朱豪

摘 要：建筑节能是当代建筑业发展的趋势，也是政府持续推进节能减排的一项关键内容。节能门窗在隔热保温性能方面均优于普通门窗，但仍是建筑节能中比较薄弱的环节。本文阐述了门窗保温性能在建筑节能中的作用;影响门窗保温性能的途径、方式以及各影响因素的分析，并通过笔者的试验数据佐证各影响因素在保温性能分级中的重要程度。

关键词：空气渗透量;型材;断面设计;玻璃;窗框比

1 前言

本文依托笔者采集的各类门窗保温性能分级检测试验结果，及各类型门窗配置参数，简要分析影响门窗保温性能的各种因素，意在寻找提升门窗保温性能的最佳方向及手段，通过试验数据指导广大门窗生产厂家在可控成本下尽可能最大化地提升门窗保温性能，同时为门窗设计从业者提供实际检测试验数据，助力门窗设计行业的发展。

2 门窗保温对建筑节能的作用

门窗作为建筑外围护的重要组成部分，在建筑整体节能中占据着很大的比例，尤其是近年来在新型建筑外立面设计中，门窗与砖墙围护结构的比值越来越大，甚至有的住宅采用大面积的窗型设计来取代传统的砖墙围护结构，这给建筑节能带来了新的亮点，同时也带来了困扰，增大了门窗面积能否带来相应的保温效果。随着如今日益成熟的材料科技，广泛应用于节能门窗的研发制作，加之门窗结构相较于传统的砖墙围护结构所具有的独特优点（可啟闭性），使得节能门窗可更有效率的控制室内外温差，从而减少人为使用制冷制热设备的频率，达到降低建筑能耗的目的。

3 影响门窗保温性能的途径/方式

3.1 影响门窗保温性能的途径

门窗的保温性能由门窗与墙体直连部分的密封情况及窗体材料的传热系数共同决定。热量通过门窗传导主要通过两个途径：一是门窗材料的传热;二是门窗开启扇接缝处的空气渗漏。

3.2 影响门窗保温性能的方式

门窗主要构件的热损失，集中在受室内外冷热温差影响而导致的热量散失。而空气渗漏则出现在窗扇与窗框连接，窗扇与玻璃连接处。以上两种热损失途径均通过“传导、对流、辐射”三种热力学方式呈现。其中，传导热损失体现为结构型材+玻璃的热传导;辐射热损失体现在玻璃的投射系数上;对流热损失则以室内外气压不平衡或门窗开启缝过大造成的气流加速运动导致，空气渗透量越大，对流热损失就越严重，但是根据现行的GB/T 8484—2008《建筑外门窗保温性能分级及检测方法》中，建筑外门窗保温性能的检测及分级要求将窗体开启缝部分进行贴合密封进行性能检测，把窗体本身因对流形成的热损失进行了规避，只以窗体本身材料的热传导及外界热辐射作为影响保温性能的主要参考指标。

以上三种热损失多数时候是相互共同作用，综合构成门窗围护结构的热散失过程。

4 门窗保温性能的影响因素分析

门窗保温性能对建筑节能起着至关重要的作用，找出影响门窗保温性能的因素并加以控制或采取适当措施予以消除，从而使门窗保温性能得到显著提高，满足建筑节能的基本需要。

影响门窗保温性能的因素主要有：型材、玻璃、窗型设计、空气渗透等。

4.1 型材

可用于门窗结构的材料主要有：普通铝合金、断桥铝合金、PVC、木材、玻璃钢、钢、聚氨酯塑料等。这里主要展开介绍和分析前四类常见材料在门窗保温性能中的影响效果，各常用窗框材料导热系数如表1所示。

4.1.1 普通铝合金+断桥铝合金

两者本质上都是铝合金型材，后者在铝型材中部加入了导热系数很小的断热材料，从而阻断延缓了铝型材的传热，通常普通三腔铝型材传热系数在6.2W/（m2·K）左右，而加入了断桥材料的铝合金型材传热系数约为3.3W/（m2·K），保温性能提升了将近一倍。在门窗厚度截面不变的条件下，断桥材料的阻热性能越好，则铝型材的保温效果越好。另外，铝型材腔式设计、铝型材表面图层处理技术也会影响传热系数，通常型材腔式分割越多，传热系数越低;型材表面采用反射涂层也会降低传热系数，但这二者对于窗整体的保温性能变化来说，效果不是很大。

4.1.2 PVC塑料

PVC塑料与铝合金导热系数相差约1270倍，目前多采用的是三腔、四腔的PVC塑料结构，其传热系数约为1.9W/（m2·K），是普通三腔铝合金的1/3，是断桥铝合金的将近1/2，因此作为人工合成材料，其在门窗保温性能上的优势是非常突出的。

c） 实木

木质窗主要以松木为主材，其传热系数与PVC塑料相近，也是保温性能优异的天然材料，但是木材作为窗框材料的缺点也十分明显，一是木料以天然实木为主，价格昂贵，过度开采不易于环境保护;二是一旦发生火灾，木质结构易于燃烧，不利消防安全。

4.2 玻璃

不同类型的玻璃，传热系数的差别很大。现代建筑设计中，门窗玻璃占窗面积的比例基本上在55～75%，占比越来越大，因此选用低传热特性的玻璃对提升门窗保温性能效果尤为显著。影响玻璃传热的因素大致是以下5个：玻璃层数、空气层厚度、空气层填充介质、玻璃镀膜处理技术、中空层玻璃隔条材质选用。

4.2.1 玻璃层数

玻璃的导热系数为0.77W/（m·K），作为窗围护结构的透光部分，其热对流的影响几乎不存在，若单纯增加玻璃层数，根据GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》的规定，单一材料的热阻值按照下列公式计算：

R=δ/λ

其中：

R——材料层的热阻，（m2·K）/W;

δ——材料层的厚度，m;

λ——材料层的导热系数，W/（m·K）。

由此可见，当增加玻璃厚度时，热阻呈线性增加，但是传热系数的降低值对于玻璃整体而言比较小。

4.2.2 空气层厚度

空气的导热系数仅为0.028W/（m·K），由于静止空气具有隔热属性，因此中空玻璃在保温性能上较单层玻璃提升了将近一倍，关键就在于玻璃间密闭空气层的存在，而空气层的厚度又直接影响中空玻璃的保温性能。笔者试验数据统计，当空气层厚度<12mm以下时，热阻与玻璃间距几乎成正线性关系，玻璃间距在12～20mm时，热阻与间距则成正递升曲线关系，而当玻璃间距>20mm时，过大的间距导致空气层内空气对流的形成，其阻碍了空气层热阻的提升，此时相较于空气层的增厚，增加的热阻值就显得不那么经济了，因此，玻璃空气层厚的选择，应根据所设计需要的热阻以及框材选用的经济性共同决定。

4.2.3 空气层填充介质

空气层除了填充空气外，还可以填充物化性质稳定的惰性气体（氩气、氪气），以求达到更好的保温性能。笔者对近两年的试验数据进行统计分析得到以下结论：

同一窗型，空氣层为惰性气体，窗整体传热系数K值一般优于普通空气层0.1W/（m2·K）～0.15W/（m2·K）左右。

三玻两腔玻璃或是单块玻璃面积S>0.5m2的窗型，空气层填充惰性气体的，窗整体传热系数K值一般优于普通空气层0.2W/（m2·K）以上。

4.2.4 玻璃镀膜处理技术

在中空玻璃外片上镀上一层不可见的银质金属层，从而大幅度降低玻璃的辐射热传递。Low-E中空玻璃（5mm+12A+5mm）的传热系数约为1.7W/（m2·K）左右，而普通中空玻璃（5mm+12A+5mm）的传热系数为3.1W/（m2·K）左右，传热效果降低了45%，因此Low-E玻璃研究发展及应用也是未来门窗节能的发展趋势。

4.2.5 中空层玻璃隔条材质选用

目前市场上的中空玻璃隔条多采用的是铝隔条，组装后嵌与扇料内，容易与扇料型材形成热传导，在玻璃周长上形成较大面积的热散失从而产生诸如室内侧玻璃结露、结霜等现象，影响保温性能。

而采用暖边技术时利用橡胶间隔条，阻碍玻璃边缘向窗扇结构的传热过程，从而降低中空玻璃周长范围内的传热水平，减少结露、结霜现象的产生。

4.3 窗型设计

根据热力学公式：

Uw=（Ag×Ug+Af×Uf+Lg×ψg）/（Ag+Af）

其中：

Uw——整窗的传热系数，W/（m2·K）;

Ag——玻璃的投射面积，m2;

Ug——玻璃的传热系数，W/（m2·K）;

Af——窗框的投射面积，m2;

Uf——窗框的传热系数，W/（m2·K）;

Lg——玻璃的区域周长，m;

ψg——玻璃边界的线性传热系数，W/（m2·K）。

传热系数与玻璃的投射面积、窗框的投射面积以及玻璃的周长具有相关性，玻璃与型材的传热系数不同，将它们两个以不同面积比组合在一起必然影响到整窗的传热系数，同时在同一规格尺寸下，不同的窗型设计分割、不同的窗扇开启方式，会造成很大的传热系数波动区间，因此注重窗型设计也是降低传热系数，提高窗整体保温性能的重要手段。

4.4空气渗透

由于GB/T 8484—2008《建筑外门窗保温性能分级及检测方法》中，对于门窗保温性能分级的判定是以窗扇缝隙密封条件下进行的，因此使用检测的手段验证空气渗透对于窗整体保温性能的影响具有一定局限性。笔者结合日常保温检测工作，进行了如下试验：结论参见表2。

（选取试验对象为密封状态下，渗透量造成的传热损失可忽略不计的两组65系列断桥铝合金平开窗，中空玻璃配置为：Low-E玻璃，空气层5mm+12A+5mm。A：气密性指标6级，B：气密性指标4级）。

由此可见，空气渗透对于门窗保温性能的影响甚至大于前面各类因素。从检测工作出发，由于结构性原因，推拉窗在未密闭的状态下，保温性能不是很理想，想要真正提高门窗保温性能，必须从着手改进推拉窗的气密性能开始。

5 结语

影响门窗保温的因素有很多，主要的就是型材、玻璃、窗型设计、空气渗透等。

排在首位是空气渗透造成的热损失，但是在现行的检测标准下，由空气渗透造成的对流热损失往往被忽略了，在检测标准中亦被规避，这也导致了我们的门窗保温检测工作中存在着一定的不确定性与偏差，给门窗保温在现实中应用推广增加了阻力。

其次窗型设计从大的层面上决定了其传热系数的范围，因此这也是从业者需要关注的地方。

至于型材、玻璃的选用，更多的是在窗型设计预设好的传热系数范围内（已选定型材种类、玻璃类型），结合自身企业成本、设计等综合采用。

参考文献：

[1] 王波，孙文迁.气密性对建筑门窗保温性能的影响[J].新型建筑材料，2012（3）：88～90.

[2] GB/T 8484—2008.建筑外门窗保温性能分级及检测方法[S].

[3] GB 50176—2016.民用建筑热工设计规范[S].

[4] 蔡强.浅谈影响铝合金节能门窗保温性能的主要因素[A].上海铝业行业协会成立二十周年大会暨长三角铝业峰会论文集[C].上海：上海铝业行业协会，2010：150～155.

[5] 杨迪，秦达超.门窗保温隔热性能浅论[J].卷宗，2011（8）：60～61.