屬窗。并在1～6層建筑中，窗戶的氣密性不應低于國家標準《建筑外窗空氣滲透性能分級及其檢測方法》(GB 7107—2002)規定的Ⅲ級(即3.0W•m-2•K-1＜KⅢ≤4.0W•m-2•K-1)，在7～30層建筑中，窗戶的氣密性不應低于Ⅱ級(即3.0W•m-2•K-1＜KⅡ≤4.0W•m-2•K-1）。

　　2．窗戶節能原理與技術分析
　　窗戶主要功能是日光、視覺與外界接觸、節能、通風和起火時逃生通道。影響窗戶節能的主要因素有透過窗戶的日光增加熱量(正)，透過窗戶的熱損(負)和透過窗戶的透風(負)，即包括傳熱(主要包括：熱輻射、對流和傳導)，太陽輻射和窗戶的氣密性。如果太陽輻射忽略不計，通過窗戶的熱流則由室內外的溫差造成，表現為冬天熱經由窗戶跑到室外，夏天熱透過窗戶進入室內。所以對任何窗戶來說，室內外溫差越大，則熱流越大。在節能技術運用上，主要措施是改善K值和改變抗冷凝能力。如國外窗主要采用低輻射玻璃、惰性氣體和暖邊，以及低傳熱系數的窗框材料。在住宅建筑采用的節能技術大概有以下幾個方面：
　　2.1 合理布置和安排窗墻比和窗戶朝向
　　合理確定窗墻面積比在建筑中的是很重要的。窗戶除了需要滿足房間的照明、通風等功能要求外，還作為圍護結構的一部分擔負保溫或隔熱的作用。然而，窗戶的熱阻較之墻體熱阻要小得多。在冬季采暖季節，由于窗玻璃所具有的透明性在太陽輻射作用下，使建筑能獲得一定的自然能源，并使圍護結構的耗熱量有所減少。因此應有一個合理的窗墻面積比，使得窗戶的各項功能得以充分發揮。《民用建筑節能設計標準》規定了窗戶的面積不宜過大，應為：北向；2O%；東西向：30%；南向：35%。同時為了能使陽光透過窗戶直接照射進來，最大程度地獲得能量，所以窗戶面向太陽的朝向也是采熱的重要因素。北方的冬季太陽高度角低，可以讓陽光從南面的窗戶進入室內；朝東向的窗戶，可以種植落葉樹木，使夏天減少陽光照射而允許冬天得熱。夏季北方太陽高度角升得很高，只有很少的陽光從南面射進來，但要防止西曬，可設置遮陽設施或進行綠化來減少太陽輻射。
　　2.2 提高窗戶縫隙的氣密性，減少冷風滲透量
　　在冬季采暖季節，由于風壓和熱壓的作用，室外冷空氣通過窗戶縫隙不斷進入室內，如窗戶密閉性不能達到規定要求，應加強氣密措施。空氣滲透量與窗戶的開啟方式、密封條設置、窗框構造、制作和安裝質量等因素都有關系。改善型材斷面形狀，使窗戶開啟縫隙寬度縮小，增加扇框搭接量可以取得氣密性能較好的效果。如鋁和塑料門窗由于型材是擠出成型，可以任意設置溝槽，用來鑲嵌玻璃和密封條，只要所采用的密封措施得當，采用的密封條的斷面合理、軟硬適度以及整窗的組裝質量符合標準要求，其氣密性容易達到二、三級，好的可達到一級。但冷風的滲透量也與窗型有關，對于開啟窗來說，大多數空氣滲透是在扇和框之間或兩個推拉扇之間發生，可以開啟的窗有很多種，其中空氣滲透最小的是上懸窗、平開窗和使用壓條的推拉窗。固定窗往往具有最低的空氣滲透率，但如果是結構裝備不良的固定窗，在中空玻璃與窗扇之間也會發生較大的空氣滲透。在窗戶安裝完成前，這些部位應該進行密封和絕熱處理[2]。
　　2.3 增加玻璃層數，選擇節能玻璃品種
　　玻璃約占窗面積的70%～90%，所以玻璃節能很關鍵。平板玻璃、鍍膜玻璃、中空玻璃、Low-E中空玻璃都有節能效果，但在不同情況下要求窗的功能不一樣，所以玻璃選用也應根據實際需要而定。
　　1）在寒冷地區最經濟的是采用單框雙玻璃，其傳熱系數可由單層玻璃的5.8W•m-2•K-1(玻璃厚度不同數值有差別)降至3.0w•m-2•K-1，改善熱工性能比較明顯。但如采用三玻或單扇安裝中空玻璃或惰性氣體的中空玻璃，可進一步提高窗戶的保溫性能。中空玻璃最主要的優點是隔熱、保溫，兼有防結露、隔音等性能。它能減少室內冷暖空氣對流，保持室內溫度均勻、環境舒適。
　　2）在玻璃品種選擇上，可選用具有節能與環保概念的低輻射(Low-E)玻璃[3]。這種玻璃具有傳熱系數低和反射遠紅外輻射的特點，它可將冬季室內暖氣、家用電器及人體發出的熱量反射回室內，并通過降低玻璃自身的熱傳導獲得極佳的保溫效果。從而有效降低采暖能耗。此外，北方地區合理設計窗戶可活動的窗戶挑檐或采用遮陽措施，減少玻璃的日照面積，也能起到降低空調能耗的作用。

　　3．我國窗戶節能技術的發展趨勢
　　近幾年，我國建筑規模迅速擴大，預計在21世紀頭20年內，建筑業仍將迅速發展，到2020年，全國房屋建筑面積將達686億m2，其中城市為261億m2。因此對研究開發、應用以及普及經濟型節能窗和中高檔節能窗有很好的發展前景。
　　盡管我國在建筑節能設計標準中已明確提出了對于窗戶性能指標的規定，但是在實際應用及操作時，還需要完善一些工作，如部分窗戶性能的測試需要有統一的方法和軟件、測試設備或裝置；要有授權的機構來操作并發放檢測證書；企業提供的窗戶產品應有性能標簽；性能標簽由哪個單位來組織、發放；國家是否對高質量、高能效的窗戶產品給于節能標簽等。所以，窗戶性能體系應包括：節能設計標準中的性能指標，產品的標識指標，以及節能認證指標[4]。這是保證實施建筑節能設計標準及推進建筑節能工作、推動節能窗技術進步十分重要的一環。也是將來一段時時間里我國節能窗技術提高與改善關鍵所在。

　　4．結語
　　總的來說，北方寒冷地區，對節能窗在技術上基本要求是保溫性能好，所以對窗戶傳熱系數要求較嚴。在采用節能技術時，應該注意各種節能技術的綜合運用帶來的節能效果不一定是累計的，同時使用的兩種技術所帶來的節能改善也不一定是二者之和。在某些情況下，有些技術相互排斥，有些使用一種技術不能同時使用另一種技術。所以更需要進一步提高節能窗技術的研制和開發水平，并在此基礎上積極向可利用自然能源方向發展，并利用各種輔助設備或裝置與建筑的其它系統連接起來，綜合、全面考慮尋求最佳的建筑節能方案，從而滿足節能要求。
　　參考文獻
　　[1]  郭利眾. 建筑節能途徑的探討. 內蒙古科技與經濟. 2000.3:73-74.
　　[2]  毛艷  劉加平.寒冷住宅地區窗戶節能技術 2006.36(1):11-13.
　　[3]  郝強.談窗戶節能措施.山西建筑 2003. 29(18):68-69.
　　[4]  郎四維.窗戶性能指標體系與建筑節能.建筑節能 2006 43.

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