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寒冷地区住宅窗户节能技术浅析

来源:中国幕墙网收集整理 　作者:* 　日期:2009-12-15 　页面功能【字体：大 中 小】【打印】【投稿】【评论】【啄木鸟】
摘  要：窗户节能是建筑节能中一个重要的组成部分，在实践中已经形成了多种切实可行的节能措施。本文依据寒冷地区的地域及气候特点，介绍了我国住宅建筑外窗的节能标准，节能窗市场的现状、窗户节能原理、节能技术和未来发展趋势。

关键词：寒冷地区  窗户  节能标准  节能技术
    建筑节能是建筑业技术进步的一个重要标志，是改善热环境，节约能源资源的重要措施，也是我国改革发展实施可持续发展战略的一个关键环节，所以建筑节能是国家节能工作的重中之重。窗户作为房屋建筑的主要组成部位，基本功能要求满足人们对采光、日照、通风、观赏等，还应有良好的保温、隔热、隔声性能以及有足够的气密性、水密性和抗风压强度。目前，在我国寒冷地区的多层砖混结构（如四单元六层）住宅中能耗中：传热占72%。其中外墙:24%；窗户:22%；楼梯间墙10%；屋顶8%；阳台门:3%；户门:3%；地面:2%。冷风渗透:28%。由以上数据可得：通过围护结构的传热耗热量占72%，通过门窗缝隙的空气渗透量占28%。窗户的传热量虽然占22%略低于外墙，但把通过窗户的传热耗热量与空气渗透热量相加，则约占全部耗热的50%左右[1]。说明窗户能耗在建筑节能中占有较大的比重，严重制约着建筑节能的发展。在我国目前建筑使用的窗户80%甚至更多为非节能窗，如果将40%的非节能窗改造成节能窗，全国大约能节约煤炭1.56亿t，折合人民币249.6亿元这是一个触目惊心的数字。所以节能窗技术的研究与开发，具有很重要的现实意义。

　　1．窗户节能性能的标准
　　窗户节能性能的标准不同国家有不同的标识体系，如英国门窗等级认定委员会(BFRC)规定节能窗标识体系包括窗质材料、窗框设计、玻璃类型和窗户的其他构件。美国国家门窗等级认定委员会（NFRC）现在使用的是空气渗透率的测定及标识。我国现行行业标准《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》(JGJ 26—95)，《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ 134—2001)，《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》(JGJ 75—2003)，以及国家标准《公共建筑节能设计标准》(GB 50189—2005)中，已对窗户的热工性能限值作了明确的规定。其目标为在1980年和1981年当地通用设计的基础上节能50%。在此条件下，规定了不同地区其窗户(含阳台门上部)的传热系数限值。例如郑州、西安等北方地区，窗户的传热系数(K)不应超过4.70W/(m2•K)或4.0W/(m2•K)；取4.70W/(m2•K)或4.00W/(m2•K)除需与外墙传热系数结合考虑外，一般情况下，4.70W/(m2•K)对应于单层塑料窗；4.00W/(m2•K)对应于单框双玻金属窗。并在1～6层建筑中，窗户的气密性不应低于国家标准《建筑外窗空气渗透性能分级及其检测方法》(GB 7107—2002)规定的Ⅲ级(即3.0W•m-2•K-1＜KⅢ≤4.0W•m-2•K-1)，在7～30层建筑中，窗户的气密性不应低于Ⅱ级(即3.0W•m-2•K-1＜KⅡ≤4.0W•m-2•K-1）。

　　2．窗户节能原理与技术分析
　　窗户主要功能是日光、视觉与外界接触、节能、通风和起火时逃生通道。影响窗户节能的主要因素有透过窗户的日光增加热量(正)，透过窗户的热损(负)和透过窗户的透风(负)，即包括传热(主要包括：热辐射、对流和传导)，太阳辐射和窗户的气密性。如果太阳辐射忽略不计，通过窗户的热流则由室内外的温差造成，表现为冬天热经由窗户跑到室外，夏天热透过窗户进入室内。所以对任何窗户来说，室内外温差越大，则热流越大。在节能技术运用上，主要措施是改善K值和改变抗冷凝能力。如国外窗主要采用低辐射玻璃、惰性气体和暖边，以及低传热系数的窗框材料。在住宅建筑采用的节能技术大概有以下几个方面：
　　2.1 合理布置和安排窗墙比和窗户朝向
　　合理确定窗墙面积比在建筑中的是很重要的。窗户除了需要满足房间的照明、通风等功能要求外，还作为围护结构的一部分担负保温或隔热的作用。然而，窗户的热阻较之墙体热阻要小得多。在冬季采暖季节，由于窗玻璃所具有的透明性在太阳辐射作用下，使建筑能获得一定的自然能源，并使围护结构的耗热量有所减少。因此应有一个合理的窗墙面积比，使得窗户的各项功能得以充分发挥。《民用建筑节能设计标准》规定了窗户的面积不宜过大，应为：北向；2O%；东西向：30%；南向：35%。同时为了能使阳光透过窗户直接照射进来，最大程度地获得能量，所以窗户面向太阳的朝向也是采热的重要因素。北方的冬季太阳高度角低，可以让阳光从南面的窗户进入室内；朝东向的窗户，可以种植落叶树木，使夏天减少阳光照射而允许冬天得热。夏季北方太阳高度角升得很高，只有很少的阳光从南面射进来，但要防止西晒，可设置遮阳设施或进行绿化来减少太阳辐射。
　　2.2 提高窗户缝隙的气密性，减少冷风渗透量
　　在冬季采暖季节，由于风压和热压的作用，室外冷空气通过窗户缝隙不断进入室内，如窗户密闭性不能达到规定要求，应加强气密措施。空气渗透量与窗户的开启方式、密封条设置、窗框构造、制作和安装质量等因素都有关系。改善型材断面形状，使窗户开启缝隙宽度缩小，增加扇框搭接量可以取得气密性能较好的效果。如铝和塑料门窗由于型材是挤出成型，可以任意设置沟槽，用来镶嵌玻璃和密封条，只要所采用的密封措施得当，采用的密封条的断面合理、软硬适度以及整窗的组装质量符合标准要求，其气密性容易达到二、三级，好的可达到一级。但冷风的渗透量也与窗型有关，对于开启窗来说，大多数空气渗透是在扇和框之间或两个推拉扇之间发生，可以开启的窗有很多种，其中空气渗透最小的是上悬窗、平开窗和使用压条的推拉窗。固定窗往往具有最低的空气渗透率，但如果是结构装备不良的固定窗，在中空玻璃与窗扇之间也会发生较大的空气渗透。在窗户安装完成前，这些部位应该进行密封和绝热处理[2]。
　　2.3 增加玻璃层数，选择节能玻璃品种
　　玻璃约占窗面积的70%～90%，所以玻璃节能很关键。平板玻璃、镀膜玻璃、中空玻璃、Low-E中空玻璃都有节能效果，但在不同情况下要求窗的功能不一样，所以玻璃选用也应根据实际需要而定。
　　1）在寒冷地区最经济的是采用单框双玻璃，其传热系数可由单层玻璃的5.8W•m-2•K-1(玻璃厚度不同数值有差别)降至3.0w•m-2•K-1，改善热工性能比较明显。但如采用三玻或单扇安装中空玻璃或惰性气体的中空玻璃，可进一步提高窗户的保温性能。中空玻璃最主要的优点是隔热、保温，兼有防结露、隔音等性能。它能减少室内冷暖空气对流，保持室内温度均匀、环境舒适。
　　2）在玻璃品种选择上，可选用具有节能与环保概念的低辐射(Low-E)玻璃[3]。这种玻璃具有传热系数低和反射远红外辐射的特点，它可将冬季室内暖气、家用电器及人体发出的热量反射回室内，并通过降低玻璃自身的热传导获得极佳的保温效果。从而有效降低采暖能耗。此外，北方地区合理设计窗户可活动的窗户挑檐或采用遮阳措施，减少玻璃的日照面积，也能起到降低空调能耗的作用。

　　3．我国窗户节能技术的发展趋势
　　近几年，我国建筑规模迅速扩大，预计在21世纪头20年内，建筑业仍将迅速发展，到2020年，全国房屋建筑面积将达686亿m2，其中城市为261亿m2。因此对研究开发、应用以及普及经济型节能窗和中高档节能窗有很好的发展前景。
　　尽管我国在建筑节能设计标准中已明确提出了对于窗户性能指标的规定，但是在实际应用及操作时，还需要完善一些工作，如部分窗户性能的测试需要有统一的方法和软件、测试设备或装置；要有授权的机构来操作并发放检测证书；企业提供的窗户产品应有性能标签；性能标签由哪个单位来组织、发放；国家是否对高质量、高能效的窗户产品给于节能标签等。所以，窗户性能体系应包括：节能设计标准中的性能指标，产品的标识指标，以及节能认证指标[4]。这是保证实施建筑节能设计标准及推进建筑节能工作、推动节能窗技术进步十分重要的一环。也是将来一段时时间里我国节能窗技术提高与改善关键所在。

　　4．结 语
　　总的来说，北方寒冷地区，对节能窗在技术上基本要求是保温性能好，所以对窗户传热系数要求较严。在采用节能技术时，应该注意各种节能技术的综合运用带来的节能效果不一定是累计的，同时使用的两种技术所带来的节能改善也不一定是二者之和。在某些情况下，有些技术相互排斥，有些使用一种技术不能同时使用另一种技术。所以更需要进一步提高节能窗技术的研制和开发水平，并在此基础上积极向可利用自然能源方向发展，并利用各种辅助设备或装置与建筑的其它系统连接起来，综合、全面考虑寻求最佳的建筑节能方案，从而满足节能要求。
　　参考文献
　　[1]  郭利众. 建筑节能途径的探讨. 内蒙古科技与经济. 2000.3:73-74.
　　[2]  毛艳  刘加平.寒冷住宅地区窗户节能技术 2006.36(1):11-13.
　　[3]  郝强.谈窗户节能措施.山西建筑 2003. 29(18):68-69.
　　[4]  郎四维.窗户性能指标体系与建筑节能.建筑节能 2006 43.

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