提高PVC塑料门窗保温性能的措施

余华林

【摘 要】当今我国能源消耗巨大，其中建筑能源消耗约占全国能源消耗总量的1/4，是能源消耗的一大部分，而建筑主体能耗的一半都来自于建筑外门窗的消耗。塑料窗的保温性能直接影响到建筑物的能量消耗量，提高门窗的保温性能能直接拉低建筑能耗，其原因在于建筑门窗是建筑外围结构保温性能最薄弱的部分。本文通过分析建筑外窗的能量消耗原因，门窗结构等指出了PVC塑料门窗保温性能低的原因，提出了优化窗框结构和窗玻比等提高保温性能的措施。

【关键词】PVC；塑料门窗；保温性能

0 前言

据调查研究，从20世纪70年代末到今年，随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善，我国建筑能耗总量而逐年上升，从10%增加到27.45%，而随着时代发展，我国建筑能耗比例还会上升，据估测会到全国总能耗的33%左右。而建筑门窗保温是减少建筑能耗的重要命题，由于PVC材料有气密性、水密性、隔声性能、耐候、耐冲击、耐腐蚀及阻燃等多种良好性能，建筑门窗普遍使用PVC塑料。因此，提高PVC塑料门窗保温性能有很大必要。

1 影响PVC塑料门窗保温性能的因素

1.1 空气热量交换

对流传热是具有热能的气体或液体在移动时所进行的热交换现象。对于建筑外窗，主要是由窗扇、窗框间缝隙的气体渗漏以及中空玻璃中间气体层的流动引起热量交换。由于塑料门窗窗框之间存在缝隙，窗扇上下形成了明显的对流交换，室内外空气的温差形成了冷热空气的对流。室内外温差越大，空气对流引起的热量散失越多。由于温度差异的大小差别，主要是冬夏季对流引起的空气热量交换，在全年中对流引起的空气热量交换产生的热量消耗比例较大。冬季围护结构薄弱部位内表面温度过低，建筑通过围护结构即PVC塑料门窗向外散失热量；夏季围护结构内表面温度过高，室内外空气由于温差较大形成了热作用，通过房屋围护结构传入室内。引起空气热量交换的主体是玻璃、框和玻璃间隔条及间隔层之间缝隙中的空气，缝隙越大，空气对流引起的热量散失越多。

1.2 太阳辐射

辐射是热量以波的形式由一个物体转到另一物体的现象。可见光、红外线、紫外线等多种不同波长的光波组合形成了太阳辐射，在夏天，太阳光透过玻璃的量非常多，原因在于一般的玻璃能让可见光和红外线高效率的通过，并且因太阳辐射产生的热量散失远远比因为温差、對流等产生的热量散失多得多。玻璃面积一般都占窗户面积的80%以上，因此透过建筑门窗的热量远多于从门窗缝隙和窗框散热。所以技术改革，寻求更好的设计方式和措施减少能透过玻璃的太阳辐射是夏冷冬热地区建筑设计的第一要务。一般来说，透过窗户的太阳辐射的量根据窗户的朝向有所不同。人们一般都希望冬天从太阳辐射中吸收热量，夏天减少太阳辐射从热减少热量传递。而当前普遍使用的玻璃热阻值很小，达不到这种要求。

1.3 门窗材料热量传导

传导是物体内部的热量由高温侧向低温侧转移的现象，传热量的多少与物体的传热系数及物体体积（面积）有关。中通玻璃的热能传导能在两层玻璃之间的隔层材料中进行，而现在普遍使用的事单层玻璃，只能从窗框和玻璃中进行传导。从传热热阻值方面来看，墙体的阻值远远大于门窗的传热阻值，所以，随着窗墙的面积比值的增大，建筑的能耗也增大。热传率是反映材料传导能力的物理量，是其固定的导热系数，建筑学定义为单位温度梯度（在1米2单位面积温度降低1开）在单位时间内经单位导热面所传递的热量。门窗的传热系数这是单位时间内通过单位面积的传热量。它表明传热系数越大，通过门窗的热量散失越多。而门窗的热量传导值就与上述两物理量有关。

2 提高PVC保温性能的措施

2.1 合理设置窗框结构

窗框表面积与整窗面积之比称作窗框比，其值取决于窗立面设计、窗框面积以及整窗面积。为保证建筑的安全，窗框比不得小于25%，大多数窗户的窗框比都低于35%，极少部分特殊要求的建筑超过40%。窗框的分段是确定最优窗框结构的重要一步，整窗的分段方式决定于框截面，框截面的个数决定了计算传热系数和对应框和玻璃传热系数的方法，值得重视的一点是，两窗框相接之处忽略不计。窗框结构设计对提高保温性的重大影响是毋庸置疑的，因为塑料窗的传热系数随窗框结构的不同也会有所变化，当前普遍采用的PVC窗框结构分为双腔和多腔。从对塑料窗内传导作用（对流、辐射和导热）的削弱效果来说，多道腔壁更明显，因为多道腔壁封闭空腔的效率更高，则对通过窗户的辐射传热强度削弱效果更大。经过多年来的发展，塑料窗的单腔结构已被完全淘汰，二腔结构的使用也大大减少，目前普遍使用的是三腔结构和四腔结构的窗框，因为从提高窗框的隔热性能方面来说，三腔和四腔结构远远优于单腔和二腔结构。窗立面的分割也是窗框结构设计的一重要步骤，若无特殊要求，大断面技术材料不宜用于小窗户，窗立面的分割次数也不宜过多。

2.2 选择合理传热系数的玻璃

虽然整个建筑能耗降低不只取决于某一元素，但门窗辐射传热是能量散失的一大部分。即使玻璃的导热系数低到0.8，但由于玻璃面积至少占整窗面积的65%，多则达到75%之多，因此合理选择门窗玻璃，减少在热辐射方面带来的热量散失尤为重要。玻璃种类的不同决定它们传热性能的不同，从建筑学上来说，玻璃节能以传热系数度量，传热系数越小，保温性能越好，节能价值越高；反之，保温性能越差，节能价值越低。经多方面的研究数据可得，就传热系数来说，单片玻璃最高，因此，从减少能耗的目的出发，节能门窗不适合安装单片玻璃，而中空玻璃的传热系数虽然不是所有玻璃中最低的，但从多方面考虑，中空玻璃是适合做节能门窗的。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。中空玻璃的两片玻璃之间有足够的缝隙，能有效减少空气流动的对流和传导带来的能量消耗，所以它的隔热能力远远优于单玻。简言之，中空玻璃具有很好的蓄、保温作用，节能效果非常显著因此在建筑中，尤其是寒冷地区的建筑，门窗中最好选择中空玻璃。

2.3 设置最优框玻比

一般玻璃面积都占整窗面积的80%以上，因此窗框的传热占门窗传热的比例并不大。所以，除了合理设置窗框结构和选择合理传热系数的玻璃，设置合理的窗玻比也是提高门窗保温性的另一重要措施。门窗耗能的另一表征是窗户的热工性能，它取决于玻璃的传热。窗玻比是窗户/门与玻璃的面积比例，玻璃与窗框/门框的传热系数不同，因此，选择合理窗玻比能有效降低门窗散热量。窗玻比的确定并没有固定的公式，因为纬度高低、气候变化都会影响窗玻比值的确定。总的来说，多种因素的综合决定了窗玻比的值

3 结语

随着国民生活质量的普遍提高，我国总能耗值逐年增高，并且一直呈上升趋势，我国陷入了严重的能源危机。鉴于建筑能耗占总能耗的很大一部分，而塑料门窗散热又占建筑能耗的将近一半，因此提高PVC塑料门窗的保温性能非常之重要。当前我国PVC塑料门窗保温性能差的原因主要在于空气热量交换、太阳辐射和门窗材料之间的热量传导，经研究发现，要解决以上问题的关键在于合理设置窗框结构、选择合理传热系数的玻璃和设置最优框玻比等措施。当然，这些措施能发挥的作用有限，但科学在不断进步，会有更多合理的解决方式出现。

【参考文献】

[1]张家猷.提高建筑门窗保温性能的途径[J].塑料门窗，2004（3）.

[2]建设部建筑节能办公室.建筑节能技术标准规范汇编[M].北京：中国建筑工业出版社，2003（5）.

[责任编辑：田吉捷]