住宅设计优化与门窗节能路径探析

王涛 山西省交通规划勘察设计院有限公司

1 前言

在低碳经济、循环经济日益渗透的背景下，人们的节能意识逐渐提高，在经济社会高速发展期，企业如何降低能源消耗，实现建材节约利用、高效利用，已经成为所有建设者和设计者必须面对并予以解决的问题。

基于此，文章主要以住宅门窗节能为研究对象，优化住宅设计，提高建筑节能水平，为相关工作者提供参考性建议。

2 住宅建筑节能的重要性

能源是人类赖以生存和发展的基础，如今已经被列为人类四大生存问题之一[1]。从20世纪70年代开始，人们逐渐意识到能源匮乏的严峻形势，为实现可持续发展，如今各国、各地区都遵循“开源节流”理念，大力开发清洁性能源、可再生能源，同时降低损耗和不必要的浪费。

这一理念也被应用于建筑行业，尤其是住宅设计工作中。建筑损耗大约占据社会耗能的30%左右，并且该种损耗具有不可逆性。因此，在城镇化发展建设过程中，相关部门应该大力推行资源节约和环境友好型发展理念，促使节能减排，加强住宅设计，提高建筑材料的利用效率，可以降低后续维修成本，提高环境保护水平，符合经济性发展原则，有效应对能源危机。

3 门窗节能设计的重要性和节能标准

建筑物与外部环境直接接触的部分主要分为4个方面：分别为屋面、地面、墙体和门窗。与其他部分相比，门窗隔热性能较差，窗户多数由薄质玻璃材料组成，且门附近的空气渗透性较强，门窗的热量损失较大。

因此，做好门窗节能降耗设计，可以提高房屋建筑保温隔热性能，降低住宅能耗，通过多种经济节能设计方式提升室内气密性，从这一层面来说，做好住宅建筑的门窗设计工作尤为重要，不仅可以降低不必要的损耗，还可以提升居住者的舒适度。

节能门窗是符合现代建筑特征的门窗类型之一[2]。热工性能、光学性能和密封性能良好，可以达到预期节能减排效果，因此在门窗节能设计中，应对材料种类、节能措施和技术应用三个方面进行考量。

（1）材料种类。节能性门窗多采用高分子材料，如UPVC塑料型材、硬质聚氯乙烯，或者将普通玻璃加工为镀膜玻璃、中空玻璃，采用磁控真空溅射方法打造含金属层玻璃。

（2）节能措施。是指改造门窗构造，如利用多层玻璃、加保温窗帘、控制各朝向窗墙比、提高窗框材料和玻璃的光学性能等，打造内外遮阳系统，提升门窗封闭性。

（3）技术应用。是指为了降低空气渗透热损失，建筑门窗应增强自身隔热、保温、水密、隔声性，解决热反射和低辐射难题。利用玻璃安装技术，有效应用太阳能，降低材料成本；通过专用异形材断热技术，改变单一推拉窗型；利用幕墙保温隔热技术，推行多功能门窗，开发各具地域特色的成套产品，树立名牌效益，改善门窗总体节能效果。

4 当前住宅设计中门窗节能优化工作的不足

4.1 节能意识问题

近年来，各行各业对房地产的关注度居高不下，普通消费者对门窗性能要求不高，无论是高层建筑住宅还是农村平房区住宅，对门窗节能这一项目的关注度较低，门窗消费者更加注重外形、外观，对能源消耗不够重视，居民和开发商节能意识较低。因此在今后工作中，设计人员为了降低不必要的损耗，减少环境污染，应逐步提升节能减排意识，更加关注门窗物理性能。

4.2 建筑选材问题

当前门窗产品市场中铝门窗占据55%左右，可以发现铝合金框和双层玻璃是现阶段门窗设计的主要形式，塑料门窗和复合型门窗的应用程度不高，无法保证住宅内的保温隔热效果；再加之复合型门窗价格相对较高，部分居民不愿意遵从设计师思路，出于节约成本考虑，忽视建筑门窗的节能性。当前农村地区仍然存在自拆、自建现象，部分住宅设计中门窗洞口不统一，往往根据个人想法进行设计，门窗选材和型式多样。

4.3 施工设计问题

我国幅员辽阔，各省市区域气候条件不同。以北方地区为例，该地区一般冬暖夏凉，在住宅门窗选择过程中，多数用户首先考虑保温隔热性能，这一地区在冬季取暖消耗能量较多，因此对节能问题的关注度不够，并且为了满足消费者需求，出于采光需要，多数用户更愿意尽可能地增加门窗面积，获得宽阔视野。但隔热、隔温、保温效果降低，并且在夏季各地气温升高，要想获得舒适的室内环境可能会增加空调使用时间。此时大面积的门窗必然会导致电力能源的浪费，隔温隔热性能损耗增加[3]。因此在今后工作中，应在门窗设计和施工阶段树立节能减排思想，因地制宜综合考虑当地气候因素和居民需求，以此设计出节能、降耗、减排、绿色、环保的施工路径。

5 门窗节能路径——以太原市某建筑门窗节能设计为例

本文以太原市某建筑门窗节能设计为例，探究节能减排降耗背景下门窗节能路径。本次施工建筑性质为居住建筑，该地区处于我国西北内陆，属于暖温带大陆性季风气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，海拔高度差异较大，年平均降水量为450mm左右，四季分明，日照充足，这一气候特征使得用户更加注重门窗建材保温、抗风能力。并且在施工设计中始终遵循DBJ 04242—2012《山西省居住建筑节能设计标准》，测算太阳辐射平均强度，设定气象和室内环境参数，分析门窗传热系数、遮阳系数等，给出节能设计对建材能耗的影响，总结外窗对建筑耗能的影响规律，最终优化门窗节能路径，具体措施如下。

5.1 围护结构构造

在本次建筑施工中，围护结构构造主要由以下几个方面组成，具体见表1。

表1 围护结构构造

在选窗应用中，太原地区住宅建筑可选择范围较广，门窗品类较多，多数以铝合金型材和塑钢材料为主，综合考虑窗户性能，在建筑设计和施工中考虑工程成本、节能率、用户经济承受能力等多种要素。一般来说，节能型窗户不一定是最经济的，客户可以根据多种产品性能对比，选择合适材料，应更加注重门窗耐久性、装饰性、隔声性、采光性、气密性、抗风压强度、隔热性、防火性能等。

5.2 施工内容和质量要求

在本次施工项目中，确保工程质量达到一次性验收合格标准，遵守《消费者权益保护法》，保证向业主提供合格的门窗产品，并且铝合金门窗产品符合国家和行业标准要求，门窗玻璃品种、等级、规格和性能应该符合设定要求，加大对门窗安装工程质量管控力度，提高铝合金门窗气密性，根据当地实际情况选用LD60系列YKK隔热铝合金门窗和LD60系列YKK隔热铝合金推拉门，所有铝合金门窗全部用密封胶嵌缝，保证外门窗抗风压性能、保温性能满足要求，杜绝冷空气自由出入。同时现场要配件齐全，中空玻璃密封胶双层宽度为6mm~7mm，单层宽度为10mm~12mm，门窗框安排完毕之后，采用6mmLow−E+12A+6mm中空层充氩气，清理缝隙内的杂物，确保玻璃保温节能，按照总进度计划，安排施工环节，保证工期如约交付。

5.3 具体施工方案

5.3.1 安装要点

对于外门窗应该使用钢副框安装方法，对铝门窗框间隙进行填实，填实材料为发泡聚氨酯，靠墙体部位利用防水砂浆填实，外侧使用密封胶封闭，在门口安装固定之后，调整好框与扇的间缝，玻璃门窗安入框滑道，最后镶嵌密封条，主框与钢副框连接必须结实，外表干净，没有划痕、污染、凹陷，骨架色泽一致，横平竖直，主框安装要上下通线，拼接缝紧密，保障门窗安装开启灵活，玻璃安装朝向正确，磨面层完好，密封条安装坚实，严密压条，扣板平直无错台错位。断桥铝门窗应该严格按照节能要求进料，在施工之前验收产品合格证，确保中空玻璃主框材质过关，从而提升加工设计质量，确保窗体与结构间的保温效果。

5.3.2 钢副框施工方案

在钢副框施工安装之前，应该遵照安装设计图纸，符合安装要求，熟悉掌握铝合金门窗安装要点，检查钢副框规格是否符合要求，尤其是窗号和尺寸，同时应该判断涨管安装孔和钢副框焊接点、安装铁件是否满足要求，利用卷尺等测量工具，判断钢副框画水平线、进出位线、窗中线是否满足安装需要，调整好钢副框水平度，用木楔定位塞紧，调整垂直度。安装过程中注意钢副框的横平竖直，做好固定工作，在涨管安装中必须做好防水处理工作，确保副框面不会出现凹陷问题，钢副框安装无误之后，用防水砂浆做填缝处理，确保墙体和副框之间填充紧实，保证发泡剂粘连，墙周围无泄漏，在填充之前清理尘土，使得发泡剂更加紧密，填缝完毕后用防水涂料涂刷，等到防水砂浆完全干透之后，对副框外利用防水涂料涂抹，涂抹范围在150mm左右。

5.3.3 铝合金隔热断桥门窗施工

在安装窗框之前，对现场洞口进行清洁，清扫钢副框外框垃圾、砂浆和部分混凝土等[4]。之后对施工现场钢副框进行检查和确认，做好测量放线，根据总包商提供的设计图和基准线，确认门窗水平、进出和左右的墨线，并且记录数据，根据安装指令把安装物件运输到每个楼层，门窗底部和靠墙位置均用木条垫实，保证运输过程中不会出现损坏问题。使用隔热PVC垫片在钢副框和门窗外框接触的部位，将钢铝材料分开，调整四周间隙度，紧固件间距不大于500mm，按照相应技术要求，门窗外框和副框左右间隙为4mm~6mm，上下间隙为4mm~5mm，将外墙粉刷完毕之后，在窗框预留槽中打上密封胶，将窗框槽中的砂浆清理干净，不能有气泡和遗漏，外表要光滑圆润。并且对隐蔽部位进行二次补胶和密封检查，门窗上各项配件齐全，对照设计图纸对本次门窗安装设计进行检查，由专业质检人员做好记录，确保门窗外表干净整洁，五金件型号、规格和数量与前期设计保持一致，密封胶和玻璃槽口不能出现褶皱，门窗固定片安装位置正确，外表用密封胶密封好。

5.4 节能效果对比

利用以上设计方案和施工技术，将LD60系列YKK隔热铝合金门窗和LD60系列YKK隔热铝合金推拉门与其他门窗产品节能效果进行对比，对比数据见表2。

从表2中数据可以发现，LD60系列门窗无论在传热系数、遮阳系数、全年耗能还是年能耗节约率方面，远远优于普通型门窗和中空玻璃窗，节能效果良好，这是因为在施工建设中，设计者根据当地实际情况，遵循用户对室内设计保温需求，引进绿色节能技术，选择节能性能良好的玻璃建材，减少资源浪费。同时利用密封处理技术提高门窗热工性能，在中空玻璃中加入惰性气体，使得玻璃可以充分发挥保温和隔热作用[5]。因此该种技术措施下的节能玻璃传热系数变化幅度较小。所以在今后施工建筑中应该多利用该种节能型材料，降低能源损耗，最终实现建筑行业的绿色可持续发展。

表2 门窗产品节能效果对比

6 结束语

当前部分消费者和设计者对门窗节能这一项目的关注度较低，不合理的建材选型和利用可能会导致电力能源的浪费，保温隔热性能不佳，能源损耗增加。因此在今后工作中，应该严格按照节能要求进行进料，在施工之前验收产品合格证，根据当地实际情况，保证外门窗抗风压性能、保温性能满足要求，确保窗体与结构间的保温效果，提升门窗耐久性、装饰性、隔声性、采光性、气密性、抗风压强度、隔热性、防火性能等。