我国南北气候温差较大,无论是北方冬季寒冷地区还是长江中下游夏热冬冷地区,建筑采暖和空调的能耗约占社会总能耗的1/4略强,建筑外窗是建筑围护结构中很重要的一个组成部分,也是建筑节能的最薄弱环节,住宅及办公建筑的采暖和空调的能耗中有40%的热量被外窗损失掉。从外窗的使用和构造功能上讲,外窗的能耗主要是通过玻璃和窗框的热传递,窗缝的空气渗透,太阳光辐射得热等几个方面。要提高如夏热冬冷地区建筑物的外窗保温节能性,需要综合考虑以下几个方面,才能取得理想的节能效果。
1、设计时控制窗墙面积比
窗和墙的面积之比是设计首先考考虑的问题,而窗墙比则是窗户洞口面积与房间立面单元面积,即建筑层高与开间定位线围成的面积的比值。普通外窗的能耗大大高于外墙体。金属单框低辐射中空窗的传热系数一般为2.7W/(m2?K)～3.4W/(m2?K),也是大于外墙导热系数的。由此可见,控制外窗的开洞面积,能有效的控制建筑物内部采暖和空调的能耗。若是单纯从节省能耗来说,窗墙比的面积越小越好,其值如果太小,又会影响到正常的室内采光和通风,对利用太阳能也是不利的。
2、外窗用玻璃的选择
1)透明玻璃,以6mm厚度单层透明玻璃为例,其遮阳系数SC=0.99,传热系数k=5.58W/(m2?K),都是比较高的值,表明单层透明玻璃对阳光辐射的阻隔能力是很低的,而保温性能也是较差的。
2)中空玻璃,常见的透明中空玻璃是由两片或几片玻璃,以有效的支撑框均匀的隔离开,周边粘结密封,使玻璃层间形成干燥气体空间。透明中空玻璃之间的空气层一般为12mm厚度时,其传热系数k值可以达到3W/(m2?K)以下,但遮阳系数SC值仍在0.87左右,对太阳直接辐射的传入影响并不明显,其保温节能作用效果有限。
3)镀膜玻璃是应用在建筑物的外窗,可以有效的限制红外线与可见光的进入数量,减少紫外线的透射。主要有热反射镀膜玻璃,低辐射镀膜玻璃即Low2E玻璃。将Low2E玻璃和中空玻璃相结合,形成Low2E中空玻璃。该种玻璃具有较高的阻热,隔声和防止结露的性能,密封性能也好,具备了更低的传热系数和更优良的遮阳系数,选择范围在0.2～0.7之间,比普通中空玻璃的保温节能效果有大的提高。
3、窗框及窗扇材料的选择
1)钢,铝材质框,窗框及窗扇材料的导热面积虽然不大,但其导热系数却是很大,其传导热的损失能占整个窗户散热量的70%左右。其中单层玻璃的铝合金窗的传热系数k=6.2W/(m2?K)而单层玻璃的塑钢窗传热系数k=4.5W/(m2?K),传热量减少了约25%。
2)断热铝合金窗框,若是采用非金属材料的高强度增强尼龙隔热条,对铝合金窗型材进行有效的隔热。普通中空玻璃的铝合金窗的传热系数k=3.9W/(m2?K),采用断热铝合金窗的传热系数k=3.4W/(m2?K)。如果断热铝合金窗框与Low2E中空玻璃配合采用的话,可使铝合金外窗的传热系数k=2.5W/(m2?K)甚至更低,也由于其结构严密,装饰性能良好应该是很理想的外窗结构形式。
3)PVC塑料钢窗框,PVC塑料钢型材窗框或者断热铝合金型材窗框及扇的断面形式不同,所形成的外窗传热系数差别也较大,常用的PVC塑料型材的传热系数k=1.9W/(m2?K),在选择节能窗框及扇的型材时必须认真选材。如果是选择中空玻璃加塑料钢窗框时,其传热系数k=2.5W/(m2?K)～2.8W/(m2?K),甚至于更小,这是塑料钢窗作为节能窗的首选窗型之一。
4、选择适宜的外窗结构形式
4.1平开窗的结构性平开窗常见的有平内开及平外开两种结构形式,窗框与窗扇之间的开启连接是采取三级阶梯状密闭的,形成水密和气密两个独立的结构形式。独立的气密系统可以有效的保证窗的密封不透气,是多年来相对较好的保温节能型窗。
4.2推拉窗的结构性推拉窗的使用比较多是由于制作安装相对简单,通风效果好且使用方便,造价较低的原因。该窗型主要结构是框包扇及扇包框两种形式。最常见的是框包扇形式,即是将窗扇插入框内槽中左右滑动,采取外,中,内三级阶梯式密封,提高外窗的气密性。但随着使用时间的延长,滑动轮及密封条上的毛刷很容易变形和磨损,导致窗框与窗扇之间的空隙不断增大,保温性能差及气密性大大降低,增加能耗用量。另外,由于冷热空气的对流大小与窗扇周边空隙大小成正比,如将推拉窗设计成单滑道形式,即其中的一扇玻璃镶嵌在窗框及中梃上,形成一固定扇,另一扇在其内侧推拉活动,则可使框扇内总缝隙长度减短近一半,这样既提高了外窗的气密性能,又可以使高层建筑推拉窗的安全使用得到保证。
4.3固定窗的结构性过去固定窗在北方的应用比较多,现阶段已经很少采用。固定窗是把窗玻璃直接固定在窗的型材上,而窗的型材又固定在留置的洞口内,在正常情况下固定窗的密封性和保温效果应该是最好的,但不能通风换气。
5、外窗密封材料的采用选择首先是玻璃与窗体材料,现在玻璃装配是采取干法和湿法两种镶嵌形式,干法是在玻璃与窗框之间采用耐候性好的弹性密封条,效果还是可以的。而湿法是在玻璃与窗框之间采用高粘度聚氨酯双面胶带和硅胶粘结,将玻璃固为一体,密封性好同时对窗的整体性和刚度有所加强。其次是窗扇与窗框,推拉窗基本都是采用毛条来封闭窗扇之间及扇与框之间的缝隙,而毛条本身的气密性是极差的,是影响外窗节能效果的薄弱部位。平开窗是用橡胶条密封的,如三元乙丙材料。但这些材料也存在热胀冷缩的问题,因此,研制更好的密封材料以满足耐久性的气密问题,是非常必要和迫切的。最后是窗框与墙体,玻璃与玻璃的问题。窗框与墙体之间要采用高效,保温,隔声好的弹性材料作填充料,一般是用发泡的聚氨酯等可膨胀材料,密封胶采用与基底相容并粘结性能良好的中性耐候密封胶。而玻璃与玻璃的采用,目前最多的是中空玻璃。现在中空玻璃周边用间隔桓隔离开,框内装入干燥剂,并用密封胶密封,常用胶接或熔接方式进行密封处理。
6、窗的制作及安装质量要求
1)制作外窗的型材和窗型结构要在满足抗风压,严密性及水气密性需要的前提下,将保温节能放在首位考虑。
2)外窗的制作及安装质量必须要满足现行规范及标准的相关要求,尤其是外窗的几何尺寸,垂直度及外观要求。
3)外窗的安装位置应是在墙中心偏外侧较好,并做到框四周充填密封严密,窗框及四周洞口和墙面外保温作为一个整体考虑。从现状分析,特别要考虑解决好窗框周边的渗水问题,这对整个节能保温效果极其重要。
4)窗扇密封材料的选择必须慎重,需要精心施工,安装后要检查窗扇搭接配合,不走扇和挠曲,处理适当窗扇制作尺寸偏差超标和四周间隙不恰当问题,调整好同框内接触部位的间隙宽窄均匀问题。
综上浅述,在人口大增能源日益紧缺的社会,建筑采用保温节能型外窗是极其需要的。外窗的玻璃和框的传热,窗户的空气渗透,太阳辐射取热方面及窗墙比,玻璃的选择,窗框材料的选择,外窗形式及密封材料选择同样重要,窗户的制作安装质量不容忽视,提高节能保温效果是提高建筑水平的重要环节。
