節能型鋁合金窗設計

來源:秦皇島渤海鋁幕墻裝飾工程有限公司　作者:張華呂鐵軍　日期:2007-2-7 　頁面功能【字體：大中小】【打印】【投稿】【評論】【啄木鳥】

　　[摘要]本文簡述了節能鋁合金窗設計的情況，總結了設計節能型鋁合金窗時需考慮的因素。
　　[關鍵詞]節能玻璃、真空玻璃、斷熱鋁合金型材

　　隨著我國工業化和城鎮化進程的加速，城鄉房屋建筑規模不斷擴大，預計2020年全國房屋建筑面積將接近2000年數量的2倍，每年建成的房屋面積高達16億～20億平方米，超過所有發達國家年建成建筑面積的總和，可見建筑規模極其巨大。遺憾的是，不僅既有的近400億平方米建筑中的99％為高耗能建筑，新建建筑中95％以上仍屬于高耗能建筑，單位建筑面積采暖能耗為發達國家新建建筑的3倍以上。能源消耗問題相當嚴重，發展節能型建筑勢在必行。

　　門窗作為建筑最為重要的一部分，其面積占整個建筑物建筑面積的20%至30%，但能量損失卻占到51%，尤其是公共建筑，其窗墻比高達70%，更加大了能量的流失。我國是一個能耗大國，能源消耗在世界上排名第二，占全世界總能耗的10%。在各種能耗中，我國的建筑能耗占27.6%，控制門窗的能耗是建筑節能的關鍵，大力提倡節能型鋁合金門窗已迫在眉睫。

　　如何設計節能鋁合金窗？綜合我司多年鋁合金窗設計施工經驗，以上海德法學校工程鋁窗設計為例，詳細敘述一下設計節能鋁窗需考慮的幾方面因素。上海德法學校屬于大型公共建筑，按照《公共建筑節能設計標準》GB50189-2005要求，我司為該工程設計節能窗時綜合考慮到以下幾個因素：

　　第一采用節能玻璃

　　玻璃占整個成窗80%左右的面積，玻璃的選用對窗戶的節能影響很大。多年來，我國的建筑始終是在低水平、粗放經營中運轉，建筑門窗只保留了最低的使用功能，不需考慮門窗的美觀、方便、節能、隔聲等其他功能，建筑門窗玻璃大都使用單層玻璃，這種普通的浮法透明玻璃對太陽輻射和遠紅外線輻射沒有有效的阻擋作用。在冬季，北方地區的室內外的溫差較大，大量的室內熱量通過玻璃和門窗的縫隙喪失；夏季，太陽輻射的熱量透過玻璃進入到室內。

　　現代建筑門窗常常為了采光和外觀效果采用大塊玻璃的門窗，因此要想提高窗戶的隔熱保溫性能，就必須考慮選用節能玻璃。

　　所謂的節能玻璃，即區別于傳統的玻璃原片或簡單的雙層玻璃，具有較高資源利用效率、能有效保證室內空氣質量、幫助建筑物節能的玻璃產品。如中空玻璃、LOW-E玻璃、吸熱玻璃、鍍膜玻璃、真空玻璃等等。從某種程度上來說，中空玻璃是最有效的節能玻璃。中空玻璃通過增加空氣層厚度及層數或是填充惰性氣體，在國外普遍使用氬氣等惰性氣體充入中空玻璃腔體，可使節能效果提高10%。具體講，節能玻璃的優點主要表現在以下方面。專家測試表明，普通建筑物中，一半數量的能耗是從門窗“流”失的，門窗同時也是室外噪聲傳至室內的最主要途經。而安裝了節能型中空玻璃后，一般情況下可以將原來居室的能耗損失減少一半，可降低噪聲30至40分貝。由于中空玻璃有不產生空氣對流的中間層，故有顯著的隔聲、隔熱、防結露、降低冷輻射及增強玻璃的安全性等功能。
對于高緯度高寒地區或者夏熱冬冷地區，僅采用普通中空玻璃其隔熱保溫效果仍不夠理想，宜采用低輻射鍍膜玻璃（LOW-E）。Low-E膜的低輻射是針對中遠紅外線(波長大于5nm)而言的，因此Low-E膜玻璃具有在紅外線等長波長區反射率高而在可見光范圍內反射率低的特性。

　　真空玻璃是新型玻璃深加工產品，是我國玻璃工業中為數不多的具有自主知識產權的前沿產品，它的研發推廣符合我國鼓勵自主創新的政策，也符合國家大力提倡的節能政策。真空玻璃從原理上看可比喻為平板形保溫瓶，兩層玻璃的夾層均為氣壓低于10-1pa的真空，使氣體傳熱可忽略不計；二者內壁都鍍有低輻射膜，使輻射傳熱盡可能小。由于間隔是真空，因而隔聲性能好，特別是低頻段隔聲性能優于同樣厚度玻璃構成的中空玻璃。采用真空玻璃的鋁合金窗隔熱性能更優良于采用中空玻璃的鋁合金窗。

　　自然環境中的熱主要是太陽的輻射能，其能量的98％分布在0．3~3μm波長之間。除了太陽直接輻射能量外，還存在的大量的遠紅外線輻射熱能，其能量分布在3~40μm。在夏季，室外的熱輻射遠大于市內的熱輻射。照射在物體上的太陽輻射能，一部分被物體吸收和反射，另一部分直接透過物體成為透過的能量。被物體吸收的太陽能會使物體表面的溫度升高，并通過與周圍環境的對流傳導和周圍環境輻射遠紅外線而散失能量。因此，被吸收的能量最終仍有50％透過了物體，以對流形式傳遞。

　　以下為不同玻璃、不同類型玻璃結構的傳熱性能：

　　1．透明玻璃

　　普通透明玻璃有90％以上的太陽輻射能透過，不僅透過可見光，也透過紅外光和部分紫外光。它的輻射熱為E＝0．84，吸收熱輻射的能量很強，吸熱后會再次向外輻射出這部分熱量，對流傳導的熱量多，因此隔熱的性能很差。

　　2．普通中空玻璃

　　與普通單片玻璃性比較，透明中空玻璃大大改善的對流傳導部分的傳熱。通過降低玻璃的導熱系數而使對流傳導熱減少。中空玻璃的U值與玻璃的材料、厚度、空氣層厚度有關。增加玻璃的厚度，加大中空層的寬度，中空層中填充氮氣，都是可以降低U值,改善對流傳導，提高保溫性能。

　　3．熱反射(Low—E)中空玻璃

　　熱反射鍍膜中空玻璃不但對太陽直接的輻射熱有所控制，同時也大大限制了對流傳導熱，具有阻止熱輻射直接透過的作用。冬季，可以有效地阻止室內暖氣的熱輻射向外泄漏；夏季，可以有效地阻止外面發出地熱輻射進入室內。

　　各種不同玻璃、不同結構玻璃的節能效果

　　從以上表格中我們可以看出，使用普通玻璃、普通中空玻璃、低輻射鍍膜玻璃low-E)的節能效果是截然不同的，效果也是顯著的。

　　第二采用斷熱鋁材

　　斷熱橋鋁型材的出現大大提高了鋁窗的熱工性能，K值可到3以下（不斷熱的鋁型材K值在6以上）。斷熱冷橋技術是將鋁合金型材分成三部分組成復合材料，即外部鋁合金框、內部鋁合金框、中間部分連接內外的隔熱材料，一般這個中間連接部分叫“斷熱冷橋”。“斷熱冷橋”隔熱性能良好，起到在冬天時暖流不向外流損失熱量，夏天外部熱量不流向內部的屏障作用。因此斷熱鋁型材比普通鋁型材有更低的K值，采用斷熱鋁型材的鋁合金窗隔熱保溫性能比普通窗要優良。

　　第三采用雙等壓腔密封技術。

　　窗扇閉合時，由于斷熱型材的特殊構造，實際形成了由隔熱條、鋁型材和密封構件（膠條）構成的內外兩個等壓腔體，因此具有極高的氣密性，保溫隔熱效果更好。　

　　第四采用性能良好的五金件、密封條、毛條等密封件

　　五金件、密封條、毛條等密封件是窗戶的重要部件，節能效果甚為明顯，不可忽視。

　　第五采用有效的遮陽措施

　　在夏季，陽光透過玻璃射入室內，是造成室內過熱的主要原因。特別在南方炎熱地區，如果人體再受到陽光的直接照射，將會感到炎熱難受。對于北方寒冷地區，則不宜采用遮陽措施。

　　在鋁合金窗上設置遮陽系統，可以最大限度減少陽光的直接照射，從而避免室內過熱，是炎熱地區建筑防熱的主要措施之一。設置遮陽后，會有如下作用及效果：

　　1)遮陽對太陽輻射的作用。遮陽系數就是透過有遮陽措施的圍護結構和沒有遮陽措施的圍護結構的太陽輻射熱量的比值。遮陽系數愈小，透過外圍護結構的太陽輻射熱量愈小，防熱效果愈好。在廣州地區進行實測得到的各主要朝向窗口的遮陽系數分別為：西向17%，南向45%，北向60%。由此可見，遮陽對遮擋太陽輻射熱的效果是相當大的。

　　2)遮陽對室內溫度作用。遮陽防止室內溫度上升有明顯作用，在廣州某西向房間試驗觀測表明：在閉窗的情況下，有、無遮陽，室溫最大差值達2℃,平均差值1.4℃。而且有遮陽時，房間溫度波幅值較小，室溫出現最大值的時間延遲，室內溫度場均勻。因此，遮陽對空調房間可減少冷負荷，所以對空調建筑來說，遮陽更是節約電能的主要措施之一。

　　第六保證加工裝配上墻質量

　　再好的窗戶如果裝配上墻不好，也達不到節能的效果。窗框與窗洞壁之間的縫隙，必須用發泡聚氨酯等保溫材料填墻嚴實，內外邊沿再用密封膏封閉防裂、防滲。

　　綜上所述，節能窗主要應抓好玻璃、型材(框扇)、五金件及密封件、遮陽、安裝上墻五個環節。

　　我國的房地產行業市場巨大，由于房地產的拉動，門窗行業面臨巨大機遇，前途光明。研究和推廣節能型鋁合金窗，將是今后廣大門窗企業的發展方向。我們充分相信，隨著國家“十一·五”計劃的實施，經濟的快速發展和人民生活水平的不斷提高，高檔節能鋁合金窗將是今后鋁合金窗的主流方向。

　　參考文獻：
　　《鋁合金建筑型材隔熱型材》5237.6-2004
　　《民用建筑節能設計標準（采暖居住建筑部分）》JGJ26-95
　　《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》JGJ134-2001
　　《公共建筑節能設計標準》GB50189-2005
　　《居住建筑節能設計標準》DBJ01-602-2004

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