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1 引言
窗是建筑組成中的重要元素，通常是建筑外觀的一個(gè)主導(dǎo)特征。除此之外，窗戶為建筑使用者提供采光、視野和新鮮的空氣，同時(shí)窗戶在影響能源利用，電力需求及環(huán)境等方面，也起著舉足輕重的作用。大量研究表明，通過窗戶的太陽得熱和熱損失占建筑采暖和空調(diào)負(fù)荷較大比重。合理的窗戶設(shè)計(jì)和選擇能夠減少電力照明負(fù)荷、電力峰值需求和空調(diào)負(fù)荷，從而避免昂貴的用電支出。我國作為建筑能耗大國，建筑節(jié)能勢(shì)在必行，窗戶作為建筑節(jié)能的重要一環(huán)，因此大力研究和發(fā)展節(jié)能窗戶具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。
2 節(jié)能窗戶的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)
目前評(píng)價(jià)窗戶節(jié)能性能的指標(biāo)往往有以下4種。
2. 1 傳熱系數(shù)(U)
當(dāng)室內(nèi)外存在溫差時(shí)，窗戶將會(huì)通過窗框和玻璃以傳導(dǎo)、對(duì)流、長波輻射組合的方式損失熱量或得到熱量。U值代表了整體的傳熱能力和保溫能力。
2.2 太陽得熱系數(shù)(SHGC)
不管室外溫度如何，窗戶都可以通過直接或間接太陽輻射獲得熱量。窗戶的太陽得熱能力可以由窗戶的太陽得熱系數(shù)或遮陽系數(shù)來表征。
2.3 可見光透射比(VT)
可見光透射比是玻璃的一種光學(xué)性能，用以描述透過玻璃的可見光的量值。增大可見光透射比可提供充足的自然采光，從而減少電氣照明及相關(guān)空調(diào)負(fù)載，以此影響建筑能耗。
2.4 空氣滲透(AL)
窗扇和窗框之間的縫隙所引起的空氣滲透也會(huì)帶來熱量的損失和積累。這種影響通常以特定壓力條件下透過單位面積窗戶的空氣滲透率進(jìn)行量化。
3 影響窗戶節(jié)能的因素
3.1 玻璃
玻璃作為窗戶的主體部分，對(duì)窗戶整體的節(jié)能效果有著舉足輕重的作用。玻璃本身的材料，窗戶使用玻璃的結(jié)構(gòu)以及玻璃和框材的結(jié)合方式，都是影響窗戶節(jié)能效果的關(guān)鍵因素。單純?cè)黾硬ＡШ穸炔⒉荒苡行岣卟ＡУ母魺嵝阅?，因此在目前市?chǎng)中，單層玻璃窗已銷聲匿跡，取而代之以利用中間的空氣腔來降低傳熱的雙層玻璃。但雙層玻璃并未對(duì)可見光透射比和太陽得熱系數(shù)有明顯的改善。因此，節(jié)能窗戶的設(shè)計(jì)關(guān)鍵就是采用節(jié)能性能較好的玻璃，以此來提高窗戶的節(jié)能性能。
3.2 框材
窗框的材質(zhì)決定了諸如窗框厚度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、重量和耐久性等窗戶的物理性能，對(duì)窗戶的熱工性能也有影響。目前市場(chǎng)中應(yīng)用較廣的框材為鋁合金窗框以及以塑料為框材加入型材的塑鋼窗。塑鋼窗由于多腔式的結(jié)構(gòu)從而具有了良好的隔熱性能，傳熱系數(shù)僅為鋼材的1/357，鋁材的1/1250;同時(shí)其在耐候性、耐腐蝕性、氣密性、水密性、隔聲性等方面均具有良好的性能。
3.3 密封部件
窗是靠五金配件來完成開啟、關(guān)閉功能的，是最易磨損和持續(xù)活動(dòng)的部分，其功能的有效性不僅直接導(dǎo)致安全問題，而且影響建筑窗的保溫性能以及水密性、氣密性。對(duì)平開窗而言，多鎖點(diǎn)五金件比單鎖點(diǎn)五金件可大大提高窗的密封性能。同時(shí)，洞口密封材料的質(zhì)量既影響建筑的保溫節(jié)能效果，也關(guān)系到墻體的防水性能。目前鋼塑窗框的四邊與墻體之間的空隙，通常使用聚氨酯發(fā)泡體進(jìn)行填充。此類材料不僅有填充作用，而且還有很好的密封保溫和隔熱性能。另外應(yīng)用較多的密封材料還有硅膠、三元乙丙膠條。密封膠條用于玻璃和扇及框之間的密封，在塑鋼窗中起著水密、氣密及節(jié)能的重要作用。
4 提高窗戶節(jié)能性能的措施
4.1 玻璃的選擇
設(shè)計(jì)出高性能的節(jié)能窗戶，最重要的就是在多樣的玻璃工藝中，選擇、搭配出最合理的窗戶制作方案，進(jìn)而達(dá)到窗戶節(jié)能性的要求。其中雙層和多層中空玻璃以及著色玻璃是常用的選擇方式。多層玻璃可以提高玻璃的保溫性能，而著色玻璃可以降低太陽輻射得熱和眩光。
4.1.1 夾層玻璃
同為透明無色玻璃，單層玻璃的U值1.09，雙層中空玻璃U值不到0.5，三層雙中空玻璃U值僅為0.31?？梢姸鄬硬Ａ?duì)建筑的熱損耗能起到不小的彌補(bǔ)作用。但實(shí)驗(yàn)也表明，多層玻璃雖然傳熱損失顯著降低，但可見光透射比和太陽得熱系數(shù)的削減并不令人滿意。
4.1.2 著色玻璃及光致變色玻璃
著色會(huì)降低單層玻璃的太陽得熱系數(shù)，但是可見光透射比下降更快，而且顏色對(duì)太陽得熱系數(shù)的降低程度有限。如需較大程度降低太陽得熱系數(shù)，可使用反射涂層來增加材料表面的反射率。但由于這些涂層對(duì)于外界影響比較強(qiáng)烈，會(huì)像鏡子那樣強(qiáng)烈反射陽光，對(duì)于臨近建筑會(huì)造成影響。而且著色玻璃并不能隨周圍環(huán)境的改變而調(diào)節(jié)自身的性能，在很多時(shí)候既不能滿足節(jié)能要求，又不能滿足業(yè)主的環(huán)境要求。相比較之下，光致變色玻璃是種較理想的窗戶材料。這種材料能從室內(nèi)昏暗條件下的透明狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈绞彝饷髁翖l件下的暗色狀態(tài)，允許足夠的光線透過以提供照明的同時(shí)，阻斷可引起眩光和空調(diào)運(yùn)行的過量太陽光。而且其制作成并不高，是制作節(jié)能建筑窗戶的理想材料。
4.1.3 夾層中填充氣體
在夾層中間填充氣體可以提高夾層玻璃窗的節(jié)能性能。為了讓效果達(dá)到最好，要嚴(yán)格控制厚度和向中空玻璃所填充的氣體。氪氣和氬氣是兩種常用的惰性氣體，無毒、無色、無味且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。填充氪氣后玻璃的保溫性能優(yōu)于填充氬氣，不過氪氣成本較高。但是氣體總會(huì)存在滲漏的問題，因而此項(xiàng)工藝十分依賴于玻璃的密封質(zhì)量。在技術(shù)達(dá)到要求，能夠提供良好質(zhì)量保障時(shí)，填充惰性氣體以提高窗戶的節(jié)能性能是不錯(cuò)的選擇。
4.1.4 鍍膜玻璃
在大部分商業(yè)建筑中，通常會(huì)采用Low-E涂層來降低太陽得熱，雖然這使得可以用來補(bǔ)充采暖的有利太陽得熱有所減少，但是顯然控制太陽得熱更為重要。Low-E玻璃的太陽能控制范圍可以有較大的變化，同時(shí)還可以保持較低的U值。
4.2 框材
4.2.1 復(fù)合框材
所謂復(fù)合框材，主要由兩種或兩種以上單一材料構(gòu)成。試驗(yàn)證明，由金屬與非金屬相互復(fù)合的框材，其性能可得到全面優(yōu)化。如塑鋼框材利用塑料的可塑性可制成復(fù)雜斷面，從而為安裝密封條和鑲嵌卡條提供最佳斷面，可大幅提高窗的氣密性和水密性。在窗框設(shè)計(jì)中，可以將金屬框材面向室外，將塑料框朝向室內(nèi)。這一方面可滿足建筑外觀要求，同時(shí)還可使室內(nèi)側(cè)免于暴露金屬表面，有利于防止結(jié)露和觸摸時(shí)冰涼的不適感。塑料框材布置在室內(nèi)可避免陽光直射，減少老化，延長壽命。
4.2.2 窗框填充材料
新材料出現(xiàn)后需要有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)配合使之發(fā)揮合理性能。同樣的材料采用的結(jié)構(gòu)不同，在性能上相差很大。窗框采用多腔隔熱條、密封采用多道密封和玻璃、附件配套，使窗框的傳熱系數(shù)大幅度降低。為提高框架的熱阻，應(yīng)加大隔熱條的寬度或連接內(nèi)外鋁框的隔熱芯子的厚度。為了框架斷面的緊湊，根據(jù)熱流長度原理，在隔熱條同樣寬度下，可設(shè)計(jì)成“弓”形從而增加熱流的長度，提高了熱阻，使傳熱系數(shù)進(jìn)一步降低。適當(dāng)加寬隔熱條可有效降低K值，但若加得太大，會(huì)造成結(jié)構(gòu)不緊湊，必須還要尋求提高熱阻的措施。根據(jù)熱傳導(dǎo)原理，可將熱傳導(dǎo)的面設(shè)計(jì)成疊加的多空腔以提高熱阻。另窗關(guān)閉時(shí)的縫隙密封處理是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。窗的密封構(gòu)造設(shè)計(jì)除解決對(duì)流熱損失問題外，還要考慮解決熱傳導(dǎo)的損失問題，因此密封條的設(shè)計(jì)除考慮密封性能外還需考慮多頭密封空腔，形成多腔空間，以使傳熱系數(shù)與其他部分配套。
4.3 窗戶的安裝
節(jié)能窗的安裝應(yīng)根據(jù)不同的材料情況，采用焊接、膨脹螺栓或射釘?shù)确椒ü潭ā２徽摬捎煤畏N固定方法，安裝均須牢固。增加窗戶開啟縫隙的搭接量，減小開啟縫的寬度。按所用材料、斷面形狀、裝置部位，采用各種密封條進(jìn)行密封，以提高外窗的氣密性水平。窗上壓縫條、密封條的安裝應(yīng)順直，與窗結(jié)合應(yīng)牢固嚴(yán)密。當(dāng)采用塑料窗時(shí)，與塑料型材緊密接觸的各種五金件、緊固件、密封條、間隔條、墊塊、密封材料和保溫材料等，在性能上應(yīng)與PVC材性相容。另塑料窗對(duì)溫度比較敏感，故窗進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后應(yīng)在50℃以下的庫房(棚)內(nèi)存放，并遠(yuǎn)離熱源。要注意塑料窗及玻璃的安裝，避免在低溫下進(jìn)行施工。
5 結(jié)語
(1)玻璃的改進(jìn)。高性能窗戶可以采用中空玻璃(由一層Low-E+一層普通浮法玻璃或兩層以上Low-E浮法玻璃構(gòu)成)或光致變色玻璃，四周用高強(qiáng)高氣密性復(fù)合粘結(jié)劑，將兩片或多片玻璃與密封條、玻璃條粘接、密封。中間充入干燥氣體，框內(nèi)充以干燥劑，以保證玻璃片間空氣的干燥度。另外，在寒冷地區(qū)的建筑，應(yīng)保證窗戶具有低U值，高太陽得熱系數(shù)的特點(diǎn)，而炎熱地區(qū)，則是低U值，低太陽得熱系數(shù)，所以各種玻璃需要活用，在不同地區(qū)應(yīng)該裝配不同種類。
(2)窗框的改進(jìn)。研發(fā)并采用新型的復(fù)合框材，金屬材料與非金屬材料的搭配。并在窗框的斷面內(nèi)加入加寬隔熱條。
(3)密封部件的改進(jìn)。密封條的設(shè)計(jì)除考慮密封性能外還需考慮多頭密封空腔，形成多腔空間，以求得傳熱系數(shù)與其他部分配套。高性能、耐久的五金配件，可以提高窗戶的節(jié)能性能。
