节能门窗系统在我国的应用

　　前言：

　　“低碳”是2009年底哥本哈根世界气候大会的主题，会上各国推出了各自的节能减排目标，中国承诺到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40％－45％，并作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划中。这意味着我国必须在社会的各个经济领域采取切实的节能措施，以达到预定的目标。目前，建筑能耗已占我国全社会总能耗的40%；而门窗能耗又占建筑能耗的45％～50％，门窗是引起建筑能源损失的主要原因。因此，我们必须在各个方面提高门窗的隔热效果，引导大家使用优质节能门窗。

　　一． 欧洲门窗节能介绍：

　　由于60年代末的石油危机，欧洲颁布了几项法律法规，以减少那些须供暖和降温建筑的能源消耗。而近年来的国内大面积停电的现象，几乎同当时欧洲的情况完全相似。为了了解我国国内门窗节能要求的现状，我们有必要先了解一下欧洲的门窗节能历程。

　　欧洲门窗节能的典型代表是德国，图1为德国门窗节能要求的变化历程。德国的传热系数在1995年以前叫K值（同我国现在一致），之后改为U值。1977年德国要求型材Kf值不超过3.5 W/m2 * K，到 1995年降低为1.8W/m2*K，降低了接近一半； 而到了2002年则要求整窗Uw值不超过1.7 W/m2*K，2009年降低为1.3 W/m2*K。在32年的时间里，门窗传热系数减低了 63 %，也就是说消耗的能源减少了63 %。 接下来，在2010年Uw将降低到1.0 W/m2*K，到2013年将降低到0.8W/m2*K左右，门窗的传热系数要求基本向墙体靠近

图1 德国门窗节能要求变化历程

　　对于欧洲其他国家现在的门窗节能要求，我们可以参见图2，其中上面的黑色数字为2009年的要求，下面的红色字体为2012的要求。到2012年，除了西班牙Uw ≤3.1W/m2*K和法国Uw≤2.6W/m2*K外，其他国家的Uw都在2.0W/m2*K以下，尤其在北欧地区，全部在1.5W/m2*K以下。

图2 欧洲各国门窗节能要求　　

　　二． 中国门窗节能介绍：

　　中国是一个幅员辽阔的国家，气候区域的复杂性相当于整个欧洲。从北到南共分为5大气候分区，分别为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区。针对各区的气候条件，门窗的热工要求也不一样，越靠北传热系数要求越低。图3是我国各气候分区门窗节能要求，其中红色字体为现在的要求，黑色字体为建筑节能70%。通过这个分布图可以看出，我国不同气候分区的门窗传热系数要求大致跟欧洲的变化历程相近，现在北京的节能要求为整窗Kw值小于2.8W/m2*K，跟德国1984年的水平基本一致，而东北地区为2.2 W/m2*K,跟德国1995年的水平相近。为了达到建筑节能70%的要求，北京地区整窗Uw值需要达到2.0 W/m2*K，东北地区需要达到1.5W/m2*K,这还不及德国现在的节能要求。

图3 中国各气候分区门窗节能要求

　　三． 门窗隔热基本原理：

　　为了提高门窗的热工性能，其核心工作就是降低从高温区向低温区的热量传递，以减少热量的流失。而热传递是通过传导、对流和辐射这三种方式来进行的，因此门窗幕墙的所有节能措施都是围绕这三者来进行的。

门窗是一个综合了各种材料的系统产品，整窗的传热系数Uw值跟玻璃、型材及中空玻璃间隔条三个因素相关，根据JGJ/T 151-2008《建筑门窗幕墙热工计算规程》，其整窗Uw的计算公式如下（见图4）：

其中: Uw — 整窗的传热系数 W/m²·K

Ug — 玻璃的传热系数 W/m²·K

Ag — 玻璃的面积 m²

Uf — 型材的传热系数 W/m²·K

Af — 型材的面积 m²

Lg — 玻璃的周长 m

Ψg — 玻璃周边的线性传热系数 W/m·K

　　下面分别对玻璃、型材和玻璃间隔条的对传热系数的影响进行分析：

　　1. 玻璃

　　十多年前大部分使用的还是单片浮法玻璃，5mm的单片玻璃，U值大概只有5.8 W/m2*K左右，因此不是节能玻璃。我们可以采取以下技术措施来降低玻璃U值

　　(1) 使用中空玻璃：由两片浮法玻璃通过间隔条组成的中空玻璃，中间有一层热导率约为0.026W／m·K的空气层，大大降低了通过玻璃的热传导，如6+12A+6的中空玻璃的U值只有2.8 W/m2*K左右。

　　(2) 在中空玻璃空气层填充惰性气体：因惰性气体分子大，流动性差，能降低气体对流产生的热传递。一般充氩气相比空气能降低玻璃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气层侧镀上一层透明的低辐射膜，从而降低从高温区向低温区辐射传热和二次传热。单片LOW-E玻璃U值一般在3.7 W/m2*K左右；而与另一片普通浮法玻璃组成中空玻璃后，U值将在1.6-2.0 W/m2*K之间；若使用隔热性能效果更好双银Low-e玻璃，隔热效果可以达到1.5 W/m2*K；再在此基础上填充惰性气体，可以达到1.3 W/m2*K.

　　(4) 使用真空玻璃、气凝胶玻璃等,但现在市场上应用较少。

　　2. 型材

　　根据型材使用的材料不同，门窗一般分为铝合金窗、塑钢窗、木窗等。塑钢窗是好的隔热窗，但因强度和热老化性能等原因，应用受到很大的限制；木窗也有很好的隔热效果，但因价格很昂贵，一般用于别墅等高档项目。因此现在流行的还是铝合金窗。

　　为了提高铝合金型材的隔热性能，一般会在铝合金中间使用低导热率的隔热材料。按加工工艺来分，现在有穿条式和注胶式两种不同的隔热方式，其中市场上以使用穿条式为主。简单来说，穿条式隔热铝型材就是将两支预先挤出的铝材和热导率为0.3w/m.k的尼龙隔热条，通过开齿，穿条，滚压工序将三者组合成一体的复合型材。

　　穿条式隔热型材的传热系数影响因素如下：

　　（1） 隔热条宽度：一般来说，隔热条越宽，隔热效果越好

　　（2） 隔热条形状：C形条比I型条好

　　（3） 合理的型材设计：一般冷腔应设计为小空腔，玻璃厚度中心应尽量接近隔热条截面高度中心等

　　（4） 采取其他辅助措施：如在隔热腔内添低导热的泡沫，采取加肋式隔热条等

　　以左固定右平开窗型为例，使用不同宽度隔热条的型材U值对比如表1：

表1 条宽度与型材U值对应表

　3. 玻璃间隔条

　玻璃间隔条的隔热是整个门窗节能系统中的最后一个环节，专门用来解决玻璃周边的热量流失问题。普通的玻璃间隔条是铝合金加工的，同铝合金型材一样，这不是很好的隔热材料。现在市场上一般使用“暖边”间隔条来降低玻璃周边的热传导，从而降低整窗的U值和防止玻璃周边结露。如泰诺风的TGI（泰居安）隔热条，是由热导率为0.193w/m.k的聚丙烯和0.1mm的不锈钢薄片复合而成,其隔热性能远远优于铝合金的间隔条。通过图5可见，在不同的窗型尺寸情况下，相对于铝间隔条，使用TGI暖边间隔条能提高整窗U值达0.11-0.24 W/m2*K。

图5 TGI和铝间隔条对整窗的Uw值对比

　　三． 中国门窗系统的选用和配置：

　　为了达到不同区域的门窗节能规范，我们需要选用不同窗型系统来满足各自区域的要求。图6为我国典型的3款隔热窗型，其中第一款适用于以上海为代表的夏热冬冷地区，第二款适用于以北京为代表的寒冷地区，第三款适用于以哈尔滨为代表的严寒地区。

(a) 条宽14.8mm ,Uf≤3.6 W/m2*K

(b)条宽25mm ,Uf≤2.6 W/m2*K

(c)条宽35mm ,Uf≤2.0 W/m2*K

图6 中国典型的3款隔热窗型

　　当然，为了达到整窗的传热系数要求，我们需要同不同规格的玻璃进行配合，以适用不同区域的要求.表2为不同配置方案的整窗U值对照表

　　当然，每个项目都有自己的特殊需求，我们需要根据每个项目的热工要求来进行一些特殊的选配。如图书馆，档案馆等，对防结露要求特别高，因此，除了保证门窗U值要求外，还要求门窗周边不结露，以防止室内淌水对存放书籍和文件的破坏，这是就必须选用暖边间隔条；还有些门窗对遮阳的要求特别高，这就需要选用一些遮阳系数高的玻璃或通过内外遮阳装置来达到。

　　四． 总结

　　隔热门窗在中国已经有十年多的发展历程，期间隔热门窗的应用迅速得到了迅速的发展。就穿条式技术本身来说，在欧洲是一项很成熟的技术，在我国如何通过具体的系统应用，使隔热铝门窗得到最优化的配置。这需要通过行业的各个层面去努力，包括相关标准规范的完善、适合新需求的门窗系统的出现、门窗配套材料的完善、门窗厂加工水平的提高、开发商对节能门窗应用的认识、普通民众对节能环保的意识等。可喜的是，越来来越多的行业人士对门窗节能应用充满了社会责任感，使得影响了更多的人对其的关注，从而整个门窗节能的市场朝一个良性的方向发展。泰诺风作为来自德国的一家隔热条供应商，愿以“绿色门窗节能先锋”的角色，专业为铝合金门窗提供隔热解决方案。