淺談建筑外窗節能應注意的問題和技術措施

一 前言

眾所周知，能源問題是當前世界各國普遍重視的問題。在全世界總的能源消耗中，建筑能耗約占25%～40%。節約能源,保護環境,是我國的一項基本國策。我國從1988年實施節能30%的設計標準，1998年開始實施節能50%的設計標準，到2000年節能50%的建筑設計已經基本在全國大城市得到普及，但我國現行建筑節能技術指標與國外的差距如下(以北京地區為例)：（見表1）

外窗是建筑圍護結構的組成部分,是圍護結構保溫的薄弱環節，外窗的保溫效果直接影響到建筑物的節能性能。如果要求外窗性能滿足節能達到65%的第三步目標，大大提高室內居住的舒適度，外窗的傳熱系數值需要需據窗墻比測算而確定，達到2.5W/m2.K以下才能滿足這樣的要求，而要達到這樣的目標，必須在外窗的設計、制作、安裝三個階段充分考慮節能的要求。

二 衡量外窗性能的指標

外窗是由型材、玻璃、五金配件以及其它附件組成。衡量節能窗性能的指標包括四個方面：隔熱保溫性能、陽光得熱性能、采旋光性能、空氣滲漏的防護性能等。隨著生活水平提高，外窗的熱舒適性能、噪聲舒適性能、寒冷地區外窗凝露性能也逐漸被人們認識。

三 外窗在設計上應考慮的問題

（一）影響門窗獲得能量的因素：外窗的位置和方向、外窗產品的設計(外窗孔道的數量)、使用的玻璃種類、內部和外部陰影的數量。

（二）影響門窗熱損失的因素：在外窗上能量的傳遞方式主要是：輻射傳遞、對流傳遞、傳導傳遞，另外空氣滲漏也是外窗能量損失的重要組成部分。只要合理配置就能實現對通過外窗進行熱量交換的過程控制。

1.輻射、對流和傳導傳遞：

這部分傳遞一般主要通過提高外窗材料配置解決。外窗上散失熱量主要通過玻璃（以傳導、輻射形式）、玻璃的間隔層材料（對流形式）和邊部的密封條、窗框（以傳導形式）、以及開啟扇、窗框結構（以空氣滲漏形式）。

外窗中通過玻璃的輻射熱損失占外窗總熱損失的2/3左右，普通的玻璃很容易將熱量發射到冷的表面（普通玻璃的輻射率約為0.84），將玻璃表面的發射率降低可以減少玻璃的輻射傳熱即使用Low-E玻璃可以減少輻射傳熱（Low-E玻璃的表面輻射率在0.01-0.15之間）。

外窗上的傳導熱損失主要是通過中空玻璃邊部和窗框發生的，通過改進邊部材料，使用更絕緣的邊部窗框材料如塑料外窗型材或者是鋁合金斷橋隔熱型材以及中空玻璃邊部密封材料如采用暖邊密封系統，增加外窗型材腔體設計可以有效地減少傳導熱損失。不同的型材具有不同的隔熱系數，雖然鋁合金材料本身的導熱系數是塑料材料導熱系數的2000倍，雖然經過加工處理后的型材本身的差異就沒有這么高了，但一些地區，采用鋁合金或者鋁合金斷橋中空玻璃窗，很難達到當地節能標準的一級，甚至要達到二級也是很困難的事情，選用PVC窗就可以達到，其中主要原因是窗框材料導熱性能的影響，畢竟窗框材料在整個外窗中占有約25%的比例份額，因此窗框材料的導熱性能成為決定外窗是否能夠達標的關鍵因素。

對流熱損失主要在通過中空玻璃內部間隔氣體運動產生的，如果間隔層太小通過空氣的熱傳導是很大的。如果空氣間隔層太大，那么在室內側暖玻璃表面的暖空氣就會上升而室外側冷玻璃表面的冷空氣就會下降，形成對流，將室內的熱量流失。一般來說，對普通白玻內含空氣的中空玻璃來說，中空玻璃空氣層的最佳距離為12-16mm。通常使用特殊氣體如氬氣、氪氣減少對流損失，它們共同的特點是性能穩定、不活潑并比空氣導熱性小，在所有惰性氣體中，氬氣最豐富，在空氣中約占1%，提取比較容易，應用起來最經濟，氪氣在空氣中的含量比較稀少，所以很少在實際生產中使用。

2.空氣滲漏：

這部分技術控制主要通過加工工藝、外窗開啟形式以及安裝技術手段解決。不論冬季還是夏季，外窗能量損失多數是因為空氣滲漏造成的，對開啟窗來說，大多數空氣滲漏是在扇和框之間發生或者兩個推拉扇之間。較大面積的窗往往泄露少的空氣，在結構裝配很差的固定窗上，主要在中空玻璃與扇之間密封處發生空氣滲漏。固定窗往往具有最低的空氣滲漏速率。在開啟窗中，空氣滲漏最小的是上懸窗、平開窗和類似的使用特殊壓條的推拉窗。如開啟窗裝配質量較差，窗框周邊和洞口之間沒有很好地堵縫或者使用泡沫絕緣密封，就會發生空氣滲漏，在外窗徹底安裝完成前，這些部位應該密封和絕緣處理。

四 高效節能窗的制作和安裝

能量是雙向通過外窗的，白天，南面外窗通常以輻射形式獲得太陽能；而在夜晚通過對流、輻射和傳導會流失能量。北面窗通常是通過對流和傳導流失能量；東面和西面窗在冬季往往是不確定的，然而在夏季，西面窗是純粹獲得能量的部位，往往引起過熱，導致玻璃炸裂及得熱過多等各種現象發生。

在不考慮外窗安裝朝向的情況下，通過合理配置外窗組成，可以提高外窗的隔熱節能特性，這些措施包括：根據不同的使用地點，選擇合理的陽光遮蔽玻璃，控制通過外窗的輻射傳熱、加大中空玻璃間隔層內氣體比重，降低對流傳熱、選擇低傳導的中空玻璃邊部間隔材料和隔熱窗框材料，控制通過外窗的傳導傳熱等等，具體分析如下：

（一）合理選用原片玻璃，控制通過外窗的輻射傳熱

透明外窗玻璃很容易使太陽光通過，然而，因為透明玻璃具有較高的輻射率，在晚上同樣會以輻射熱流失的形式向室外發射紅外線能量。在選擇原片玻璃時，應該根據不同的地區選用不同的玻璃形式，如陽光照射強的地區，選用低透過的鍍膜玻璃或吸熱玻璃作為原片玻璃，控制陽光進入室內；而在較寒冷地區，選擇高透過的白玻或鍍膜玻璃，尤其是Low-E玻璃做原片，防止室內熱量流失，從而提高中空玻璃的使用效果。在南方地區，適合使用帶顏色的中空玻璃，因為雖然改變了玻璃的顏色，但是中空玻璃的K值是沒有變化的，僅僅是改變了玻璃的遮陽系數，起到了控制陽光的作用。在北方地區，考慮的多數是冬季采暖問題，應該選擇高透過率的原片玻璃。使用Low-E鍍膜玻璃通常會損失一些太陽光，略微減少陽光熱獲得，但是通過夜晚優異的隔熱性能改進，在北方地區可以大大地補償陽光得熱。另外使用Low-E鍍膜玻璃還可以減少紫外線的通過，可以減少室內物品褪色的可能。

（二）改進中空玻璃間隔層內氣體性能

外窗及中空玻璃技術的一個改進是中空玻璃內部充入氣體，對充入氣體的要求是具有穩定的特性。通常氬氣和氪氣是最普遍的選擇。由于氬氣在空氣中的比例很高，提取容易而且價格也相對便宜。在兩層玻璃之間充入氬氣可以減少熱傳導損失，減少對流損失。氪氣的性能較氬氣稍微好一些而且在小的間隔層內使用（約8mm），效果較好，但是氪氣價格較貴。相對來講，窄的間隔層需要的氣體量少，而且多層窄的間隔層可以減小玻璃受壓力破碎的可能。一般來講，在白玻中空玻璃間隔層內充入足夠比例（約90%以上）的氬氣，可以降低K值約5%，而在Low-E中空玻璃內部充入惰性氣體，可以降低15%左右。

（三）選用低傳導中空玻璃間隔層

在Low-E鍍膜減少輻射損失、充氣減少對流和傳導損失時，外窗玻璃周邊的間隔條成為控制熱量流失的薄弱環節。大多數間隔條使用的是傳統的鋁管，雖然重量輕，但的熱傳導性強，從能量效率觀點出發，低傳導中空玻璃間隔條可以提高外窗內玻璃底部表面的溫度,有效減少玻璃表面的結露。降低了熱傳導性能的暖邊中空玻璃可以使外窗視線范圍內的玻璃內表面溫度升高3℃-4℃或者使窗框周邊一英寸的位置升高2℃-4℃，這是很重要的改進。目前，在國內市場上由于高性能多層中空玻璃外窗的不斷發展，改進中空玻璃邊部密封間隔系統的隔熱性能已經變得越來越重要。

（四）選用隔熱性能好的窗框材料

窗框材料是整個外窗中能量流失的另一個薄弱環節，整個外窗中約1/4面積是窗框材料。窗框材料對中空玻璃的性能影響較大，外窗的K值一般是由窗框材料面積的K值、玻璃邊部的K值及玻璃中央的K值經過加權平均計算出來的。如果選用的窗框材料不同，那么整個外窗的K值就會差別較大。具體如何選用窗框型材，需要根據不同的使用地點和用戶的需要進行設計。

（五）提高外窗的安裝水平

外窗的安裝質量好壞，不僅能夠影響外窗產品的使用壽命及空氣滲漏產生重大的影響，還會對外窗結露控制產生極大的影響，因此，提高安裝技術，也是提高外窗性能的重要措施。一般來講，外窗的安裝遵循下面的原則：

1.為了減少外窗結露，外窗安裝應與墻體的保溫措施相匹配；

2.將窗框與洞口開口之間的周邊的縫隙做絕熱密封處理；

3.在室內側，密封窗框與洞口開口之間的連接處。

現在我們可以了解到，不能一提到選用的窗框材料的隔熱性能好壞或者玻璃K值的大小就斷定外窗整體保溫性能的好壞，而是要根據外窗的形式及綜合配置而定。窗框材料對陽光獲得具有重要的影響，一般強度大的材料可以制成窄的框、扇面積，象斷橋鋁合金和玻璃鋼材料，這樣可以允許更多玻璃面積的陽光獲得，這種型材被稱為低斷面型材。對于塑料外窗來講，采用低斷面型材會出現焊角或者是型材斷裂方面的缺陷，尤其是在溫度低于15℃的冬季，這樣情況出現的頻率會更多，所以低斷面型材多數是金屬型材的設計要考慮的因素。