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寒冷地區(qū)住宅窗戶節(jié)能技術(shù)淺析

來(lái)源:中國(guó)幕墻網(wǎng)收集整理 　作者:* 　日期:2009-12-15 　頁(yè)面功能【字體：大 中 小】【打印】【投稿】【評(píng)論】【啄木鳥】
摘  要：窗戶節(jié)能是建筑節(jié)能中一個(gè)重要的組成部分，在實(shí)踐中已經(jīng)形成了多種切實(shí)可行的節(jié)能措施。本文依據(jù)寒冷地區(qū)的地域及氣候特點(diǎn)，介紹了我國(guó)住宅建筑外窗的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)能窗市場(chǎng)的現(xiàn)狀、窗戶節(jié)能原理、節(jié)能技術(shù)和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：寒冷地區(qū)  窗戶  節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)  節(jié)能技術(shù)
    建筑節(jié)能是建筑業(yè)技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)重要標(biāo)志，是改善熱環(huán)境，節(jié)約能源資源的重要措施，也是我國(guó)改革發(fā)展實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，所以建筑節(jié)能是國(guó)家節(jié)能工作的重中之重。窗戶作為房屋建筑的主要組成部位，基本功能要求滿足人們對(duì)采光、日照、通風(fēng)、觀賞等，還應(yīng)有良好的保溫、隔熱、隔聲性能以及有足夠的氣密性、水密性和抗風(fēng)壓強(qiáng)度。目前，在我國(guó)寒冷地區(qū)的多層磚混結(jié)構(gòu)（如四單元六層）住宅中能耗中：傳熱占72%。其中外墻:24%；窗戶:22%；樓梯間墻10%；屋頂8%；陽(yáng)臺(tái)門:3%；戶門:3%；地面:2%。冷風(fēng)滲透:28%。由以上數(shù)據(jù)可得：通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱耗熱量占72%，通過(guò)門窗縫隙的空氣滲透量占28%。窗戶的傳熱量雖然占22%略低于外墻，但把通過(guò)窗戶的傳熱耗熱量與空氣滲透熱量相加，則約占全部耗熱的50%左右[1]。說(shuō)明窗戶能耗在建筑節(jié)能中占有較大的比重，嚴(yán)重制約著建筑節(jié)能的發(fā)展。在我國(guó)目前建筑使用的窗戶80%甚至更多為非節(jié)能窗，如果將40%的非節(jié)能窗改造成節(jié)能窗，全國(guó)大約能節(jié)約煤炭1.56億t，折合人民幣249.6億元這是一個(gè)觸目驚心的數(shù)字。所以節(jié)能窗技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　1．窗戶節(jié)能性能的標(biāo)準(zhǔn)
　　窗戶節(jié)能性能的標(biāo)準(zhǔn)不同國(guó)家有不同的標(biāo)識(shí)體系，如英國(guó)門窗等級(jí)認(rèn)定委員會(huì)(BFRC)規(guī)定節(jié)能窗標(biāo)識(shí)體系包括窗質(zhì)材料、窗框設(shè)計(jì)、玻璃類型和窗戶的其他構(gòu)件。美國(guó)國(guó)家門窗等級(jí)認(rèn)定委員會(huì)（NFRC）現(xiàn)在使用的是空氣滲透率的測(cè)定及標(biāo)識(shí)。我國(guó)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑部分)》(JGJ 26—95)，《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 134—2001)，《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ 75—2003)，以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50189—2005)中，已對(duì)窗戶的熱工性能限值作了明確的規(guī)定。其目標(biāo)為在1980年和1981年當(dāng)?shù)赝ㄓ迷O(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上節(jié)能50%。在此條件下，規(guī)定了不同地區(qū)其窗戶(含陽(yáng)臺(tái)門上部)的傳熱系數(shù)限值。例如鄭州、西安等北方地區(qū)，窗戶的傳熱系數(shù)(K)不應(yīng)超過(guò)4.70W/(m2•K)或4.0W/(m2•K)；取4.70W/(m2•K)或4.00W/(m2•K)除需與外墻傳熱系數(shù)結(jié)合考慮外，一般情況下，4.70W/(m2•K)對(duì)應(yīng)于單層塑料窗；4.00W/(m2•K)對(duì)應(yīng)于單框雙玻金屬窗。并在1～6層建筑中，窗戶的氣密性不應(yīng)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑外窗空氣滲透性能分級(jí)及其檢測(cè)方法》(GB 7107—2002)規(guī)定的Ⅲ級(jí)(即3.0W•m-2•K-1＜KⅢ≤4.0W•m-2•K-1)，在7～30層建筑中，窗戶的氣密性不應(yīng)低于Ⅱ級(jí)(即3.0W•m-2•K-1＜KⅡ≤4.0W•m-2•K-1）。

　　2．窗戶節(jié)能原理與技術(shù)分析
　　窗戶主要功能是日光、視覺(jué)與外界接觸、節(jié)能、通風(fēng)和起火時(shí)逃生通道。影響窗戶節(jié)能的主要因素有透過(guò)窗戶的日光增加熱量(正)，透過(guò)窗戶的熱損(負(fù))和透過(guò)窗戶的透風(fēng)(負(fù))，即包括傳熱(主要包括：熱輻射、對(duì)流和傳導(dǎo))，太陽(yáng)輻射和窗戶的氣密性。如果太陽(yáng)輻射忽略不計(jì)，通過(guò)窗戶的熱流則由室內(nèi)外的溫差造成，表現(xiàn)為冬天熱經(jīng)由窗戶跑到室外，夏天熱透過(guò)窗戶進(jìn)入室內(nèi)。所以對(duì)任何窗戶來(lái)說(shuō)，室內(nèi)外溫差越大，則熱流越大。在節(jié)能技術(shù)運(yùn)用上，主要措施是改善K值和改變抗冷凝能力。如國(guó)外窗主要采用低輻射玻璃、惰性氣體和暖邊，以及低傳熱系數(shù)的窗框材料。在住宅建筑采用的節(jié)能技術(shù)大概有以下幾個(gè)方面：
　　2.1 合理布置和安排窗墻比和窗戶朝向
　　合理確定窗墻面積比在建筑中的是很重要的。窗戶除了需要滿足房間的照明、通風(fēng)等功能要求外，還作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分擔(dān)負(fù)保溫或隔熱的作用。然而，窗戶的熱阻較之墻體熱阻要小得多。在冬季采暖季節(jié)，由于窗玻璃所具有的透明性在太陽(yáng)輻射作用下，使建筑能獲得一定的自然能源，并使圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱量有所減少。因此應(yīng)有一個(gè)合理的窗墻面積比，使得窗戶的各項(xiàng)功能得以充分發(fā)揮�！�民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了窗戶的面積不宜過(guò)大，應(yīng)為：北向；2O%；東西向：30%；南向：35%。同時(shí)為了能使陽(yáng)光透過(guò)窗戶直接照射進(jìn)來(lái)，最大程度地獲得能量，所以窗戶面向太陽(yáng)的朝向也是采熱的重要因素。北方的冬季太陽(yáng)高度角低，可以讓陽(yáng)光從南面的窗戶進(jìn)入室內(nèi)；朝東向的窗戶，可以種植落葉樹木，使夏天減少陽(yáng)光照射而允許冬天得熱。夏季北方太陽(yáng)高度角升得很高，只有很少的陽(yáng)光從南面射進(jìn)來(lái)，但要防止西曬，可設(shè)置遮陽(yáng)設(shè)施或進(jìn)行綠化來(lái)減少太陽(yáng)輻射。
　　2.2 提高窗戶縫隙的氣密性，減少冷風(fēng)滲透量
　　在冬季采暖季節(jié)，由于風(fēng)壓和熱壓的作用，室外冷空氣通過(guò)窗戶縫隙不斷進(jìn)入室內(nèi)，如窗戶密閉性不能達(dá)到規(guī)定要求，應(yīng)加強(qiáng)氣密措施�？諝鉂B透量與窗戶的開(kāi)啟方式、密封條設(shè)置、窗框構(gòu)造、制作和安裝質(zhì)量等因素都有關(guān)系。改善型材斷面形狀，使窗戶開(kāi)啟縫隙寬度縮小，增加扇框搭接量可以取得氣密性能較好的效果。如鋁和塑料門窗由于型材是擠出成型，可以任意設(shè)置溝槽，用來(lái)鑲嵌玻璃和密封條，只要所采用的密封措施得當(dāng)，采用的密封條的斷面合理、軟硬適度以及整窗的組裝質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求，其氣密性容易達(dá)到二、三級(jí)，好的可達(dá)到一級(jí)。但冷風(fēng)的滲透量也與窗型有關(guān)，對(duì)于開(kāi)啟窗來(lái)說(shuō)，大多數(shù)空氣滲透是在扇和框之間或兩個(gè)推拉扇之間發(fā)生，可以開(kāi)啟的窗有很多種，其中空氣滲透最小的是上懸窗、平開(kāi)窗和使用壓條的推拉窗。固定窗往往具有最低的空氣滲透率，但如果是結(jié)構(gòu)裝備不良的固定窗，在中空玻璃與窗扇之間也會(huì)發(fā)生較大的空氣滲透。在窗戶安裝完成前，這些部位應(yīng)該進(jìn)行密封和絕熱處理[2]。
　　2.3 增加玻璃層數(shù)，選擇節(jié)能玻璃品種
　　玻璃約占窗面積的70%～90%，所以玻璃節(jié)能很關(guān)鍵。平板玻璃、鍍膜玻璃、中空玻璃、Low-E中空玻璃都有節(jié)能效果，但在不同情況下要求窗的功能不一樣，所以玻璃選用也應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要而定。
　　1）在寒冷地區(qū)最經(jīng)濟(jì)的是采用單框雙玻璃，其傳熱系數(shù)可由單層玻璃的5.8W•m-2•K-1(玻璃厚度不同數(shù)值有差別)降至3.0w•m-2•K-1，改善熱工性能比較明顯。但如采用三�；騿紊劝惭b中空玻璃或惰性氣體的中空玻璃，可進(jìn)一步提高窗戶的保溫性能。中空玻璃最主要的優(yōu)點(diǎn)是隔熱、保溫，兼有防結(jié)露、隔音等性能。它能減少室內(nèi)冷暖空氣對(duì)流，保持室內(nèi)溫度均勻、環(huán)境舒適。
　　2）在玻璃品種選擇上，可選用具有節(jié)能與環(huán)保概念的低輻射(Low-E)玻璃[3]。這種玻璃具有傳熱系數(shù)低和反射遠(yuǎn)紅外輻射的特點(diǎn)，它可將冬季室內(nèi)暖氣、家用電器及人體發(fā)出的熱量反射回室內(nèi)，并通過(guò)降低玻璃自身的熱傳導(dǎo)獲得極佳的保溫效果。從而有效降低采暖能耗。此外，北方地區(qū)合理設(shè)計(jì)窗戶可活動(dòng)的窗戶挑檐或采用遮陽(yáng)措施，減少玻璃的日照面積，也能起到降低空調(diào)能耗的作用。

　　3．我國(guó)窗戶節(jié)能技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
　　近幾年，我國(guó)建筑規(guī)模迅速擴(kuò)大，預(yù)計(jì)在21世紀(jì)頭20年內(nèi)，建筑業(yè)仍將迅速發(fā)展，到2020年，全國(guó)房屋建筑面積將達(dá)686億m2，其中城市為261億m2。因此對(duì)研究開(kāi)發(fā)、應(yīng)用以及普及經(jīng)濟(jì)型節(jié)能窗和中高檔節(jié)能窗有很好的發(fā)展前景。
　　盡管我國(guó)在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中已明確提出了對(duì)于窗戶性能指標(biāo)的規(guī)定，但是在實(shí)際應(yīng)用及操作時(shí)，還需要完善一些工作，如部分窗戶性能的測(cè)試需要有統(tǒng)一的方法和軟件、測(cè)試設(shè)備或裝置；要有授權(quán)的機(jī)構(gòu)來(lái)操作并發(fā)放檢測(cè)證書；企業(yè)提供的窗戶產(chǎn)品應(yīng)有性能標(biāo)簽；性能標(biāo)簽由哪個(gè)單位來(lái)組織、發(fā)放；國(guó)家是否對(duì)高質(zhì)量、高能效的窗戶產(chǎn)品給于節(jié)能標(biāo)簽等。所以，窗戶性能體系應(yīng)包括：節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中的性能指標(biāo)，產(chǎn)品的標(biāo)識(shí)指標(biāo)，以及節(jié)能認(rèn)證指標(biāo)[4]。這是保證實(shí)施建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及推進(jìn)建筑節(jié)能工作、推動(dòng)節(jié)能窗技術(shù)進(jìn)步十分重要的一環(huán)。也是將來(lái)一段時(shí)時(shí)間里我國(guó)節(jié)能窗技術(shù)提高與改善關(guān)鍵所在。

　　4．結(jié) 語(yǔ)
　　總的來(lái)說(shuō)，北方寒冷地區(qū)，對(duì)節(jié)能窗在技術(shù)上基本要求是保溫性能好，所以對(duì)窗戶傳熱系數(shù)要求較嚴(yán)。在采用節(jié)能技術(shù)時(shí)，應(yīng)該注意各種節(jié)能技術(shù)的綜合運(yùn)用帶來(lái)的節(jié)能效果不一定是累計(jì)的，同時(shí)使用的兩種技術(shù)所帶來(lái)的節(jié)能改善也不一定是二者之和。在某些情況下，有些技術(shù)相互排斥，有些使用一種技術(shù)不能同時(shí)使用另一種技術(shù)。所以更需要進(jìn)一步提高節(jié)能窗技術(shù)的研制和開(kāi)發(fā)水平，并在此基礎(chǔ)上積極向可利用自然能源方向發(fā)展，并利用各種輔助設(shè)備或裝置與建筑的其它系統(tǒng)連接起來(lái)，綜合、全面考慮尋求最佳的建筑節(jié)能方案，從而滿足節(jié)能要求。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]  郭利眾. 建筑節(jié)能途徑的探討. 內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì). 2000.3:73-74.
　　[2]  毛艷  劉加平.寒冷住宅地區(qū)窗戶節(jié)能技術(shù) 2006.36(1):11-13.
　　[3]  郝強(qiáng).談窗戶節(jié)能措施.山西建筑 2003. 29(18):68-69.
　　[4]  郎四維.窗戶性能指標(biāo)體系與建筑節(jié)能.建筑節(jié)能 2006 43.
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