節(jié)能門窗系統(tǒng)在我國的應(yīng)用

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　　前言：

　　“低碳”是2009年底哥本哈根世界氣候大會(huì)的主題，會(huì)上各國推出了各自的節(jié)能減排目標(biāo)，中國承諾到2020年我國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40％－45％，并作為約束性指標(biāo)納入國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中長期規(guī)劃中。這意味著我國必須在社會(huì)的各個(gè)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域采取切實(shí)的節(jié)能措施，以達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)。目前，建筑能耗已占我國全社會(huì)總能耗的40%；而門窗能耗又占建筑能耗的45％～50％，門窗是引起建筑能源損失的主要原因。因此，我們必須在各個(gè)方面提高門窗的隔熱效果，引導(dǎo)大家使用優(yōu)質(zhì)節(jié)能門窗。

　　一． 歐洲門窗節(jié)能介紹：

　　由于60年代末的石油危機(jī)，歐洲頒布了幾項(xiàng)法律法規(guī)，以減少那些須供暖和降溫建筑的能源消耗。而近年來的國內(nèi)大面積停電的現(xiàn)象，幾乎同當(dāng)時(shí)歐洲的情況完全相似。為了了解我國國內(nèi)門窗節(jié)能要求的現(xiàn)狀，我們有必要先了解一下歐洲的門窗節(jié)能歷程。

　　歐洲門窗節(jié)能的典型代表是德國，圖1為德國門窗節(jié)能要求的變化歷程。德國的傳熱系數(shù)在1995年以前叫K值（同我國現(xiàn)在一致），之后改為U值。1977年德國要求型材（詞條“型材”由行業(yè)大百科提供）Kf值不超過3.5 W/m2 * K，到 1995年降低為1.8W/m2*K，降低了接近一半； 而到了2002年則要求整窗Uw值不超過1.7 W/m2*K，2009年降低為1.3 W/m2*K。在32年的時(shí)間里，門窗傳熱系數(shù)減低了 63 %，也就是說消耗的能源減少了63 %。 接下來，在2010年Uw將降低到1.0 W/m2*K，到2013年將降低到0.8W/m2*K左右，門窗的傳熱系數(shù)要求基本向墻體靠近

圖1 德國門窗節(jié)能要求變化歷程

　　對于歐洲其他國家現(xiàn)在的門窗節(jié)能要求，我們可以參見圖2，其中上面的黑色數(shù)字為2009年的要求，下面的紅色字體為2012的要求。到2012年，除了西班牙Uw ≤3.1W/m2*K和法國Uw≤2.6W/m2*K外，其他國家的Uw都在2.0W/m2*K以下，尤其在北歐地區(qū)，全部在1.5W/m2*K以下。

圖2 歐洲各國門窗節(jié)能要求　　

　　二． 中國門窗節(jié)能介紹：

　　中國是一個(gè)幅員遼闊的國家，氣候區(qū)域的復(fù)雜性相當(dāng)于整個(gè)歐洲。從北到南共分為5大氣候分區(qū)，分別為嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)、溫和地區(qū)。針對各區(qū)的氣候條件，門窗的熱工要求也不一樣，越靠北傳熱系數(shù)要求越低。圖3是我國各氣候分區(qū)門窗節(jié)能要求，其中紅色字體為現(xiàn)在的要求，黑色字體為建筑節(jié)能70%。通過這個(gè)分布圖可以看出，我國不同氣候分區(qū)的門窗傳熱系數(shù)要求大致跟歐洲的變化歷程相近，現(xiàn)在北京的節(jié)能要求為整窗Kw值小于2.8W/m2*K，跟德國1984年的水平基本一致，而東北地區(qū)為2.2 W/m2*K,跟德國1995年的水平相近。為了達(dá)到建筑節(jié)能70%的要求，北京地區(qū)整窗Uw值需要達(dá)到2.0 W/m2*K，東北地區(qū)需要達(dá)到1.5W/m2*K,這還不及德國現(xiàn)在的節(jié)能要求。

圖3 中國各氣候分區(qū)門窗節(jié)能要求

　　三． 門窗隔熱基本原理：

　　為了提高門窗的熱工性能，其核心工作就是降低從高溫區(qū)向低溫區(qū)的熱量傳遞，以減少熱量的流失。而熱傳遞是通過傳導(dǎo)、對流和輻射這三種方式來進(jìn)行的，因此門窗幕墻的所有節(jié)能措施都是圍繞這三者來進(jìn)行的。

門窗是一個(gè)綜合了各種材料的系統(tǒng)產(chǎn)品，整窗的傳熱系數(shù)Uw值跟玻璃、型材及中空玻璃間隔條三個(gè)因素相關(guān)，根據(jù)JGJ/T 151-2008《建筑門窗幕墻熱工計(jì)算規(guī)程》，其整窗Uw的計(jì)算公式如下（見圖4）：

其中: Uw — 整窗的傳熱系數(shù) W/m²·K

Ug — 玻璃的傳熱系數(shù) W/m²·K

Ag — 玻璃的面積 m²

Uf — 型材的傳熱系數(shù) W/m²·K

Af — 型材的面積 m²

Lg — 玻璃的周長 m

Ψg — 玻璃周邊的線性傳熱系數(shù) W/m·K

　　下面分別對玻璃、型材和玻璃間隔條的對傳熱系數(shù)的影響進(jìn)行分析：

　　1. 玻璃

　　十多年前大部分使用的還是單片浮法玻璃，5mm的單片玻璃，U值大概只有5.8 W/m2*K左右，因此不是節(jié)能玻璃。我們可以采取以下技術(shù)措施來降低玻璃U值

　　(1) 使用中空玻璃：由兩片浮法玻璃通過間隔條組成的中空（詞條“中空”由行業(yè)大百科提供）玻璃，中間有一層熱導(dǎo)率約為0.026W／m·K的空氣層，大大降低了通過玻璃的熱傳導(dǎo)，如6+12A+6的中空玻璃的U值只有2.8 W/m2*K左右。

　　(2) 在中空玻璃空氣層填充惰性氣體：因惰性氣體分子大，流動(dòng)性差，能降低氣體對流產(chǎn)生的熱傳遞。一般充氬氣相比空氣能降低玻璃U值0.2 W/m2*K左右

　　(3) 使用LOW-E中空玻璃：即在中空玻璃的其中一片玻璃靠近空氣層側(cè)鍍上一層透明的低輻射膜，從而降低從高溫區(qū)向低溫區(qū)輻射傳熱和二次傳熱。單片LOW-E玻璃U值一般在3.7 W/m2*K左右；而與另一片普通浮法玻璃組成中空玻璃后，U值將在1.6-2.0 W/m2*K之間；若使用隔熱性能效果更好雙銀Low-e玻璃，隔熱效果可以達(dá)到1.5 W/m2*K；再在此基礎(chǔ)上填充惰性氣體，可以達(dá)到1.3 W/m2*K.

　　(4) 使用真空玻璃（詞條“真空玻璃”由行業(yè)大百科提供）、氣凝膠玻璃等,但現(xiàn)在市場上應(yīng)用較少。

　　2. 型材

　　根據(jù)型材使用的材料不同，門窗一般分為鋁合金窗、塑鋼窗、木窗等。塑鋼（詞條“塑鋼”由行業(yè)大百科提供）窗是好的隔熱窗，但因強(qiáng)度和熱老化性能等原因，應(yīng)用受到很大的限制；木窗也有很好的隔熱效果，但因價(jià)格很昂貴，一般用于別墅等高檔項(xiàng)目。因此現(xiàn)在流行的還是鋁合金窗。

　　為了提高鋁合金型材的隔熱性能，一般會(huì)在鋁合金中間使用低導(dǎo)熱率的隔熱材料。按加工工藝來分，現(xiàn)在有穿條式和注膠式兩種不同的隔熱方式，其中市場上以使用穿條式為主。簡單來說，穿條式隔熱鋁型材就是將兩支預(yù)先擠出的鋁材和熱導(dǎo)率為0.3w/m.k的尼龍隔熱條，通過開齒，穿條，滾壓（詞條“滾壓”由行業(yè)大百科提供）工序?qū)⑷�者組合成一體的復(fù)合型材。

　　穿條式隔熱型材的傳熱系數(shù)影響因素如下：

　　（1） 隔熱條寬度：一般來說，隔熱條越寬，隔熱效果越好

　　（2） 隔熱條形狀：C形條比I型條好

　　（3） 合理的型材設(shè)計(jì)：一般冷腔應(yīng)設(shè)計(jì)為小空腔，玻璃厚度中心應(yīng)盡量接近隔熱條截面（詞條“截面”由行業(yè)大百科提供）高度中心等

　　（4） 采取其他輔助措施：如在隔熱腔內(nèi)添低導(dǎo)熱的泡沫，采取加肋式隔熱條等

　　以左固定右平開窗型為例，使用不同寬度隔熱條的型材U值對比如表1：

表1 條寬度與型材U值對應(yīng)表

　3. 玻璃間隔條

　玻璃間隔條的隔熱是整個(gè)門窗節(jié)能系統(tǒng)中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，專門用來解決玻璃周邊的熱量流失問題。普通的玻璃間隔條是鋁合金加工的，同鋁合金型材一樣，這不是很好的隔熱材料。現(xiàn)在市場上一般使用“暖邊”間隔條來降低玻璃周邊的熱傳導(dǎo)，從而降低整窗的U值和防止玻璃周邊結(jié)露。如泰諾風(fēng)的TGI（泰居安）隔熱條，是由熱導(dǎo)率為0.193w/m.k的聚丙烯和0.1mm的不銹鋼薄片復(fù)合而成,其隔熱性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鋁合金的間隔條。通過圖5可見，在不同的窗型尺寸情況下，相對于鋁間隔條，使用TGI暖邊間隔條能提高整窗U值達(dá)0.11-0.24 W/m2*K。

圖5 TGI和鋁間隔條對整窗的Uw值對比

　　三． 中國門窗系統(tǒng)的選用和配置：

　　為了達(dá)到不同區(qū)域的門窗節(jié)能規(guī)范，我們需要選用不同窗型系統(tǒng)來滿足各自區(qū)域的要求。圖6為我國典型的3款隔熱窗型，其中第一款適用于以上海為代表的夏熱冬冷地區(qū)，第二款適用于以北京為代表的寒冷地區(qū)，第三款適用于以哈爾濱為代表的嚴(yán)寒地區(qū)。

(a) 條寬14.8mm ,Uf≤3.6 W/m2*K

(b)條寬25mm ,Uf≤2.6 W/m2*K

(c)條寬35mm ,Uf≤2.0 W/m2*K

圖6 中國典型的3款隔熱窗型

　　當(dāng)然，為了達(dá)到整窗的傳熱系數(shù)要求，我們需要同不同規(guī)格的玻璃進(jìn)行配合，以適用不同區(qū)域的要求.表2為不同配置方案的整窗U值對照表

　　當(dāng)然，每個(gè)項(xiàng)目都有自己的特殊需求，我們需要根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目的熱工要求來進(jìn)行一些特殊的選配。如圖書館，檔案館等，對防結(jié)露要求特別高，因此，除了保證門窗U值要求外，還要求門窗周邊不結(jié)露，以防止室內(nèi)淌水對存放書籍和文件的破壞，這是就必須選用暖邊間隔條；還有些門窗對遮陽的要求特別高，這就需要選用一些遮陽系數(shù)高的玻璃或通過內(nèi)外遮陽裝置來達(dá)到。

　　四． 總結(jié)

　　隔熱門窗在中國已經(jīng)有十年多的發(fā)展歷程，期間隔熱門窗的應(yīng)用迅速得到了迅速的發(fā)展。就穿條式技術(shù)本身來說，在歐洲是一項(xiàng)很成熟的技術(shù)，在我國如何通過具體的系統(tǒng)應(yīng)用，使隔熱鋁門窗得到最優(yōu)化的配置。這需要通過行業(yè)的各個(gè)層面去努力，包括相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的完善、適合新需求的門窗系統(tǒng)的出現(xiàn)、門窗配套材料的完善、門窗廠加工水平的提高、開發(fā)商對節(jié)能門窗應(yīng)用的認(rèn)識、普通民眾對節(jié)能環(huán)保的意識等。可喜的是，越來來越多的行業(yè)人士對門窗節(jié)能應(yīng)用充滿了社會(huì)責(zé)任感，使得影響了更多的人對其的關(guān)注，從而整個(gè)門窗節(jié)能的市場朝一個(gè)良性的方向發(fā)展。泰諾風(fēng)作為來自德國的一家隔熱條供應(yīng)商，愿以“綠色門窗節(jié)能先鋒”的角色，專業(yè)為鋁合金門窗提供隔熱解決方案。

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