簡述國內(nèi)外節(jié)能政策及建筑外窗節(jié)能技術(shù)發(fā)展情況

梅 華　張 蓓　高 蘇

（南通職業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院江蘇南通226007）

簡述國內(nèi)外節(jié)能政策及建筑外窗節(jié)能技術(shù)發(fā)展情況

梅 華張 蓓高 蘇

（南通職業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院江蘇南通226007）

建筑能耗占社會總能耗的20%左右，通過窗戶的耗能又占建筑能耗的20%左右，因此，外窗節(jié)能尤為重要。本文列舉了歐美幾個發(fā)達國家的節(jié)能政策及建筑節(jié)能情況，并探討了當前國內(nèi)建筑外窗常用的節(jié)能措施，指出了外窗節(jié)能技術(shù)的重點及改進方向。

建筑節(jié)能；建筑外窗；保溫；隔熱；密封

隨著上世紀70年代第3次科技革命以來，世界各國的經(jīng)濟迅速發(fā)展，與之伴隨的是各國的能源消耗量越來越大，能源的消耗量增長速度保持在年均2.1%以上，而中國每年平均超過了5%。據(jù)有關(guān)研究機構(gòu)預(yù)測，再過30年全球的能源消耗將比1975年增長400%，，其中建筑能耗要占總能耗的10%～26%。目前，我國正處在經(jīng)濟建設(shè)穩(wěn)速發(fā)展的過程中，建筑耗能不斷提高，國家提倡的建設(shè)節(jié)約型社會離不開建筑方面的能源節(jié)約，因此，居住建筑節(jié)能任務(wù)艱巨，潛力很大。

1　建筑外窗節(jié)能的重要性

早在20世紀70年代，就有人提出建筑節(jié)能這一概念，是指在不犧牲人體舒適感的前提下，提高日常建筑的自身使用能效，從而降低建筑能耗。

1.1建筑外窗節(jié)能概述

建筑物的圍護結(jié)構(gòu)由外墻、外窗、屋頂構(gòu)成，其中外窗也是圍護結(jié)構(gòu)的重要部分，建筑外窗的功能主要有：遮陽與隔熱、采光與保溫、通風(fēng)與環(huán)保、密封與降噪等等。但由于窗戶壁薄且輕，不僅存在溫差傳熱問題，還有通過窗戶縫隙的空氣滲透傳熱、太陽輻射傳熱問題，外窗是圍護結(jié)構(gòu)保溫、隔熱的薄弱環(huán)節(jié)。

以華北地區(qū)某大城市多層住宅為例，通過圍護結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱的總量大概是72%，其中的28%耗熱量是通過門窗縫隙的空氣滲透的，其中窗戶的傳熱量占22%，可見，窗戶是耗熱量較大的構(gòu)件，是節(jié)能的重點部位［1］。建筑外窗所損失的能量是影響建筑熱環(huán)境和造成能耗過高的主要原因，因此，外窗節(jié)能是降低建筑能耗的重要途徑。

1.2建筑外窗節(jié)能研究的重點

2　國外建筑節(jié)能政策及改造技術(shù)發(fā)展情況

自20世紀70年代全球性爆發(fā)能源危機后，世界各國都開始研究能源的現(xiàn)狀和利用情況。很多學(xué)者認為，建筑能耗也是能源消耗的一部分，并形成共識：必需制定建筑設(shè)計節(jié)能標準，并制定建筑節(jié)能法規(guī)。于是各國紛紛建立了自己的建筑節(jié)能規(guī)范。歐美發(fā)達國家的節(jié)能環(huán)保意識非常強，早在上世紀70年代就已經(jīng)重視建筑節(jié)能，并制定了新建建筑必須強制執(zhí)行的節(jié)能標準，建筑能耗有較大幅度下降。同時對既有建筑進行節(jié)能改造，但是其建筑造價會比普通建筑高出3%，但每年的運營成本卻可節(jié)約60%。

2.1德國

德國的能源匱乏，德國的天然氣80%依靠進口，石油幾乎100%依靠進口，節(jié)約能源是德國政府能源開發(fā)利用的重要政策。德國法律規(guī)定：新建住宅采暖每年每平方米一次能源消耗不超過70kW·h，舊住宅不超過10kW·h（而國內(nèi)同類建筑住宅卻消耗300 kW·h～500kW·h）。在德國，冬天一般溫度在-10℃左右，最冷時-20℃，但房子里卻低溫暖舒適，且能耗很少。近40年，德國住宅建筑外窗傳熱系數(shù)減低了63%，也就是說能源消耗減少了63%。德國在建筑外窗節(jié)能技術(shù)中主要采用兩種技術(shù)：一是多層玻璃窗，即多層玻璃和非金屬框，玻璃之間使用的非金屬框非常密封，隔熱性能很好，玻璃之間充滿惰性氣體，保證窗總傳熱系數(shù)＜2W/m2K。二是加裝遮陽設(shè)施，主要有可調(diào)節(jié)的百葉窗、上翻或側(cè)翻遮陽板、卷簾式遮陽板。德國政府對使用節(jié)能門窗的企業(yè)和個人給予10%、30%的補貼。

2.2英國

英國政府是在1986年制訂國家節(jié)能計劃，將建筑物節(jié)能從低級到高級劃分為10個等級，并嚴重執(zhí)行節(jié)能標準。如今英國的新建住宅大都達到最高節(jié)能等級，節(jié)能型建筑比傳統(tǒng)建筑要減少75%的能量消耗。據(jù)介紹，英國現(xiàn)存的既有建筑中每年排放大約1.5×108t二氧化碳，占社會總排放量的27%，而90%的現(xiàn)有建筑壽命將持續(xù)至2050年，因此對既有建筑進行節(jié)能改造具有重要意義。英國政府從2007年4月起嚴格要求新建建筑必須符合《可持續(xù)住宅規(guī)范》，2016年起，新建住宅必須達到6星級。目前，英國采用節(jié)能窗標識體系，英國門窗等級認定委員會（BFRC）除了對窗戶的性能提供節(jié)能窗標識外，還對窗戶節(jié)能率設(shè)置了0（最低）至100（最高）的分值，消費者可以通過分值高低正確選擇節(jié)能窗戶。

2.3法國

主要是我國當今中小企業(yè)生存過程中所面臨的社會消費因素。例如文化水平會影響人們的需求層次，風(fēng)俗習(xí)慣和宗教信仰可能抵制或禁止企業(yè)某些活動的進行，人口規(guī)模與地理分布會影響產(chǎn)品的社會需求與消費[2]。

法國政府在1973年后開始采取很多節(jié)能措施，用于提高建筑物的能源利用效率、降低能源消耗。法國政府每年都會撥出3億法郎專款，資助節(jié)能新技術(shù)的研究。法國在1974年頒布節(jié)能設(shè)計標準，要求新建民居的能耗要比原來降低25%，此后于在1982年、1998年又分別出臺節(jié)能標準的修訂版，比以前再節(jié)能25%。對一些公共建筑如百貨商場、學(xué)校、醫(yī)院等，規(guī)定其節(jié)能標準要參照住宅標準。

法國的住宅建筑外窗歷史上以木窗為主，以后采用鋁合金窗，在1990年之后，法國政府開始推廣PVC塑料保溫窗，新建住宅基本上都采用這種PVC塑料窗，其一般是安裝中空玻璃或含氬氣的中空玻璃，四周鑲嵌橡膠密封條，在窗框和墻體的接縫處現(xiàn)場噴發(fā)泡聚氨酯，將之間的空隙封閉得很嚴實。同時，有的建筑還在玻璃窗外安裝電動可調(diào)節(jié)的PVC保溫簾或者其它材質(zhì)的金屬卷簾，其功能可以遮擋太陽光照射，降低太陽輻射熱，起到保溫降噪作用，更重要的是減少能耗。

2.4美國

美國的建筑產(chǎn)業(yè)相對發(fā)達，與鋼鐵產(chǎn)業(yè)汽車產(chǎn)業(yè)并稱為經(jīng)濟的“三駕馬車”。美國的建筑與中國的建筑差別較大。美國的人口約2.5億人，住宅自有率約為66%，人均棲身面積59m2，居世界榜首。美國的住宅很多為三層以下。

自本世紀初開始，美國的建筑能耗占能源總消費的33%，建筑耗能超過了交通和工業(yè)。近年來，美國政府在積極推廣一種新技術(shù)—“零能耗住宅”，以進一步加大建筑節(jié)能環(huán)保的力度，即：通過外墻（如太陽能吸熱壁）、改善窗戶和建筑材料等，沒有增加其它機械系統(tǒng)，僅利用太陽能來實現(xiàn)對房屋進行供暖、降溫和照明，以減少夏季房屋降溫或冬季室內(nèi)供暖所需的能源消耗。

美國也是采用節(jié)能窗標識體系的國家，早在1991年美國國家門窗等級認定委員會（NFRC）就開始啟用產(chǎn)品認證冊，使用U值傳熱系數(shù)來評定門窗的可見光滲透率和太陽得熱因子（SHGC）。美國的節(jié)能型外窗較多，其中以PVC加木芯組合成高級節(jié)能窗為最多，其它還有斷橋鋁合金節(jié)能窗、PVC中空玻璃節(jié)能窗、高強度、PVC節(jié)能窗、木纖維復(fù)合材料節(jié)能窗。

3　國內(nèi)目前在建筑外窗方面的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

我國是一個能源消耗大國。目前，國內(nèi)能源主要來自火電和水電，同時也發(fā)展了風(fēng)能、光能、核能等新能源，但由于成本、技術(shù)與穩(wěn)定性等原因，能源應(yīng)用量不大，新能源的推廣普及和節(jié)能降耗工作迫在眉睫。目前我國建筑能耗占能源消耗總量的27.5%，根據(jù)國家有關(guān)權(quán)威部門的統(tǒng)計，隨著城市化進程的加快，到2020年我國建筑能耗可能上升到35%左右，成為第一用能領(lǐng)域，工業(yè)能耗退而次之。與國外相比，我國的建筑能耗量較大，居住建筑的單位總能耗是發(fā)達國家的3倍左右，外窗能耗是發(fā)達國家的1.5～3.5倍，門窗空氣滲透率為發(fā)達國家的3～6倍。門窗能耗在建筑能耗中占有極大的比重，每年通過門窗流失的能量達到45%，而通過窗戶流失的能耗又占到其中的93%。因此，外窗節(jié)能已經(jīng)成為我國建筑節(jié)能最重要的環(huán)節(jié)。

國內(nèi)對外窗節(jié)能技術(shù)的研究成果較多，主要是針對窗戶熱量損耗因素展開的。第一，是外窗的傳熱熱阻。熱阻越大，則通過窗戶交換的熱量較少，夏天降低空調(diào)制冷耗能，冬天減少制熱耗能。外窗的材料和類型將影響外窗的熱阻。第二，是外窗的氣密性。建筑外窗的氣密性是指在外窗關(guān)閉時，阻止空氣滲透的能力。外窗的氣密性能高，熱量損失就會越少，當然對室溫的影響也會越小。同時也會阻止室外風(fēng)力變化對室溫的影響，第三，窗戶與墻體的比例。這是指外窗面積與外墻面積的比值。一般外墻砌體或混凝土及保溫層的傳熱熱阻比外窗（玻璃）的傳熱熱阻大很多，因此，建筑能耗量隨著窗墻面積比的增加而增加，因此要在滿足采光通風(fēng)的前提下確定合適的窗墻比例。當然不同朝向的太陽輻射強度和日照率有差別，窗戶所獲得的太陽輻射強度和持續(xù)時間也不相同。因此，建筑外窗的節(jié)能主要從提高外窗的保溫性能、隔熱性能、密封性能等三個方面入手。

3.1使用節(jié)能的窗框

目前，我國的建筑物絕大多數(shù)外窗都是塑鋼窗或普通鋁合金窗，這些節(jié)能效果都不好。節(jié)能外窗在我國的使用率只有0.4%，其中外窗框所用型材約占外窗洞口面積的15%～30%，也是外窗能量流失的一個薄弱環(huán)節(jié)，因此，其中一個關(guān)鍵要素就是選擇適宜的窗用型材。如今外窗框的型材種類很多，如斷熱型鋁合金窗框、斷熱型鋼材窗框、塑料型材和一些復(fù)合材料（鋁+塑、鋁+木等）。其中，斷熱型鋁合金節(jié)能效果比較好，大大降低了鋁型材傳熱系數(shù)，斷熱型鋁合金是在鋁合金型材的橫截面中使用中空熱橋（冷橋）技術(shù)使型材分為內(nèi)腔和外殼兩部。斷熱型鋁合金不僅抗拉、抗折強度高（接近鋁合金），而且它的機械性能好、隔熱效果也較好。

3.2使用節(jié)能的玻璃

在建筑外窗中，為了采光，玻璃面積約占窗戶面積的65%～75%。普通單層玻璃的熱阻較小，而且對太陽光輻射幾乎完全吸收，并通過玻璃體傳導(dǎo)到室內(nèi)，是無法達到阻熱、保溫、節(jié)能效果的。同時外窗玻璃有很多種類，其傳熱系數(shù)、透光率和遮陽系數(shù)的差別很大。其中傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)具有雙重性。在冬季，太陽輻射可以得到熱量，傳熱系數(shù)可以使室內(nèi)溫度升高；但夏天又希望減少太陽輻射，避免通過窗體進入室內(nèi)。因此，對于冬暖夏熱、冬冷夏熱等不同地區(qū)的建筑外窗，在窗玻璃選擇上，應(yīng)選擇不同的遮陽系數(shù)和相應(yīng)的傳熱系數(shù)。常見降低導(dǎo)熱性和提高遮陽性的措施有：（1）借鑒汽車玻璃隔熱，采用玻璃鍍膜。鍍膜玻璃是在玻璃表面涂鍍合金或金屬化合物組成的薄膜，并合理配置膜層的結(jié)構(gòu)和厚度，可以改變玻璃的光學(xué)性能，反射太陽光線，并阻隔太陽熱輻射，從而改善隔熱遮陽性能。其中Low-E玻璃，是在玻璃表面采用一張對紅外線高反射、不吸熱的合金或金屬化合物材料鍍膜，對可見光有較高的投射率，能反射太陽能波段的熱輻射，明顯降低了玻璃的傳熱系數(shù)，有很高的遮陽隔熱性能。玻璃表面化學(xué)鍍膜。（2）中空玻璃。中空玻璃是把兩塊或多塊玻璃平行放置，中間留有一定的間隙，在玻璃與窗框嵌合處四周圍用隔條和膠密封，玻璃間的空氣層與窗外大氣隔絕，玻璃層間充滿了干燥氣體，具有隔音、隔熱、防結(jié)露和降低能耗的作用。

3.3增加遮陽設(shè)施

最簡易方便的就是掛窗簾。窗簾不但有遮陽、隱蔽的作用，而且它還起著保溫隔熱作用。如果在冬季的晚上候，拉上窗簾就會覺得房間里比較溫暖，其原因是，低溫的窗面對人體的冷輻射被窗簾擋住，而且傳熱系數(shù)變小，窗的散熱量降低，通過窗縫進入室內(nèi)的冷空氣也被擋住了，窗簾起到了保溫作用［2］。不同的遮陽設(shè)施，其節(jié)能效果也不相同。由于在室內(nèi)懸掛窗簾的節(jié)能效果不夠理想，可以推廣可調(diào)節(jié)式外窗遮陽設(shè)備：遮陽百葉窗。百葉窗安裝密封的雙層中空玻璃內(nèi)側(cè)，并固定在開放式鋁板內(nèi)部，在室內(nèi)通過磁力可控制百葉升降和翻轉(zhuǎn)，當百葉處在水平位置時，既可采光，又可遮陽。這種裝置是根據(jù)外部環(huán)境變化來調(diào)整百葉窗，有效阻隔太陽輻射。同時這種遮陽百葉窗只需要擦拭玻璃表面，便于清潔。中空玻璃內(nèi)嵌百葉窗具有隔熱、隔聲、保溫、裝飾性和隱私性于一體，雖然設(shè)備造價較高，但是節(jié)能效果較好，適合于推廣應(yīng)用。

3.4根據(jù)朝向設(shè)計合理的窗扇比

外墻一般為砌體、混凝土及保溫材料，其傳熱系數(shù)往往要遠小于窗玻璃的傳熱系數(shù)。因此，窗墻比例對能耗的影響很大。在滿足通風(fēng)和采光的前提下，窗和墻的面積比越小，熱量損耗就越小，節(jié)能效果也就越佳。南、北不同朝向的外窗因為太陽輻射強度和日照率的差別非常大。在《民用建筑節(jié)能設(shè)計標準（采暖居住建筑部分）》中，對不同朝向的窗墻面積比雖然做了規(guī)定，但還應(yīng)根據(jù)當?shù)厍闆r進行具體調(diào)整。其中，北側(cè)的起居室，考慮其采光需要，窗墻面積比可取0.3；高層建筑東、西向的窗墻面積比可取0.35；南向房間考慮其朝陽經(jīng)常采用落地窗、和凸窗，南向的窗墻面積比可取0.45，增加南向外窗的面積，可充分利用太陽光的輻射熱來有效降低采暖能耗，兼顧寬敞明亮的視野和節(jié)約能源的目的。

3.5提高外窗的密封性

我國的既有建筑大多采用的塑鋼窗和普通鋁合金窗，窗框與墻體之間的空隙容易滲透風(fēng)，解決的方法是采用密封條、密封膠或其他密封材料，用以加強窗的氣密性，減少滲透能耗［3］。目前窗框與墻體之間的空隙，使用的密封材料通常是聚氨酯發(fā)泡體，除了具有填充功能外，還具有密封、保溫、隔熱性能。玻璃和扇及框之間的用密封條，密封條分為膠條和毛條。膠條的斷面結(jié)構(gòu)尺寸要與塑鋼門窗型材匹配，且需要拉伸強度大、彈性好、耐溫耐老化，用在塑鋼門窗中起著水密、氣密及節(jié)能的重要作用；當然質(zhì)量一般的密封膠條耐久性差，容易老化，長期暴曬，膠條容易老化變硬，失去彈性，不僅密封性降低，而且會使玻璃松動，并引起安全隱患。

4　結(jié)語

近些年來，很多國家制定了很多建筑節(jié)能標準和制度。我國也在建筑外窗節(jié)能技術(shù)的研究開發(fā)和推廣方面做了大量工作，建筑外窗節(jié)能水平正逐步提高，但與歐洲和美國等先進國家相比，仍有較大差距。隨著經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展速度加快，節(jié)能環(huán)保的形勢迫使我國的外窗制造行業(yè)迅速發(fā)展。在建筑門窗節(jié)能方面，我們還需要在做更多的研究：建立綜合性節(jié)能指標體系，如窗的夏季傳熱系數(shù)、窗玻璃的遮陽系數(shù)、窗戶采光性能；建立符合冬暖夏熱、冬冷夏熱不同地區(qū)特點的外窗節(jié)能指標和技術(shù)；加強節(jié)能技術(shù)宣傳，建立正確的全民節(jié)能觀念。

［1］王立雄.建筑節(jié)能［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

［2］鄭茂余，王海燕.窗的保溫與節(jié)能［J］.哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報，2000（6）.

［3］鄭茂余.嚴寒地區(qū)窗的保溫研究［J］.低溫建筑技術(shù)，2000（3）.

梅華（1977—），碩士，南通職業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院教師，講師，主要從事建筑力學(xué)、結(jié)構(gòu)、材料、施工技術(shù)等方面的教學(xué)和研究。

張蓓（1983—）碩士，南通職業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院教師，講師，主要從事建筑裝飾與工程管理等方面的教學(xué)和研究。

高蘇（1979—），碩士，南通職業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院教師，講師，主要從事建筑結(jié)構(gòu)、力學(xué)、施工等方面的教學(xué)和研究。

既有建筑外窗節(jié)能改造技術(shù)及其效益評價，項目編號：HS2013055。