外门窗（或玻璃幕墙）选择对建筑节能设计的影响

文｜ 中央军委事务管理总局 翟亚平

建筑节能是国家能源节约的重要手段之一。据资料显示，我国社会总能耗的30%以上为建筑能耗，在建筑外围护结构总能耗中，建筑外门窗（或玻璃幕墙）的能耗约占其能耗的49%左右，通过外门窗（或玻璃幕墙）损失的能量是其中的主要部分。因此，在工程设计中注重和加强建筑物外门窗（或玻璃幕墙）构造形式的深化设计，是改善建筑物热工性能，提高建筑节能的重要途径，而改善建筑外门窗（或玻璃幕墙）的节能性能又是其中的重点。

1 外门窗（或玻璃幕墙）的热工性能和节能设计要求

随着人们建筑理念的变化，建筑外立面越来越多的大面积采用落地玻璃窗或玻璃幕墙。外门窗或玻璃幕墙在建筑物中的作用是多方面的，除需要考虑外立面的美观需求，外围护结构的一部分还担负了保温和隔热作用，还需考虑采光、通风、日照等功能要求。

1.1 外门窗（或玻璃幕墙）的保温功能

在各类建筑中特别是住宅建筑中，通过外门窗（或玻璃幕墙）的热损失占很大一部分。通常，外门窗的面积占到一套房子的15～20%以上，如果设计采用玻璃幕墙则占比更大。现代建筑为了美观和时尚更多采用落地窗和玻璃幕墙，如果没有选用节能标准高的门窗（或玻璃幕墙），由此散失的热能量将高达30～35%以上。通过门窗框与墙体间缝隙的空气渗透和通过门窗自身的玻璃、金属窗框的传热，是外门窗（或玻璃幕墙）热损失的两个主要途径。而窗（含阳台门上部透明部分）墙比、窗扇的开启方式、窗户的构造形式、生产窗户的材料及生产工艺等因素都影响窗户的保温性能。为改善窗户的保温性能，设计中应重点做好以下几方面工作：

（1）控制窗墙面积比

窗墙面积比是指窗洞口面积与所在房间立面单元面积的比值，是建筑节能设计标准的一项重要指标。各类门窗特别是铝合金门窗的传热性较之墙体的热阻要小得多。铝合金单玻门窗的传热系数K值为6w/(m2·K)左右，约为24cm厚砖墙的3倍。因此，建筑中外门窗（或玻璃幕墙）面积的大小及其保温隔热性能的优劣，对建筑的采暖和空调能耗都有很大的影响。研究表明，窗、墙比为50%的房间与30%的房间相比，空调运行负荷要增加17%～25%。大面积窗特别是东、西向大面积玻璃窗对建筑节能极为不利。（见北京市《居住建筑节能设计标准》对不同朝向的窗墙面积比的规定）。

在实践中，一些设计单位为了追求立面效果，应对建设单位的要求，在住宅设计中广泛采取大面积落地玻璃窗或玻璃幕墙，片面的追求美观和采光要求，而忽视了节能指标的要求。一些建设单位为增加使用面积，要求设计人员加大阳台尺寸，整个南面全部设计为全玻璃落地窗封闭阳台。这样一来阳台就形成了一个温室，影响了房间的通风散热效果。一些塔楼的东向和西向的阳台或外窗也设计为较大面积的落地玻璃窗，都大大的增加了建筑能耗。设计中应严格按建筑节能设计要求控制窗墙比。

表1 不同朝向的窗墙面积比M1限值和最大值

（2）提高外门窗（或玻璃幕墙）的热工性能

提高外门窗（或玻璃幕墙）的隔热性能可分为提高窗框部位的隔热性能和玻璃的隔热性能两部分。通过外门窗（或玻璃幕墙）的热损失，它的数值主要取决于构造和材料的导热系数。根据《建筑外窗保温性能分级及检测方法》和北京市《居住建筑节能设计标准》的规定，建筑外门窗（或玻璃幕墙）的传热系数K不宜大于2.8w/(m2·K)。经测算，在北京地区，当外窗K值减小到2.8w/(m2·K)时，冬季从南向外门窗（或玻璃幕墙）进入的太阳辐射热大于通过门窗的热损失，有利于节能。因此，建筑外门窗（或玻璃幕墙）保隔热温性能应符合建筑节能设计标准。在外门窗的设计选型中，一是对材料提出要求，二是对外门窗的构造提出节能要求。设计上提高外门窗（或玻璃幕墙）节能指标的技术措施主要有三方面: 隔断外门窗框（或玻璃幕墙框）的热桥；提高外门窗（或玻璃幕墙）密闭性；增加玻璃层数或玻璃间的间隔，选择具有反射阳光功能的玻璃。针对玻璃能耗大的情况，要正确选择玻璃类型，玻璃占整个成品窗80%左右的面积，正确选用对窗户的节能效果至关重要。可选用的节能玻璃的种类主要有：吸热玻璃、热反射镀膜玻璃、Low-E 低辐射镀膜玻璃、中空玻璃、真空玻璃等，根据节能要求可设计为二层或三层，设计中要合理选用。对于金属外门窗框和副框框料，一定要选用采取了隔断热桥措施的型材。窗户已作为一种商品在市场上表现了丰富的多样性，增加了设计的选择性。建设单位在窗户的采购上往往更多考虑的是造价因素，采用什么规格和形式的窗户现实中往往由建设单位来确定。因此，许多设计单位就只设计了外门窗的尺寸，没有提出节能指标要求，完全由建设单位自行选定，然后再由门窗生产单位进行二次设计。由于受利益的驱动，一些生产商只考虑成本而不考虑节能，致使市场上门窗产品的质量和节能性能良莠不齐，一些建设单位也只图便宜，结果选定的窗户节能很差。设计单位必须要考虑外门窗的节能保温要求，必须就外窗的气密性、保温性能、中空玻璃露点、玻璃遮阳系数和可见光透射比等指标明确提出节能性要求，在工程竣工验收时，设计人员要认真核查各项指标是否满足设计节能要求。

（3）明确窗户的密闭性能指标

由于制造工艺方面的原因，一般窗户（或玻璃幕墙）都会存在一定的缝隙，由于建筑室内外风压、热压差的作用，室外冷空气或热空气渗入室内的量是相当大的。俗语讲“针尖大的窟隆，斗大的风”，因此节能设计中一定要考虑外窗的气密性能。北京市地方标准《居住建筑节能设计标准》规定外窗、敞开式阳台的阳台门（窗）应具有良好的密闭性能，其气密等级不应低于国家标准《建筑外窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》（GB/T7106-2008）中规定的7级水平，并要求作为强制性条文执行。设计中应适当提高窗户的设计标准，尽可能选用密封性能好的平开窗，推广各类专门的通风换气窗，实现可控制的通风换气。从目前的生产工艺水平上看，平开窗的密封性能好于推拉窗。推拉窗由于结构上的缺陷，很难达到节能窗户要求的气密性指标。北京地区风沙大，空气中悬浮颗粒物污染较重，安装推拉窗后由于气密性较差，室内附着灰尘较大，对室内空气质量和室内清洁影响也较大。设计中要强调对外窗的气密性能要求，应根据本地区气候条件选用符合节能标准的外门窗。应当注意的是，真正的节能门窗，不是单一采用了隔热断桥型材或采用了节能玻璃，它是一个系统的完美组合，各环节性能的综合作用，正确的把多种部件合理的组合成系统才是完善的节能门窗。

（4）细部设计要求

为提高建筑节能，特别要注重外门窗（或玻璃幕墙）细部构造的设计。在外保温体系中，出挑构件和门窗框外侧四周与墙体之间的部位易形成“热桥”，此处热损失相当可观，在门窗框与外墙保温层的交接处的设计中应特别注意。设计时应将附墙挑件减少到最小程度，以减少“热桥”面积。外窗尽可能与外墙面平，减少窗框（或玻璃幕墙框）四周的“热桥”面积。外门窗（或玻璃幕墙）的热桥部位应进行保温验算并做好保温处理。在实际工程质量验收过程中发现，这部分是最易被忽视的地方，也是保温质量最无保障的地方。从设计上分析，主要是窗框与墙体的间隔太大，填充的保温材料不易填实，从而形成“热桥“。外门窗框或副框与洞口之间的间隙应设计为弹性闭孔材料填充。对推拉门窗的密封性能和构造形式要严格标准指标。

1.2 注重门窗的遮挡

对于炎热的夏季，外门、窗（或玻璃幕墙）的隔热遮挡应引起高度重视。设计过程中要特别重视建筑物东、西侧开窗的隔热遮挡设计，以最大程度的减少夏季透过窗户直接进入室内的太阳辐射热对室内空调负荷的损耗。因此，除了考虑外门窗（或玻璃幕墙）自身的保温隔热性能（即传热系数小）外，设计中还应充分考虑外门、窗（或玻璃幕墙）的隔热遮阳问题，最大限度的减少通过窗户（或玻璃幕墙）直接进入室内的太阳辐射热。外门、窗（或玻璃幕墙）有隔热遮档时，可以减少通过窗户入射的太阳辐射热能，从而最大限度的减少传至室内的热能量以降低室内温度。遮挡物相对于玻璃的位置将决定减缓热能的程度。设计在室内还是设计在室外效果明显不同，就节能而言，窗户的外部遮阳是效率最高的一种遮阳措施。东向和西向外窗的太阳辐射负荷，对夏季空调能耗影响很大，要特别重视对东、西向外窗的遮阳设计。有条件时可选择电动可调节的遮阳设施，使之随太阳角度变换而自动调节。如果设计为固定式遮阳，要考虑其几何外形、朝向及每日、每年与太阳运动轨迹之间的关系，在遮阳的细部设计时，对于上述各项因素进行全面考虑。有资料显示，采取室外安装遮阳系统可使室内温度降低8-10度，节省30%-40%的空调能耗，北京某建筑安装了遮阳帘后，空调能耗降低了约30%左右。从中可以看到建筑遮阳作为建筑节能的一种途径，有着巨大的实用潜力。

2 加强外门窗（或玻璃幕墙）施工图设计的节能审查工作

为了强化建筑节能设计，确保国家的建筑节能要求和各项节能技术措施得以落实，必须强化施工图节能设计的审查工作，特别要重点对建筑外门窗中的窗口面积、构造形式、开扇面积、遮阳措施等节能设计进行审查。对强制性条文的规定，必须严格把关，施工图设计深度要有保障。建设单位选择分包时，施工图没有具体设计的，二次设计要按照建筑节能政策要求和建筑节能标准进行工程设计，并按规定将确定的施工图设计文件报审，包括建筑节能专项审查。初步设计文件应设建筑节能设计专篇，施工图设计文件须包括建筑节能热工计算书和建筑物使用能耗的专项说明。施工图设计文件审查机构要加强对民用建筑节能设计标准执行情况的审查，在施工图设计文件审查报告中单列是否符合建筑节能设计标准的章节。不符合建筑节能设计标准的，施工图设计文件审查结论应当为不合格。

表2 洞口与窗框间隙