浅谈建筑外窗节能应注意的问题和技术措施

一 前言

众所周知，能源问题是当前世界各国普遍重视的问题。在全世界总的能源消耗中，建筑能耗约占25%～40%。节约能源,保护环境,是我国的一项基本国策。我国从1988年实施节能30%的设计标准，1998年开始实施节能50%的设计标准，到2000年节能50%的建筑设计已经基本在全国大城市得到普及，但我国现行建筑节能技术指标与国外的差距如下(以北京地区为例)：（见表1）

外窗是建筑围护结构的组成部分,是围护结构保温的薄弱环节，外窗的保温效果直接影响到建筑物的节能性能。如果要求外窗性能满足节能达到65%的第三步目标，大大提高室内居住的舒适度，外窗的传热系数值需要需据窗墙比测算而确定，达到2.5W/m2.K以下才能满足这样的要求，而要达到这样的目标，必须在外窗的设计、制作、安装三个阶段充分考虑节能的要求。

二 衡量外窗性能的指标

外窗是由型材、玻璃、五金配件以及其它附件组成。衡量节能窗性能的指标包括四个方面：隔热保温性能、阳光得热性能、采旋光性能、空气渗漏的防护性能等。随着生活水平提高，外窗的热舒适性能、噪声舒适性能、寒冷地区外窗凝露性能也逐渐被人们认识。

三 外窗在设计上应考虑的问题

（一）影响门窗获得能量的因素：外窗的位置和方向、外窗产品的设计(外窗孔道的数量)、使用的玻璃种类、内部和外部阴影的数量。

（二）影响门窗热损失的因素：在外窗上能量的传递方式主要是：辐射传递、对流传递、传导传递，另外空气渗漏也是外窗能量损失的重要组成部分。只要合理配置就能实现对通过外窗进行热量交换的过程控制。

1.辐射、对流和传导传递：

这部分传递一般主要通过提高外窗材料配置解决。外窗上散失热量主要通过玻璃（以传导、辐射形式）、玻璃的间隔层材料（对流形式）和边部的密封条、窗框（以传导形式）、以及开启扇、窗框结构（以空气渗漏形式）。

外窗中通过玻璃的辐射热损失占外窗总热损失的2/3左右，普通的玻璃很容易将热量发射到冷的表面（普通玻璃的辐射率约为0.84），将玻璃表面的发射率降低可以减少玻璃的辐射传热即使用Low-E玻璃可以减少辐射传热（Low-E玻璃的表面辐射率在0.01-0.15之间）。

外窗上的传导热损失主要是通过中空玻璃边部和窗框发生的，通过改进边部材料，使用更绝缘的边部窗框材料如塑料外窗型材或者是铝合金断桥隔热型材以及中空玻璃边部密封材料如采用暖边密封系统，增加外窗型材腔体设计可以有效地减少传导热损失。不同的型材具有不同的隔热系数，虽然铝合金材料本身的导热系数是塑料材料导热系数的2000倍，虽然经过加工处理后的型材本身的差异就没有这么高了，但一些地区，采用铝合金或者铝合金断桥中空玻璃窗，很难达到当地节能标准的一级，甚至要达到二级也是很困难的事情，选用PVC窗就可以达到，其中主要原因是窗框材料导热性能的影响，毕竟窗框材料在整个外窗中占有约25%的比例份额，因此窗框材料的导热性能成为决定外窗是否能够达标的关键因素。

对流热损失主要在通过中空玻璃内部间隔气体运动产生的，如果间隔层太小通过空气的热传导是很大的。如果空气间隔层太大，那么在室内侧暖玻璃表面的暖空气就会上升而室外侧冷玻璃表面的冷空气就会下降，形成对流，将室内的热量流失。一般来说，对普通白玻内含空气的中空玻璃来说，中空玻璃空气层的最佳距离为12-16mm。通常使用特殊气体如氩气、氪气减少对流损失，它们共同的特点是性能稳定、不活泼并比空气导热性小，在所有惰性气体中，氩气最丰富，在空气中约占1%，提取比较容易，应用起来最经济，氪气在空气中的含量比较稀少，所以很少在实际生产中使用。

2.空气渗漏：

这部分技术控制主要通过加工工艺、外窗开启形式以及安装技术手段解决。不论冬季还是夏季，外窗能量损失多数是因为空气渗漏造成的，对开启窗来说，大多数空气渗漏是在扇和框之间发生或者两个推拉扇之间。较大面积的窗往往泄露少的空气，在结构装配很差的固定窗上，主要在中空玻璃与扇之间密封处发生空气渗漏。固定窗往往具有最低的空气渗漏速率。在开启窗中，空气渗漏最小的是上悬窗、平开窗和类似的使用特殊压条的推拉窗。如开启窗装配质量较差，窗框周边和洞口之间没有很好地堵缝或者使用泡沫绝缘密封，就会发生空气渗漏，在外窗彻底安装完成前，这些部位应该密封和绝缘处理。

四 高效节能窗的制作和安装

能量是双向通过外窗的，白天，南面外窗通常以辐射形式获得太阳能；而在夜晚通过对流、辐射和传导会流失能量。北面窗通常是通过对流和传导流失能量；东面和西面窗在冬季往往是不确定的，然而在夏季，西面窗是纯粹获得能量的部位，往往引起过热，导致玻璃炸裂及得热过多等各种现象发生。

在不考虑外窗安装朝向的情况下，通过合理配置外窗组成，可以提高外窗的隔热节能特性，这些措施包括：根据不同的使用地点，选择合理的阳光遮蔽玻璃，控制通过外窗的辐射传热、加大中空玻璃间隔层内气体比重，降低对流传热、选择低传导的中空玻璃边部间隔材料和隔热窗框材料，控制通过外窗的传导传热等等，具体分析如下：

（一）合理选用原片玻璃，控制通过外窗的辐射传热

透明外窗玻璃很容易使太阳光通过，然而，因为透明玻璃具有较高的辐射率，在晚上同样会以辐射热流失的形式向室外发射红外线能量。在选择原片玻璃时，应该根据不同的地区选用不同的玻璃形式，如阳光照射强的地区，选用低透过的镀膜玻璃或吸热玻璃作为原片玻璃，控制阳光进入室内；而在较寒冷地区，选择高透过的白玻或镀膜玻璃，尤其是Low-E玻璃做原片，防止室内热量流失，从而提高中空玻璃的使用效果。在南方地区，适合使用带颜色的中空玻璃，因为虽然改变了玻璃的颜色，但是中空玻璃的K值是没有变化的，仅仅是改变了玻璃的遮阳系数，起到了控制阳光的作用。在北方地区，考虑的多数是冬季采暖问题，应该选择高透过率的原片玻璃。使用Low-E镀膜玻璃通常会损失一些太阳光，略微减少阳光热获得，但是通过夜晚优异的隔热性能改进，在北方地区可以大大地补偿阳光得热。另外使用Low-E镀膜玻璃还可以减少紫外线的通过，可以减少室内物品褪色的可能。

（二）改进中空玻璃间隔层内气体性能

外窗及中空玻璃技术的一个改进是中空玻璃内部充入气体，对充入气体的要求是具有稳定的特性。通常氩气和氪气是最普遍的选择。由于氩气在空气中的比例很高，提取容易而且价格也相对便宜。在两层玻璃之间充入氩气可以减少热传导损失，减少对流损失。氪气的性能较氩气稍微好一些而且在小的间隔层内使用（约8mm），效果较好，但是氪气价格较贵。相对来讲，窄的间隔层需要的气体量少，而且多层窄的间隔层可以减小玻璃受压力破碎的可能。一般来讲，在白玻中空玻璃间隔层内充入足够比例（约90%以上）的氩气，可以降低K值约5%，而在Low-E中空玻璃内部充入惰性气体，可以降低15%左右。

（三）选用低传导中空玻璃间隔层

在Low-E镀膜减少辐射损失、充气减少对流和传导损失时，外窗玻璃周边的间隔条成为控制热量流失的薄弱环节。大多数间隔条使用的是传统的铝管，虽然重量轻，但的热传导性强，从能量效率观点出发，低传导中空玻璃间隔条可以提高外窗内玻璃底部表面的温度,有效减少玻璃表面的结露。降低了热传导性能的暖边中空玻璃可以使外窗视线范围内的玻璃内表面温度升高3℃-4℃或者使窗框周边一英寸的位置升高2℃-4℃，这是很重要的改进。目前，在国内市场上由于高性能多层中空玻璃外窗的不断发展，改进中空玻璃边部密封间隔系统的隔热性能已经变得越来越重要。

（四）选用隔热性能好的窗框材料

窗框材料是整个外窗中能量流失的另一个薄弱环节，整个外窗中约1/4面积是窗框材料。窗框材料对中空玻璃的性能影响较大，外窗的K值一般是由窗框材料面积的K值、玻璃边部的K值及玻璃中央的K值经过加权平均计算出来的。如果选用的窗框材料不同，那么整个外窗的K值就会差别较大。具体如何选用窗框型材，需要根据不同的使用地点和用户的需要进行设计。

（五）提高外窗的安装水平

外窗的安装质量好坏，不仅能够影响外窗产品的使用寿命及空气渗漏产生重大的影响，还会对外窗结露控制产生极大的影响，因此，提高安装技术，也是提高外窗性能的重要措施。一般来讲，外窗的安装遵循下面的原则：

1.为了减少外窗结露，外窗安装应与墙体的保温措施相匹配；

2.将窗框与洞口开口之间的周边的缝隙做绝热密封处理；

3.在室内侧，密封窗框与洞口开口之间的连接处。

现在我们可以了解到，不能一提到选用的窗框材料的隔热性能好坏或者玻璃K值的大小就断定外窗整体保温性能的好坏，而是要根据外窗的形式及综合配置而定。窗框材料对阳光获得具有重要的影响，一般强度大的材料可以制成窄的框、扇面积，象断桥铝合金和玻璃钢材料，这样可以允许更多玻璃面积的阳光获得，这种型材被称为低断面型材。对于塑料外窗来讲，采用低断面型材会出现焊角或者是型材断裂方面的缺陷，尤其是在温度低于15℃的冬季，这样情况出现的频率会更多，所以低断面型材多数是金属型材的设计要考虑的因素。