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建筑门窗节能关键性技术措施

发布日期:2014-12-17 浏览人数:

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    衡量建筑是否节能,主要考虑三个要素,即热量的流失(热量的交换)、热量的对流以及热量的传导和辐射。热传导是由门窗使用的材料本身分子运动而进行的热量传递,通过材料本身的一个面传递到另一个面,导致热量流失;辐射主要是以射线形式直接传递,导致热量流失;对流是通过门窗的间隙造成热冷空气的循环流动,通过气体对流使得热量交换,导致热量流失。门窗的热量流失主要通过以下方式:型材热量传导损失、通过玻璃的辐射热量损失、通过门窗缝隙的空气对流热量损失。因此,提高建筑门窗节能效果可采取以下关键性技术措施。
    1、选择合适的朝向和窗墙面积比,减少太阳辐射传热
  根据太阳高度角和方位角的变化规律,建筑的南向开窗夏季可以减少太阳辐射得热,冬季可以增加太阳辐射得热,是最有利的建筑朝向。比如:我们所处的地方(苏州)夏季的主导风为东南风,东南向建筑有利于自然通风,而太阳辐射得热又不是很强,所以在苏州,东南朝向是推荐朝向。
  为了避免开窗面积过大影响建筑能耗,在建筑节能的相关标准中,对建筑物的开窗作了要求,即窗墙面积比。其含义为:整栋建筑外墙面上的窗及阳台门的透明部分的总面积与整栋建筑的外墙面的总面积之比。这里窗的面积强调的是透明部分的面积,即具有采光功能部分窗的面积,假如开窗的背面设有墙体或遮挡不应计入窗面积。
  通常窗户的传热热阻比墙体的传热热阻要小得多,因此,建筑的冷、热耗量随窗墙面积比的增加而增加,相反,窗墙面积比设计越小,热量损耗就越小,节能效果越佳。一般而言,不同朝向的太阳辐射强度和日照率不同,窗户所获得的太阳辐射热也不相同,南、北朝向的太阳辐射强度和日照率高,窗户所获得的太阳辐射热多。GB50176-1993《民用建筑热工设计规范》规定采暖居住建筑当墙体按最小传热阻设计时,各朝向窗墙面积比为:北向不大于0.20;东、西向不大于0.25(单层窗)或0.30(双层窗);南向不大于0.35.
    2.选用适宜的窗型,减少热量对流
  门窗窗型是影响节能性能的第一要素。常用窗型一般为推拉窗、平开窗,推拉窗的节能效果差,而平开窗的节能效果优越。推拉窗在窗框下滑轨来回滑动,上部有较大的空间,下部有滑轮间的空隙,窗扇上下形成明显的对流交换,热冷空气的对流形成较大的热损失,此时,不论采用何种隔热型材作窗框都达不到节能效果。
  平开窗的窗扇和窗框间一般有橡胶密封压条,在窗扇关闭后,密封橡胶压条压得很紧,几乎没有空隙,很难形成对流,热量流失主要是玻璃、窗扇和窗框型材本身的热传导、辐射散热和窗扇与窗框接触位置的空气掺漏,以及窗框与墙体之间的空气渗漏等。
  通常,平开窗保温性能要高于推拉窗20%左右,因为窗户的冷风渗透耗热量在整窗耗热量中占有一定比例(约10%~30%),而平开窗气密性要高于推拉窗1~2个等级,所以,从节能角度考虑,应尽量选用平开窗。
    3.合理选用中空玻璃,控制辐射热量
  在窗户中,玻璃面积占窗户面积的65%~75%,它主要是通过热辐射使得能量的损耗,所以我们在选择建筑门窗玻璃时,就得合理的选择玻璃,来控制通过门窗的辐射传热,从而保证整体建筑的节能效果。
  玻璃节能以传热系数考核,传热系数越小,保温性能越好,节能越高;传热系数越大,保温性能越差,节能越低。各种不同的玻璃具有不同的传热性能,如表1所示:表1常见玻璃的传热系数(W/㎡.K)表1常见玻璃的传热系数(W/㎡.K)
  从表1中可以看出,单片玻璃传热系数最高,不适合用于节能门窗,中空玻璃节能性能优于单玻,Low-E中空玻璃节能性能最佳。
  中空玻璃是指两片或多片平板玻璃其周边用间隔框分开,并用密封胶密封,使玻璃层间形成有干燥气体空间的产品。由于在两片玻璃之间形成了一定的厚度并被限制了流动的空气或其他气体层从而减少了玻璃的对流和传导传热,因此,它具有较好的隔热能力。
  低辐射玻璃(又称Low-E玻璃)具有良好的光谱选择性,在大量通过可见光的基础上,能阻挡相当部分的红外线进入室内,特别是远红外线几乎完全被其反射回去而不透过玻璃,既保持了光线高透过率,又在很大程度上减少室内热负荷,能够阻断热量通过玻璃的传输,具有良好的节能的效果。
  由LOW-E玻璃组合而成的中空产品,其阻热性能可以比普通中空玻璃提高一到二倍以上,具有极佳的阳光控制和热控能力。在炎热的夏季室外温度高于室内温度,LOW-E中空玻璃可以防止室外热量辐射到室内,在寒冷的冬季由于室内温度比室外温度高,LOW-E中空玻璃可以防止室内温度向室外辐射,并防止温度的扩散损失。LOW-E中空玻璃良好的隔热作用,使之成为节能门窗玻璃最为理想的选择。
4.选用合适的窗框材料,降低热量传导
  窗用型材约占外窗洞口面积的15%~30%,是建筑外窗中能量流失的另一个薄弱环节,通过窗框的热损失在窗户的总热损失中占有一定的比例,因此,窗用型材的选用也是至关重要的。窗框材料的导热系数决定门窗不同的能耗,导热系数越大,传热能力越强,能耗越大。我国常用的窗框材料有铝合金、PVC塑料、钢材、断热铝合金等,表2列出了4种窗框材料的导热系数。
  由表可知,PVC塑料材质的导热系数最低,有利于隔热,但其强度、耐久性、防火等都不及铝合金材料,况从环保的角度考虑,塑料型材在锯切时会放出毒烟雾,火灾时放出有毒气体“二恶英”,属于不环保产品,不推荐使用。钢材的导热系数非常大,热传导很快,不利于节能。铝合金型材对紫外线、可见光、红外线有很好的反射能力,其表面的反射能力与表面状态和颜色有关,对热辐射的反射能力最高可达90%,这对于阻隔太阳辐射热是很有利的,但铝合金的导热性能很高,也不利于节能。
  为避开铝合金自身的不足,开发了断热铝合金型材,断热铝合金型材的原理是在铝中间穿入隔热条,将铝型材断开形成断桥,有效阻止热量的传导,它不仅保留了铝型材的优点,同时也大大降低了铝型材传热系数,节能效果比较好,是门窗节能的最佳选择。
  隔热型材的生产方式主要有两种,一种是采用隔热条材料与铝型材,通过机械开齿、穿条、滚压等工序形成“隔热桥”,称为隔热型材“穿条式”;另一种是把隔热材料浇注入铝合金型材的隔热腔体内,经过固化,去除断桥金属等工序形成“隔热桥”,称为“浇注式”隔热型材。隔热型材的内外两面,可以是不同断面的型材,也可以是不同表面处理方式的不同颜色型材。
  但受地域,气候的影响,避免因隔热材料和铝型材的线膨胀系数的差距很大,在热胀冷缩时二者之间产生较大应力和间隙;同时隔热材料和铝型材组合成一体,在门窗上,同样和铝材一样受力。因此,要求隔热材料还必须有与铝合金型材相接近的抗拉强度、抗弯强度,膨胀系数和弹性模量,否则就会使隔热桥遭到断开和破坏。
5.提高门窗的密闭性,减少空气对流传热
  门窗的气密性是指在门窗关闭状态下,阻止空气渗透的能力。门窗气密性等级的高低,对热量的损失影响极大,室外风力变化会对室温产生不利的影响,气密性等级越高,则热量损失就越少,对室温的影响也越小。因此,提高门窗的密闭性,减少冷风渗透,也是提高窗户节能性的一种途径。
  居住建筑和公共建筑窗户的气密性,在GB50176-1993《民用建筑热工设计规范》规定:在冬季室外平均风速大于或等于3.0m/s的地区,对于1~6层建筑,不应低于现行国家标准《建筑外窗空气渗透性能分级及其检测方法》GB7107规定的Ⅲ级水平;对于7~30层建筑,不应低于上述标准规定的Ⅱ级水平;在冬季室外平均风速小于3.0m/s的地区,对于1~6层建筑,不应低于上述标准规定的Ⅵ级水平;对于7~30层建筑,不应低于上述标准规定的Ⅲ级水平。
  空气渗透主要在窗框与窗扇之间,扇框与玻璃之间,窗框与墙体之间进行。采用理想的密封条可以最大限度减少窗框与窗扇之间、窗框与玻璃之间的空气渗透。密封条以材料分有橡胶条、塑料条或橡塑结合;以形状分有条状、刷状、片状;固定方法有粘贴、挤紧或钉接等。密封胶条必须具有足够的拉伸强度、良好的弹性、良好的耐温性和耐老化性,断面结构尺寸要与门窗型材匹配。
  因为质量不好的胶条耐老化性差,经太阳长期暴晒,胶条老化后变硬,失去弹性,容易脱落,不仅密封性差,而且造成玻璃松动产生安全隐患。洞口密封材料的质量直接影响窗框与墙体之间的密封,既影响着房屋的保温节能效果,也关系到墙体的防水性能,因此,也须正确选用洞口密封材料。
  门窗框的四边与墙体之间的空隙,通常使用聚氨酯发泡体进行填充,此类材料不仅有填充作用,而且还有很好的密封保温和隔热性能,另外应用较多的密封材料还有硅胶、三元乙丙胶条。当窗户的密封性能达不到节能标准要求时,应当采取适当的密封措施,例如在缝隙处设置橡皮、毡片等制成的密封条或密封胶,提高窗户的气密性。
6.结束语
  随着我国建筑节能标准相继出台,节能门窗越来越受到市场的青睐。近年来,我国在节能门窗的研究开发和技术引进方面做了大量工作,总体上说门窗节能有较大提高,但与先进国家相比,仍有较大差距,我们应借鉴国外先进技术,结合我国国情进行实际研究,提高门窗档次,以满足建筑节能发展的需要。
(来源:良友节能)


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