居住建筑门窗节能提升措施

2021-12-05烟台市城市建设投资有限责任公司

门窗 2021年1期

刘洋烟台市城市建设投资有限责任公司

1 前言

“凿户牖以为室，当其无，有室之用。”“户牖”即是“门窗”，先贤用充满哲理的语句强调了门窗对建筑物功能的重要性。

建筑围护结构主要有外门窗，外墙，屋顶。其中，外墙、屋面保温，因构造相对简单，基于保温材料性能大幅提升，保温层增厚等有利条件，节能降耗效果明显。而外门窗被赋予了采光、通风、装饰、隔声、防火等越来越多的功能，外门窗成为建筑外保温节能中最薄弱环节，也是最不稳定环节。据不完全统计，外门窗的热能消耗约为墙体的4倍，屋顶的5倍，约占建筑围护部件总耗能的40%～50%。

在采暖或空调条件下，冬季单层玻璃窗热损失占热负荷的30%～50%。在夏季，透过单层玻璃窗的太阳辐射而消耗的冷却量约为空调负荷的20%～30%。因此，增强门窗的隔热性能，降低门窗的能耗，是改善室内热环境质量，提高建筑节能水平的重要环节。基于上述重要性，以下重点对居住建筑外门窗节能提升措施发表几点不成熟意见。

2 影响外门窗节能效果的主要因素分析

建筑外门窗因材料、构造方式等不同，节能效果差异较大，综合分析主要有以下几点。

2.1 门窗气密性

外门窗气密性是影响建筑物节能效果的最重要因素。针眼大的洞，碗口大的风。话俗理不俗，道出了门窗气密性的重要性。特别是在夏热冬冷的北方地区尤其明显。气密性受构造设计、加工安装精度、密封条类易损小辅料、自然风压等因素影响，质量不易控制。

2.2 门窗材料导热系数

外门窗材料导热性能，是影响外门窗保温性能的本质性因素，一经设计选定，及长期稳定的影响保温效果。特别是玻璃及金属类窗框材料，是影响外门窗保温的“原罪”。

2.3 外门窗窗墙比

而随着时代进步，人民对建筑物采光、通风的要求逐步提升，外门窗面积越来越大，窗墙比迅猛增大，给外墙保温客观带来了比重性不利影响。

3 外门窗节能改进措施分析

3.1 提升门窗气密性

3.1.1 优化门窗开启方式

据有关专家详细研究，成果如下：“采用压差法检测了典型的4 种不同材料、开启方式的建筑外窗气密性，这4 种窗户分别是塑钢平开窗、塑钢推拉窗、铝合金平开窗、铝合金推拉窗。通过统计近半年内39个项目124个检测单体的外窗气密性测量结果，分析外窗开启扇方式、窗框材料以及窗户所处环境对外窗气密性的影响，并得出结论，平开窗气密性明显好于推拉窗的气密性，而塑钢型材的窗户气密性略好于铝合金窗。”

鉴于以上成果，结合笔者多年实践经验，推拉窗的气密性比平开窗的气密性要低。居住类建筑选择窗户开启方式，建议按如下顺序：固定窗—内平开窗、外平开窗、推拉窗。

3.1.2 增强门窗刚度、稳定性

门窗框因型材自身刚度不足或者框体设计构造刚度不足，以及门窗框加工、安装质量差，造成的门窗框变形、翘曲，进而影响外门窗气密性现象，比较普遍。而且后期维修难度大。以隔热断桥铝合金门窗为例，增强其刚度、稳定性主要有三点。

首先，要提升铝合金型材的原材性能，既要优化型材构造设计，模拟跨度、风压等计算，有针对性的提升型材截面抵抗矩，减少挠度变形。又要提高型材生产工艺，推进浇筑成型铝型材，提高强度、刚度。

其次，要科学严谨的进行建筑设计及门窗深化设计。当今许多建筑设计师，多是仅出于建筑外立面效果考虑设计外门窗尺寸、分格，缺乏对门窗型材结构性能的研究，甩项给后期门窗厂进行专项深化设计，门窗厂设计能力有限，对门窗的结构计算不严谨，或为降低成本选用不匹配的型材，造成门窗刚度不足。鉴于此，要严把门窗专项深化设计及审核关，必须由具备相应能力与资质的机构，进行门窗深化设计以及设计审查。特别是门窗结构计算及审查，确保设计合规。要严控门窗框体尺寸，在相应规格型材的允许跨度范围内设计，避免超型材允许跨度门窗框。边角连接件采用铸铝卡扣固定件，增强转角连接的刚度。避免设计大面积玻璃，因果大风压力造成型材变形、玻璃受损。

再次，要提升铝合金门窗框的工厂加工质量以及施工现场的安装质量。这是个广泛性问题，既重点涉及门窗刚度问题，有广泛涉及门窗每个质量问题。因为文章讨论方向及篇幅所限因素，不做展开论述。

3.1.3 提升密封材料性能

以隔热断桥铝合金门窗为例，其密封材料按分为密封胶条、密封毛条和密封胶，分述如下。

首先，密封胶条在门窗使用中起着固定玻璃，缓冲振动和阻断水、气流通的作用，对铝合金门窗的密封作用起到重要的影响，优质的胶条能长期的使用而不会失去弹性。但是劣质的胶条在几个月内就会变硬，失去弹性，从而失去密封性能。而三元乙丙胶条、硅橡胶胶条分别以三元乙丙橡胶、硅橡胶作为主要原料，经过加工后，这两种胶条的耐老化性能优异。对于平开窗而言，多采用隐藏式铰链，铰链隐藏，窗户美观。但这种铰链部位的密封条是不易安装的，多在铰链处无密封条，影响气密性较严重。建议采用外置铰链，确保密封条无断档，且铰链可适当增加，提升开启扇稳定性及刚度。

其次，密封毛条要选硅化加片毛条。经过有机硅处理的毛条称为硅化毛条，具有一定的拒水能力，从而保证外窗遇水时，仍能保证密封能力，且寿命更长。硅化夹片毛条是毛条的升级版，通过在生产过程中将一聚丙烯胶片加到毛条中间，塑料薄片能有效阻挡气流通过竖毛，使毛条的密封性和抗水性得到成倍提高。

再次，密封胶会承受长时间的太阳光紫外线辐射，因此密封胶应选用具有良好耐候性能和位移能力的硅酮密封胶。好的密封胶产品外观细腻、均匀、无气泡、无凝胶。建筑门窗的安装使用，均需密封胶条来实现型材与玻璃之间、扇与框之间的闭合密封，密封胶要区分玻璃之间、玻璃与框体之间的结构弹性耐候胶，以及框体与洞口之间的密封耐候胶。使用中空玻璃时，建议使用双道密封和用聚硫中空玻璃胶，中空玻璃间隔条应采用连续弯角式结构，如果用四角插接式的，在接头处必须用丁基胶作密封处理。

3.1.4 优化门窗内腔气流组织

窗框与玻璃之间，窗框型材之间，窗框与洞口之间，均比有空隙，称之为“内空腔”。空气经过内空腔进行室内外空气交换。绝对的密闭式不存在的，因此组织疏导气流比封堵气流更有实践意义。本文所述“内空腔气流组织”，是基于国内外相应技术研发及实践，简而言之，自外至内，分为三部分：外层密封；中层内空腔；内层密封。

基本原理是：以冬季外寒内热环境条件为工作环境，外层密封采用相应密封条、密封胶，防止大部分室外空气进入内空腔。内密封层同理，密封层级更高，防止绝大部分室内空气进入内空腔。此时，内空腔内少量的室内热空气，与多量室外冷空气混合，热气上升，自然形成上升气流，在内空腔顶端外侧设置出风口（同时做好防雨水、防虫等措施），利用内空腔内部及与外侧气压差，模拟“烟囱”效应，将内空腔内空气循环排至室外，不进入室内，从而提升了窗气密性。

这种做法相应也能降低风噪。内空腔为相对开放的空间，室外气流在流经窗框间隙的时候，气孔能够分流大部分的气流，进入到进内空腔的气流会由于空间增大，使得气流的速度明显降低，低速的气流对空气的震动效果会明显降低。在空腔内设置有缓冲腔，在缓冲腔的内壁上设置有一层的纤维毛刷层，当气流接触到纤维毛的时候，会将气流的动能转化为纤维毛的机械能，消耗掉气流的动能，从而有效的消减气流产生的噪音。

3.2 降低门窗材料的导热性能

3.2.1 提升金属类门窗框材料的断桥隔热性能

金属类隔热断桥铝合金型材，隔热性能关键在于隔热条质量。断桥铝隔热条常见两种形式：美式注胶式（聚氨酯隔热胶与铝型材一体成型）与欧式穿条式（穿插尼龙玻璃纤维隔热条）。二者相比，前者隔热性能是后者的1.25 倍，且前者在强度、截面尺寸与形状、铝材使用率等方面明显优于后者。美式注胶式现在国际市场使用较多，国内市场受加工成本等因素影响，使用较少。呼吁推广铝型材标准化，降低铝型材浇注成型模具的成本，以便推广综合性能更好的注胶式隔热断桥铝型材。

3.2.2 提高塑钢类门窗占比

塑钢类门窗隔热性能明显优于铝合金断桥门窗，主要受限于抗风压性能、防火性能等方面，使用较少。建议改进塑钢型材性能的前提下，加大在低风压地区、非高层建筑中的使用占比，降低投资，提升综合性能。

3.2.3 提升玻璃热辐射隔离性能

现行常用节能玻璃主要有以下几种。

（1）热反射玻璃，这是对太阳光有反射作用的镀膜玻璃，其反射率可达20%～40%。它的表面镀有金属、非金属及其氧化物等各种反射阳光薄膜，从而达到阻挡太阳能进入室内的目的。夏季可节省室内空调的能源消耗。热反射玻璃的传热系数、辐射率则与普通玻璃差别不大。

（2）低辐射玻璃，又称为Low-E 玻璃，是一种对波长在4.5μm～25μm范围的远红外线有较高反射比的镀膜玻璃，它具有较低的辐射率。在冬季，它可以反射室内暖气辐射的红外热能，辐射率一般小于0.25，有效的保温和减少热量的外散。在夏季的时候也能够阻挡室内物体的二次辐射，其辐射率传热系数比较低。

（3）中空玻璃，是将两片或多片玻璃以有效支撑均匀隔开并对周边粘接密封，使玻璃层之间形成有干燥气体的空腔，其内部形成了一定厚度的被限制了流动的气体层。由于这些气体的导热系数大大小于玻璃材料的导热系数，因此具有较好的隔热能力。中空玻璃的特点是传热系数较低，与普通玻璃相比，其传热系数至少可降低40%是目前最实用的隔热玻璃。

（4）真空玻璃，其结构类似于中空玻璃，所不同的是真空玻璃空腔的气体非常稀薄，近乎真空其隔热原理就是利用真空构造隔绝了热传导，传热系数很低。根据有关资料数据，同种材料真空玻璃的传导系数至少比中空玻璃低15%。但目前生产成本较高，仅在一些特殊场合应用。

根据研究及实践反馈，建议外门窗玻璃使用三层中空玻璃，而且在北方应推广使用Low-E 型（低辐射）中空玻璃。在南方，以太阳辐射热为主的地区，应推广使用阳光镀膜玻璃。