严寒地区的门窗系统与建筑节能

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　　1 引言

　　随着科学技术的迅速发展，建筑节能已成为可能，并且随着我国供热分户计量的逐步实施，房屋使用过程中的能源消耗势必由用户承担，节约能源、节约支出将成为广大居民的自觉要求，建筑节能已成为共同关注的焦点。《“十二五”节能建筑专项规划》中提出，到2015年，城镇新建建筑执行不低于65%的建筑节能标准，城镇新建建筑95%达到建筑节能。

　　2 建筑的热量损失

　　我国地域辽阔, 热工气候区被划分为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区。严寒地区，建筑必须充分满足冬季保温要求，一般不考虑夏季防热。对于严寒地区建筑的总得热包括采暖设备（词条“设备”由行业大百科提供）供热、太阳辐射得热和建筑物内部得热(包括炊事、照明、家电和人体散热)。这些热量通过围护结构的传热和通过门窗缝隙的空气向外渗透热损失向外散失。建筑物的总失热包括围护结构的传热热损失和通过门窗缝隙的空气渗透热损失，其中,围护结构的传热热损失约占70%～80%，门窗缝隙的空气渗透热损失约占20%～30%。

　　通过表1可以看出，门窗的传热系数（词条“传热系数”由行业大百科提供）远大于其他围护部分的几倍，我国寒冷地区的住宅，在一个采暖周期内通过窗与阳台门的传热和冷风渗透所引起的热损失，占房屋能耗的45%～48%。因此，严寒地区门窗节能是建筑节能的重点，建筑门窗节能就是尽量减少室内外空气通过门窗这个介质进行热量传递。

　　3 门窗的节能措施

　　3. 1 合理选择窗的朝向

　　严寒地区南向开窗在冬季照射的太阳辐射热量最大,而夏季辐射热量略小;在夏季东西向的辐射热量大于南向，因此采用南向窗可以得到“冬暖夏凉的效果”，因此为满足建筑物的采光通风要求而设置窗时,尽量多设置南向窗户,并从单层窗、双层窗、3 层窗中选择合适层数，采取有效措施减少热耗;而对其他朝向的窗户,应在满足居室采光环境质量要求的条件下尽量少设置。

　　3. 2 控制窗洞口面积

　　窗在建筑物中主要起采光、日照、通风、围护的作用。在建筑设计时需要根据建筑物的不同采光要求、使用特点、结构类型等因素确定窗洞口的面积。现在很多建筑设计中，为了追求房间内的明亮，窗洞口的面积比普遍偏大。但是在建筑物的结构中，窗户(包括阳台门的透明部分)的保温隔热性能比外墙差很多，而且窗和墙连接的周边又是冷风渗透的主要部位，这就造成了建筑物内部的采暖能耗向外散失大的问题。因此，从降低建筑能耗和提高室内热舒适的角度出发，应限制窗墙面积比。我国《民用建筑热工设计规范》(GB50176—93)中规定：采暖建筑中，当外墙热阻低于规定的最小传热阻时，居住建筑各朝向的窗墙面积比，北向不应大于0.20;东西向不大于0.25(单层窗)或0.30(双层窗);南向不大于0.35。在建筑设计过程中必须满足规范规定以减少能耗。

　　3. 3 选择适当开启方式的窗

　　窗按开启方式可以分为平开窗、推拉窗（词条“推拉窗”由行业大百科提供）、悬窗、转窗、固定窗等。目前,我国建筑物中用的比较广泛的是平开窗、推拉窗。平开窗具有其构造简单，制作、安装、维修、开启都很方便，并且通风面积大的特点。平开窗分内开、外开两种。平开窗在关闭锁紧状态，橡胶密封条在框扇密封槽内被压紧并产生弹性变形，形成一个完整密封体系，隔热、保温、密封、隔音性能较好。适用于寒冷、炎热地区建筑或对密封、保温有特殊要求的建筑。

　　推拉窗具有不占据室内空间的优点，外观美丽、价格经济、密封性较好，开启方便，采光性能好。窗扇的受力状态好、不易损坏，但通气面积受一定限制。但无论采用哪种材料制作推拉窗，窗扇与窗框间不可避免存有一定的间隙，室内外冷热空气对流造成较大热损失。为提高推拉窗隔热性能，设计生产人员安装和改进了密封毛条，但随着时间的延长，在使用过程中，密封毛条表面磨损，空气对流逐步加大，节能效果不断降低。但总体来说仍然无法达到平开窗的热工性能，能耗较高，所以在先进国家很少采用这种窗。

　　3. 4 优选新型门窗框材料门窗

　　目前，工程中普遍使用的门窗为铝合金门窗（词条“铝合金门窗”由行业大百科提供）和塑钢门窗。铝合金型材由于导热系数大，大大增加了门窗整体的传热系数，使得其保温隔热性能较差，且极易结露，这些都促使了铝合金门窗的改进。解决铝合金门窗导热问题的最为常见的方法是设置隔热断。断桥铝门窗又叫铝塑复合门窗，其原理是利用塑料型材(隔热性高于铝型材（词条“铝型材”由行业大百科提供）1250倍)将室内外2 层铝合金既隔开又紧密连接成一个整体，构成一种新的隔热型铝型材（词条“型材”由行业大百科提供），用这种型材做门窗，彻底解决了铝合金传导散热快、不符合节能要求的致命问题，同时采取一些新的结构配合形式，彻底解决了“铝合金推拉窗密封不严”的老大难问题。

　　玻璃钢门窗是以不饱和聚酯树脂作为基体材料，采用中碱玻璃纤维无捻粗纱及其织物作为增强材料（词条“增强材料”由行业大百科提供），并添加其他矿物材料，通过加热（词条“加热”由行业大百科提供）固化，拉挤生产出不同截面形式的空腹型材，然后加工制成的门窗。玻璃（词条“玻璃”由行业大百科提供）钢型材导热系数为0.39W/(m·K)，只有金属的1/1000~1/100,是优良的绝缘材料（词条“绝缘材料”由行业大百科提供）。而且玻璃型钢为空腹结构，所有的缝隙均有胶条、毛条密封，隔热保温效果显著。玻璃钢窗还具有轻质高强、隔音效果好、耐温性好、尺寸稳定、耐腐蚀耐老化、使用寿命长等优势。

　　除此之外，目前保温较好的型材还有多腔塑料型材、铝木复合型材、铝塑复合型材等。用这些型材组成的窗，最低传热系数可达到1.5W/(m2·K)，甚至更好。

　　综合说来，外墙自保温的前景无疑是光明的。通过不断完善材料的结构性能，同时开发性能更优良的保温材料，使自保温体系真正做到节能环保，不断完善自保温体系。

　　3. 5 选择利于节能的玻璃

　　在严寒地区，希望在白天使室外的短波热能更多地辐射到室内,在夜间避免或减少室内的长波热能向外辐射,增强室内的温室效应，中空玻璃可以达到这样的要求。这些玻璃有普通中空玻璃、Low-E中空玻璃、多层Low-E中空玻璃，甚至是充惰性气体的中空玻璃、真空玻璃等。研究表明，采用双层玻璃窗时，其空气间层的厚度应≥40mm，空气间层隔热作用才能更好地体现。而普通玻璃几乎没有任何的隔热保温性能，在严寒地区不宜直接单层用于住宅中。

　　3. 6 提高门窗的密闭性

　　首先，合理减少可开启窗扇的面积，再满足夏季通风的条件下，扩大固定窗扇的面积。其次，采取密封和密闭措施。在门窗的四边与墙体之间的空隙，通常使用聚氨酯发泡体进行填充，还可使用硅胶、三元乙丙胶（词条“三元乙丙胶”由行业大百科提供）条等。框与扇间可用橡胶条、泡沫密闭条以及高低缝、回风槽等。扇与扇间可用橡胶条、高低缝及缝外压条（词条“压条”由行业大百科提供）等。窗扇与玻璃之间的密封可用密封膏、弹性压条等。

　　3. 7 门窗施工中保证节能效果

　　门窗安装过程中，造成质量缺陷也会影响到门窗的保温，进而影响到整个建筑物的节能。在门窗采购过程中，应选择有性能标识的门窗材料、检查材料质量检测报告、选择合适的门窗配套件。施工过程中应注意门窗洞口进行防水（词条“防水”由行业大百科提供）处理，门窗安装洞口应该用防水砂浆修整并且预留混凝土埋块;塞缝时注意发泡剂的密封质量;保证门窗周围防水涂料的粉刷质量。

　　4 结语

　　门窗在整个建筑节能中所处地位不容忽视, 而且随着人们对居所美观性和通透性追求的提升，大开度、落地式门窗应用越来越广泛，这进一步增加了门窗散热所占比例，提升了对门窗隔热性能要求。既要注重新的隔热材料的应用，也要从建筑设计、施工过程控制等方面努力。随着门窗材质、密封和多项隔热技术的综合应用，门窗的美观性和隔热性都将得到持续提升，也给建筑的设计和使用提供了更加多种的选择。【完】