影响门窗保温性能的因素及改进措施

张啸龙

摘 要：建筑门窗作为建筑外围护结构的一个重要组成部分，是连接室内外的建筑结构，具有隔绝空间的作用。建筑门窗是否具有良好的隔热保温性能，减少室内能源损耗，在建筑节能中具有举足轻重的作用。现在市面上的门窗品种繁多，现对影响门窗保温性能的因素及改进措施作简单的研究分析。

关键词：门窗；保温性能；建筑节能

1 引言

门窗的传热系数（即保温性能）是指在单位时间内通过单位面积的传热量。传热系数越大，热损失就越大，保温性能就越差。通过门窗的热量的损失方式有三种：（1）对流：冷热空气通过门窗的缝隙相互流动，由气体流动造成热量交换，导致热量损失。（2）传导：是门窗本身材料的分子运动进行的热量传递，从材料的一个面传递到另一个面，导致热量损失。（3）辐射：主要通过玻璃以射线型式传播，不依靠任何介质，导致热量损失。门窗保温性能的优劣，取决于两方面：第一：门窗外框、门窗扇框（一下简称框体）是什么材料，是否具有隔热保温功能；第二：是否使用了中空玻璃。这两点是门窗具备保温性能最基本的要求。经过不完全统计一般居住建筑，通过建筑外门窗损失的能量占建筑总能耗的近5成，显然建筑门窗作为建筑物的一部分，保温性能是最薄弱的，但也是最具有提升空间的。因此提高建筑门窗的保温性能是提高建筑节能的一个重要途径。

2 影响保温性能的因素及改进措施

2.1 建筑外门窗保温性能分级及检测方法

根据GB/T 8484-2008《建筑外门窗保温性能分级及检测方法》规定，该标准基于稳定传热原理，采用标定热箱法检测建筑门、窗的传热系数。试件一侧为热箱，模拟采暖建筑冬季室内气候条件，另一侧为冷箱，模拟冬季室外气温和气流速度。在对试件缝隙进行密封处理，试件两侧各自保持稳定的空气温度、气流速度和热辐射条件下，测量热箱中发热器的发热量，减去通过热箱外壁和试件框的热损失，除以试件面积和两侧空气温差的乘积，即可计算得出试件的传热系数K值。建筑外门、外窗传热系数K值分为10级，见表1。

2.2 门窗材料对保温性能的影响

制作门窗最主要的材料是型材和玻璃，这也是影响保温性能最重要的两个部分。现在具有节能要求的建筑门窗最基本的配置是中空玻璃+隔热型材，其中玻璃占据整个门窗绝大部分面积，所以玻璃的隔热保温性能的优劣直接影响门窗的保温性能。

（1）节能型门窗配置的玻璃必须是中空玻璃，而玻璃的品种、空气层的厚度和气体种类对中空玻璃传热系数的影响也是很明显的。根据DGJ 08-107-2015《公共建筑节能设计标准》附录C中的C.0.2可以看出，见表2。

根据上表可以归纳出以下三点：（1）镀低透光Low-E膜的玻璃传热系数更低；（2）玻璃中间层充氩气的玻璃传热系数更低；（3）三玻两腔中空玻璃比两玻单腔中空玻璃的传热系数更低。针对上述三点，可以总结出提高玻璃传热系数的方法有：（1）选择透光率更低的Low-E膜进行镀膜或者从单面镀膜变成双面镀膜，降低辐射造成的热量损失；（2）在中空玻璃中间的气体层充惰性气体比如氩气Ar，降低气体流动造成的热量传递；（3）改变玻璃结构：使用双层玻璃（中空玻璃）或三层玻璃（三玻两腔），多重阻隔空气流动，减小热量损失。同时，使用高性能的粘结胶，将两片玻璃和内含干燥剂的铝条粘结，制成高效能的隔热玻璃。一旦粘结出现错误，玻璃内部出现漏气漏水的情况，将无法达到隔热效果。其次中空玻璃对密封胶的要求也很高，如果只用单道密封，密封寿命仅为5年，是玻璃幕墙规范中明文规定不准使用的，更何况用普通密封胶，其寿命就更短了，这种做法是不可取的。而且玻璃占整门窗面积的绝大部分，所以保证中空玻璃的质量对门窗的节能效果影响至关重要。

（2）型材的传热系数影响也很大，从保温的角度来讲，型材断面垂直于热流的方向最好是多腔结构，对通过的热流可以起到多重阻隔的作用，型材内部的传热会被大大削弱。但对于金属型材来说，多腔结构对提高保温性能的作用很小，因为金属是热的良导体，传热非常快，所以我们可以用隔热性能较好的材料（比如塑料、木头）隔断在金属材料中，制成复合型材。根据DGJ 08-107-2015《公共建筑节能设计标准》附录C中的C.0.3章节可以看出，见表3。

从上表我们可以知道，木型材的传热系数最低，金属型材的最高。在塑料型材中，型材内部腔体越多，保温性能越好。在金属隔热型材中，隔热条越高，保温性能越好。所以選择适当的型材对提高保温性能有很大帮助。

2.3 门窗气密性能对保温性能的影响

气密性能是指门窗阻止空气渗透的能力，是检测建筑外门窗的一个重要参数，气密性能的优劣直接决定门窗的性能。空气渗透形成对流，空气渗透越大，其对流热损失越大，保温性能就越差。根据GB/T 8484-2008《建筑外门窗保温性能分级及检测方法》中的检测原理可知，在进行保温检测时，需用透明胶带将试件两侧的缝隙进行密封处理，这样处理是为了使冷热箱的温度可以达到稳定状态，方便检测数据的采集，但是这样就杜绝了热量通过缝隙形成对流造成的热损失，与热量实际损失的情况不符。因此，门窗的实际保温性能应该把气密性能造成的对流热损失也考虑进去。

根据GB 50019-2015《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》规定，加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量可按下式计算：

Q=0.28cpρwnL（tn-twn）

式中：

Q ——由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量，W；

Cp ——空气的定压比热容，cp=1kJ/（kg·℃）；

Ρwn ——供暖室外计算温度下的空气密度，kg/m3；

L ——渗透冷空气量，m3/h；

tn——供暖室内设计温度，℃；

twn ——供暖室外计算温度，℃。

其中：

Ρwn=353/（twn+273）

计算时，模拟传热系数检测条件，取室外温度twn=-20℃，得出

Ρwn=1.395 kg/m3。

通过门窗缝隙渗透的冷空气量为：

L=q2×S

式中：

L ——门窗的总空气渗透量，m3/h；

q2 ——门窗的单位面积空气渗透量，m3/（m2·h）；

S ——门窗的面积，m2。

将式2式3代入式1中，可得通过门窗缝隙损失的热量为：

Q=0.28×1×1.395×q2×S×△t

由式4计算可得出，当建筑门窗室内外温差为1℃时，单位面积空气渗透热损失为：

KQS=Q/（S×△t）=0.39q2

因此，实际使用中的门窗的综合保温性能的传热系数K应把空气渗透热损失KQS加上保温检测得到的传热系数K，得出：

K=KQS+ K

根据式6再结合气密性能分级表可以计算出门窗对应的单位面积空气渗透热损失传热系数KQS和综合传热系数K，这里假设门窗K=2.2W/（m2·K），见表4。

从表2可以看出，由于气密性能的不同，空气渗透热损失的差距非常大，气密性能越低，造成的空气渗透热损失越大，实际保温性能也就越低。一个气密性能为6级的门窗的传热系数要比实际的高出1.2W/（m2·K）～1.7W/（m2·K），实际保温性能要比理论值差一个级别，差距非常明显。而要提高门窗的气密性能，可以从以下几个方面入手：

（1）五金件：门窗有时候会出现闭合不严出现漏风等情况，可能是由于五金件的安装位置出现偏差、调试不到位导致的。可以对锁点、支撑杆等五金件进行适当的调整，使门窗可以紧密闭合。

（2）密封条：在实际使用过程中，建筑门窗中密封条的质量问题主要表现在使用不久后变硬变脆，失去弹性和密封功能；或者在受到阳光照射后，出现粘附在窗框和玻璃上的情况，影响密封功能和美观；或短时间内收缩脱槽脱落，失去密封作用，这些都会大大降低门窗的气密性能。使用合格的密封条可以有效延长使用周期，并且与门窗形成一个整体，保证良好的气密性能。

（3）型材：门窗在组装的过程中，型材不平整、拼接处毛糙，会造成门窗出现较大缝隙。型材组装不牢固，也会影响门窗的使用寿命，存在安全隐患。合格的型材应材料强度高、隔热性能高、安装质量高，型材拼接处应作密封处理，保证良好的气密性能。

3 结语

目前，上海门窗保温性能的设计要求已经从原先的K≤2.8W/（m2·K）提高到K≤2.2W/（m2·K），但是和一些发达国家还是有着较大的差距，北欧和北美国家的门窗的保温性能一般是K≤2.0W/（m2·K）的，有的甚至可以达到1.1～1.2W/（m2·K）。我国是一个能耗大国，国家各方面的迅猛发展离不开巨大的能源消耗，地球的资源是有限的，所以節能减排势在必行。建筑门窗作为建筑保温节能的一个弱项，还有很大的发展空间，随着国家经济的发展和人民生活水平的提高，对节能减排的要求会更高更严格，研发更高效的节能门窗将是提高建筑节能的一个重要发展趋势。

参考文献：

[1] 王波，孙文迁.气密性对建筑门窗保温性能的影响[J].新型建筑材料，2012.

[2] GB 50019—2015.工业建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].

[3] GB/T 8484—2008.建筑外门窗保温性能分级及检测方法[S].

[4] DGJ 08-107—2015.公共建筑节能设计标准[S].