節能門窗系統在我國的應用

　　前言：

　　“低碳”是2009年底哥本哈根世界氣候大會的主題，會上各國推出了各自的節能減排目標，中國承諾到2020年我國單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40％－45％，并作為約束性指標納入國民經濟和社會發展中長期規劃中。這意味著我國必須在社會的各個經濟領域采取切實的節能措施，以達到預定的目標。目前，建筑能耗已占我國全社會總能耗的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，我們必須在各個方面提高門窗的隔熱效果，引導大家使用優質節能門窗。

　　一． 歐洲門窗節能介紹：

　　由于60年代末的石油危機，歐洲頒布了幾項法律法規，以減少那些須供暖和降溫建筑的能源消耗。而近年來的國內大面積停電的現象，幾乎同當時歐洲的情況完全相似。為了了解我國國內門窗節能要求的現狀，我們有必要先了解一下歐洲的門窗節能歷程。

　　歐洲門窗節能的典型代表是德國，圖1為德國門窗節能要求的變化歷程。德國的傳熱系數在1995年以前叫K值（同我國現在一致），之后改為U值。1977年德國要求型材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年的時間里，門窗傳熱系數減低了 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，門窗的傳熱系數要求基本向墻體靠近

圖1 德國門窗節能要求變化歷程

　　對于歐洲其他國家現在的門窗節能要求，我們可以參見圖2，其中上面的黑色數字為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，全部在1.5W/m2*K以下。

圖2 歐洲各國門窗節能要求　　

　　二． 中國門窗節能介紹：

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

圖3 中國各氣候分區門窗節能要求

　　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向低溫區的熱量傳遞，以減少熱量的流失。而熱傳遞是通過傳導、對流和輻射這三種方式來進行的，因此門窗幕墻的所有節能措施都是圍繞這三者來進行的。

門窗是一個綜合了各種材料的系統產品，整窗的傳熱系數Uw值跟玻璃、型材及中空玻璃間隔條三個因素相關，根據JGJ/T 151-2008《建筑門窗幕墻熱工計算規程》，其整窗Uw的計算公式如下（見圖4）：

其中: Uw — 整窗的傳熱系數 W/m²·K

Ug — 玻璃的傳熱系數 W/m²·K

Ag — 玻璃的面積 m²

Uf — 型材的傳熱系數 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 W/m·K

　　下面分別對玻璃、型材和玻璃間隔條的對傳熱系數的影響進行分析：

　　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，因此不是節能玻璃。我們可以采取以下技術措施來降低玻璃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玻璃，中間有一層熱導率約為0.026W／m·K的空氣層，大大降低了通過玻璃的熱傳導，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，流動性差，能降低氣體對流產生的熱傳遞。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鍍上一層透明的低輻射膜，從而降低從高溫區向低溫區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，隔熱效果可以達到1.5 W/m2*K；再在此基礎上填充惰性氣體，可以達到1.3 W/m2*K.

　　(4) 使用真空玻璃、氣凝膠玻璃等,但現在市場上應用較少。

　　2. 型材

　　根據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。塑鋼窗是好的隔熱窗，但因強度和熱老化性能等原因，應用受到很大的限制；木窗也有很好的隔熱效果，但因價格很昂貴，一般用于別墅等高檔項目。因此現在流行的還是鋁合金窗。

　　為了提高鋁合金型材的隔熱性能，一般會在鋁合金中間使用低導熱率的隔熱材料。按加工工藝來分，現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先擠出的鋁材和熱導率為0.3w/m.k的尼龍隔熱條，通過開齒，穿條，滾壓工序將三者組合成一體的復合型材。

　　穿條式隔熱型材的傳熱系數影響因素如下：

　　（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） 合理的型材設計：一般冷腔應設計為小空腔，玻璃厚度中心應盡量接近隔熱條截面高度中心等

　　（4） 采取其他輔助措施：如在隔熱腔內添低導熱的泡沫，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值對應表

　3. 玻璃間隔條

　玻璃間隔條的隔熱是整個門窗節能系統中的最后一個環節，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。現在市場上一般使用“暖邊”間隔條來降低玻璃周邊的熱傳導，從而降低整窗的U值和防止玻璃周邊結露。如泰諾風的TGI（泰居安）隔熱條，是由熱導率為0.193w/m.k的聚丙烯和0.1mm的不銹鋼薄片復合而成,其隔熱性能遠遠優于鋁合金的間隔條。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． 中國門窗系統的選用和配置：

　　為了達到不同區域的門窗節能規范，我們需要選用不同窗型系統來滿足各自區域的要求。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，第二款適用于以北京為代表的寒冷地區，第三款適用于以哈爾濱為代表的嚴寒地區。

(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

　　當然，為了達到整窗的傳熱系數要求，我們需要同不同規格的玻璃進行配合，以適用不同區域的要求.表2為不同配置方案的整窗U值對照表

　　當然，每個項目都有自己的特殊需求，我們需要根據每個項目的熱工要求來進行一些特殊的選配。如圖書館，檔案館等，對防結露要求特別高，因此，除了保證門窗U值要求外，還要求門窗周邊不結露，以防止室內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高的玻璃或通過內外遮陽裝置來達到。

　　四． 總結

　　隔熱門窗在中國已經有十年多的發展歷程，期間隔熱門窗的應用迅速得到了迅速的發展。就穿條式技術本身來說，在歐洲是一項很成熟的技術，在我國如何通過具體的系統應用，使隔熱鋁門窗得到最優化的配置。這需要通過行業的各個層面去努力，包括相關標準規范的完善、適合新需求的門窗系統的出現、門窗配套材料的完善、門窗廠加工水平的提高、開發商對節能門窗應用的認識、普通民眾對節能環保的意識等。可喜的是，越來來越多的行業人士對門窗節能應用充滿了社會責任感，使得影響了更多的人對其的關注，從而整個門窗節能的市場朝一個良性的方向發展。泰諾風作為來自德國的一家隔熱條供應商，愿以“綠色門窗節能先鋒”的角色，專業為鋁合金門窗提供隔熱解決方案。