王喜斌1，赵会娟2
摘要：本文主要围绕门窗节能主题，从能耗方式、性能指标、结构形式、材料组合和制作安装等方面论述了节能门窗在不同气候地区、不同环境和不同领域中的开发和应用。
关键词：节能门窗；开发；应用
中图分类号：TU532+．65文献标识码：A文章编号：1004一7949（2006）01－0047－03
建筑采暖或制冷用能耗约占我国全社会总能耗的1/4左右。门窗是建筑围护结构中节能的重要氰位，经门窗损失的能量约占建筑采暖或制冷能耗总量的1/2，其途径大致有两个：一是室内外温差引起的室内外的传热，通常是以传导、对流和辐射（太阳照射和热辐射）等三种传热方式复合进行的；二是门窗缝隙的空气渗透热交换。
节能门窗的开发和应用，应根据各个地区的气候特点、建筑物的功能要求、门窗安装位置和方向等，从以下方面来综合考虑。
1优化设计调配门窗的性能指标
1.1节能性能
门窗节能性能的优劣最主要的表现是对室内外热流和气流的控制能力上，其主要节能指标为保温性能（传热系数）、隔热性能（遮阳系数）、阳光得热性能（太阳光获得系数）、气密性能（单位缝长空气渗透量）、采光性能（透光折减系数）和凝露性能等。
1.1.1对于寒冷严寒地区，保温是主要问题。在该地区的门窗，主要的功能是在获得足够采光性能条件下，控制门窗在没有太阳照射时减少热量流失，而在有太阳光照射时合理得到热量，即要求门窗有低的传热系数和高的太阳光获得系数。
1.1.2对于夏热冬暖地区，室内空调负荷主要来自太阳辐射，主要能耗也来自太阳辐射，隔热是主要问题。在该地区的门窗，主要的功能是在获得足够采光性能条件下，减少门窗阳光的得热量，即要求门窗有低的遮阳系数和低的太阳光获得系数。
1.1.3夏热冬冷地区既要满足冬季保温又要考虑夏季的隔热。该地区的门窗既要求有低的传热系数，又要求有低的遮阳系数。
1.1.4寒冷严寒地区冬季建筑保温能耗中由门窗缝隙冷空气渗透造成的能耗约占门窗能耗的一半，并且影响居住舒适度和容易结露；夏热冬暖地区门窗的气密性能主要影响空调降温能耗。
1.2安全性能
门窗的安全性能主要表现为抗风压、水密和可靠性能等方面。
1.2.1对于窗体而言，一是框扇在正常使用情况下不失效，二是雨水不渗漏，三是窗体的锁闭应安全可靠。
1.2.2对于玻璃而言，一是玻璃在正常使用情况下不破坏；二是如果玻璃在正常使用情况下破坏或意外损坏，应不对人体造成伤害或伤害最小。
2优化设计选择门窗结构形式
目前国内建筑中常用的窗型为推（提）拉窗、平（悬）开窗和固定窗。
2.1推拉窗、提拉窗
推（提）拉窗主要有单滑道和双滑道两种形式，由于窗的开启面积最大为整窗面积的一半，将其设计成单滑道推（提）拉形式，即一扇为推（提）拉活动扇，一扇玻璃镶嵌在窗框和中（横）挺上，形成一个固定扇，可使框扇缝隙总长度缩短40，有效提高门窗的气密性能。
该窗型主要有框包扇和扇包框两种结构形式，设计采用框包扇结构，即窗扇插入窗框内滑动，采用外、侧、内三级阶梯密封，从而提高门窗的气密性能。
框包扇结构单滑道推（提）拉窗在推（提）拉窗中是节能效果最好的窗型。
该窗型的窗扇在窗框滑轨中开启和关闭，热、冷气对流的大小与窗扇上下（左右）空隙大小成正比，因使用时间的延长，密封毛条表面毛体磨损、窗扇空隙加大对流也加大，能耗更为严重。
2.2平开窗、悬开窗
平（悬）开窗主要有内平（悬）开和外平（悬）开两种结构形式，窗的框与扇之间采用外中内多级阶梯密封，形成气密和水密两个各自独立的系统，水密系统开设排水孔、气压平衡孔，可使雨水及时排出，而独立的气密系统可有效地保证门窗的气密性。
从结构上讲，该窗型要比推拉窗有明显的优势，是比较理想的节能窗，尤其是平开－悬开复合窗型具有更方便舒适的使用性能。
2.3固定窗
固定窗的窗框嵌在墙体内，玻璃直接安在窗框上。正常情况下，有良好的气密性，空气很难通过密封胶（条）形成对流，因此对流热损失极少。
该窗型是保温效果最理想的窗型。
2.4其它
为了满足窗户的节能要求和自然通风要求，应该：
(1)将固定窗和平（悬）开窗复合使用，合理控制手窗户开启部分与固定部分的比例。
(2)开发呼吸窗、换气窗等新型窗型。
在不同地区、按不同要求对窗型的选择见表1。
3优化设计选择门窗的材料组合
3.1窗休材料
目前国内符合节能要求的窗体材料主要有塑钢、隔热铝合金和玻璃钢等。
3.1.1塑钢型材
塑钢型材是硬质聚氯乙烯塑料（PVC）型材内部用钢衬增强，主要特点：
(1)PVC塑料具有低的导热系数，因而塑钢窗体具有很好的保温性能，但由于PVC型材内部穿有钢衬，因而在一定程度上会降低塑钢窗体的保温性能。
(2)PVC塑料具有较好的耐腐蚀性，适用环境范围一般不受限制。
(3)PVC塑料线膨胀系数很高，窗体尺寸银稳定，必然影响到门窗的气密性能。
(4)PVC塑料特有的冷脆性和耐高温性能乏使得塑钢门窗在严寒和高温地区使用受到限制。
(5)PVC型材弯曲弹性模量低，刚性差，不适大尺寸窗或高风压场合使用。
3.1.2隔热铝合金型材
隔热铝合金型材是铝合金型材和低导热系数料复合而成，主要特点：
(1)低导热系数材料将铝合金型材隔断，形成冷桥，从而在一定程度上降低窗体的传热系数，因而热铝合金窗体具有较好的保温性能。
(2)铝合金型材弯曲弹性模量高，刚性好，适宜大尺寸窗或高风压场合使用，但需注意的是，隔热铝合金型材由于存在断桥，其刚性有一定程度的降低。
(3)铝合金耐严寒和高温性能好，使得铝合金窗可以广泛使用在严寒和高温地区。
(4)铝合金型材线膨胀系数较高，窗体尺寸不稳定，对窗户的气密性能有一定影响。
(5)铝合金型材耐腐蚀性能差，适用环境范围受到限制。
3.1.3玻璃钢型材
玻璃钢型材是由树脂和玻璃纤维复合构成的类似于钢筋混凝土的一种复合结构体，它同时具有铝合金型材的刚度和PVC型材较低的热传导性，其主要特点：
(1)玻璃钢型材具有低的线膨胀系数，且和玻璃及建筑主体的线膨胀系数相近，窗体尺寸稳定，尤其在冷热差变化较大环境下，避免了热胀冷缩造成的窗户框与扇之间、窗体与玻璃和建筑物之间的缝隙，门窗的气密性能好。
(2)玻璃钢型材具有较低的导热系数，因而玻璃钢窗体具有好的保温性能。
(3)玻璃钢型材对热辐射和太阳辐射具有隔断性，故玻璃钢窗体具有好的隔热性能。
(4)玻璃钢型材具有很好的耐腐蚀性，适用环境范围广泛。
(5)玻璃钢型材弯曲弹性模量较高，刚性较好，适宜较大尺寸窗或较高风压场合使用。
(6)玻璃钢型材耐严寒和高温性能好，使得玻璃钢门窗可以广泛使用在严寒和高温地区。
(7)由于玻璃钢型材内部树脂和纤维的结构特点，使其更具有微观弹性，有利于吸收声波，从而使玻璃钢窗体达到良好的隔音性能。
窗体材料的选择次序见表2。
3.2玻璃
玻璃是门窗保温隔热的主体，可以采用如下方法，提高玻璃的保温隔热性能。
3.2.1降低热辐射和控制太阳辐射
(1)首选低辐射镀膜玻璃（LOW一E玻璃）
严寒寒冷地区，选用高透光低辐射镀膜玻璃(LOW一E☆)，能有效阻止室内中红外波辐射，可见光透过率高且无反射光污染，对太阳辐射中的近红外波具有高透过性，降低传热系数和提高阳光得热系数，从而降低取暖能源消耗。
夏热冬暖地区，室内空调的主要能耗来自于太阳辐射，选用阳光控制低辐射镀膜玻璃（LOW一E★），能有效地阻挡太阳光中的大部分近红外波辐射和室外中红外波辐射，选择性透过可见光，降低遮阳系数和阳光得热系数，从而降低空调消耗。
夏热冬冷地区，选用合适的LOW一E玻璃，在寒冷时减少室内热辐射的外泄，降低取暖消耗；在炎热时控制室外热辐射的传入，节约制冷费用。
(2)选择着色玻璃、吸热玻璃、热反射玻璃和变色玻璃等。
3.2.2降低玻璃的传热系数
(1)采用中空玻璃
中空玻璃内密闭的空气或惰性气体的导热系数很低，具有优异的保温性能。普通中空玻璃充灌氢、氨和空气的最佳玻璃间距分别为9、12和15mm，镀膜中空玻璃的最佳玻璃间距分别为9、12和12mm。
从性能和经济方面综合考虑，中空玻璃内腔应优先选择充灌氢气。
玻璃间采用非金属隔条的中空玻璃的传热系数低于金属隔条的中空玻璃，因为金属隔条起了明显的热桥作用，它使普通中空玻璃通过边部隔条的热损失占整个热流的7％左右，使镀膜中空玻璃损失14％左右，使充灌氢气中空玻璃损失达到23％左右。
(2)采用其它新型玻璃—夹层玻璃、真空玻璃、百叶中空玻璃和气凝胶中空玻璃等。
有关窗玻璃的选择次序见表3。
3.3配套材料
3.3.1密封材料
(1)窗体与玻璃之间
玻璃装配主要有湿法和干法两种镶嵌形式。湿法镶嵌玻璃，即玻璃与窗体之间采用高粘度聚氨醋双面胶带或（和）硅酮结构玻璃胶粘为一体，在保证了极好的密封性能的同时提高了窗体的整体刚度；干法镶嵌玻璃，即玻璃与窗体之间采用耐久性好的弹性密封胶条。
(2)窗框与窗扇之间
平（悬）开窗一般采用胶条密封，目前国内优质胶条一般采用三元乙丙橡胶、氯丁橡胶和硅橡胶等制造。以上胶条都是弹性体，由于在安装过程中容易被拉长和材料本身的热胀冷缩，使用过程中很容易造成空气和雨水渗透，应开发采用尼龙（或硬质塑料）底板与三元乙丙橡胶复合而成的优质胶条，从而克服上述弊端，长久保证门窗的气密和水密性能。
推（提）拉窗一般采用毛条密封，目前国内优质毛条一般采用硬质PVC底板与硅化处理的中间加胶片的丙纶纤维毛刷复合而成。由于毛条本身的气密性能差和在使用过程中的磨损，使窗户的气密和水密性能降低，应开发采用防水性、耐老化性和耐磨损性能好的外皮包覆尼龙（或硬质塑料）底板和软体泡沫的复合密封条，从而长久保证门窗的气密和水密性能。
(3)窗体与墙体之间
窗体与墙体之间应采用高效、保温、隔声的弹性材料填充，密封采用与基体相容并且粘接性能良好的中性耐候密封胶。
3.3.2五金配件
近几年从欧美等国引进和在其基础上开发的新型、高质量、高性能及高承载能力的五金配件产品，可以满足节约门窗的需求。
4保证质量的加工制作和安装
门窗加工制作和安装是确保门窗各项指标的最后一道环节，制作安装质量对门窗的保温隔热性能有着非常重要的影响，同时影响门窗的抗风压、气密、水密、隔声和可靠性能以及使用寿命。
开发应用节能门窗，可大幅度地降低建筑的采暖或制冷能耗，缓解能源需求增长与供给日益短缺的矛盾，并且提高居住的舒适度；同时还可减少采暖或制冷时二氧化碳、二氧化硫和臭氧等气体的排放量，对于环境保护、社会可持续发展将具有深远的现实和历史意义。