浅谈建筑节能门窗的设计与应用

摘要：21世纪全球资源日益紧张，环境问题日益严重，节能降耗、保护环境势在必行，其中建筑能耗占据我国能源消耗很大的比例，因此在节能降耗的号召下，建筑节能备受关注。文章所提到的节能门窗设计及方法措施适用于我国冬冷夏热地区的居住建筑，希望对我国冬冷夏热地区外门窗节能设计提供参考价值。

关键词：建筑门窗；节能设计；建筑能耗；节能降耗；建筑节能 文献标识码：A

中图分类号：TU201 文章编号：1009-2374（2016）12-0078-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.12.037

门窗是房屋建筑的眼睛，门窗设计的新颖性是住宅建筑的重要亮点之一，在很大程度上影响着建筑物的建筑风格与美感。由于人们对室内采光、通风、视野的高要求，大落地窗、大飘窗成为人们普遍心仪的对象。但门窗是室内外热量传递的主要途径，这在冬季采暖期间增加了室内的热量损耗，在夏季空调系统开放时又造成了室内冷气的流失，大大增加了电能消耗。因此，为了既满足人们对高档美观住宅以及舒适室内环境的需求，又做到节能降耗，对外檐门窗的节能设计与施工，全面推广使用节能门窗，成为建筑节能需要重点研究的问题。

1 普通门窗存在的问题

目前市场上的门窗种类繁多，其中常见类型包括塑钢门窗、原木门窗、铝合金门窗、铝包木门窗、木包铝门窗等，虽然各类门窗都有其独特性能，但都存在一定的缺陷及不足。例如，塑钢门窗的PVC材料钢性不足，必须要在内部附加钢衬来增加硬度，其材料脆性大，防火性能较差，燃烧时会排放毒气，这些因素都制约了塑钢门窗的发展；原木门窗虽然隔音、隔热性能好，但价钱昂贵，其材料的特殊性对相配套的五金配件提出很高的要求，否则非常容易变形，而且原木门窗的养护标准较高，难度系数较大，这些因素也制约了原木门窗的推广普及。除此之外，市场上门窗还普遍存在着设计结构死板、材料不合格、安装过程不专业等一系列质量问题，这些问题均可导致门窗传热系数高、气密性差，从而降低建筑物的保温性，造成建筑物的能源浪费。

2 影响节能门窗设计的因素以及设计原则

建筑门窗主要通过辐射传热、对流传热和热传导三种方式实现室内外热量的交换。只要室内外温度存在差异，热量传递就会进行，因此提高门窗的阻热性能是建筑门窗节能设计的核心内容。可以从降低门窗材料的传热系数、提高门窗结构的气密性、加强门窗的遮阳措施入手，来削弱通过门窗进行室内外热量传递的效果。

在设计节能门窗时需遵循如下四项原则，具体包括：（1）外门窗设计要满足人们对建筑物设计风格的基本要求，符合人们的生活习惯，使建筑物充分自然采光、通风；（2）在设计时既要考虑节能效果，又要尽量降低门窗的成本，同时还要考虑生产制作、安装入户的可行性；（3）要保证室内的空气质量以及居住环境的舒适度；（4）安全环保、经久耐用，不能对居住环境、城市环境以及整个生态环境造成不利影响。

3 节能门窗的设计

对节能门窗的设计要从多方位全面考虑，既要优化门窗材料、加强门窗气密性措施及遮阳措施达到建筑节能的目标，又要注重门窗本身持久耐用、绿色环保、通风隔音、美观大气、综合成本等性能。

3.1 节能门窗材料设计

门窗框、扇材料，门窗玻璃材料，门窗密封材料是门窗节能材料设计的主要内容。

门窗框、扇材料：选择传热阻高的门窗框、扇材料可以有效减少室内外热量的传递。材料的导热系数越低，传热阻越高，因此要选择导热系数低的门窗框材。当前我国的门窗框架多采用木质、塑钢、铝合金材料制成，木质门窗及塑钢门窗的隔热保温效果比一般铝合金门窗要好得多，但是当铝合金材料经过断热处理后，经过喷漆工艺，再经过与隔热条复合就可以得到更高性能的型材，保温性能大大提高，这种复合材料已经得到了广泛的应用。

门窗玻璃材料：玻璃占据了门窗的大部分面积，门窗的综合导热系数在很大程度上取决于玻璃的结构和物理性能。玻璃材料的透光系数、太阳直射透射率以及传热系数指标对建筑物室内温度及环境影响很大，因此对玻璃结构的设计以及高性能玻璃材料的研究是节能门窗设计的重要方面。中空玻璃是目前最常用的，中空玻璃增加了空气隔离层，空气的导热系数很低，增加了中空玻璃的传热阻。此外在双层玻璃之间的空隙加入导热系数更小的惰性气体例如氩气或者氦气，可以进一步增加玻璃的阻热性能。智能玻璃随着建筑节能的研究得到了新的发展，例如电致变色玻璃、光致变色玻璃、多功能镀膜玻璃。

门窗密封材料：使用密封材料加强门窗框扇间的密封性是减少室内外热传递的有效方法。目前我国主要采用密封胶及密封条这两种密封材料，需要根据门窗的材料选择适当的密封材料。

3.2 节能门窗气密性设计

门窗与墙体之间，玻璃与门窗框架之间，开启扇与门窗框架之间都存在缝隙，这些缝隙加强了室内外热量的传递，增加了建筑物的能量损耗。为加强门窗的气密性，在门窗设计时：（1）要提高门窗型材规格尺寸的准确度、稳定性以及门窗组装的精确度，增加开启缝隙部位的搭接量，减少开启缝的宽度以达到减少空气渗透的目的；（2）恰当采用密封条或者密封胶等密封材料，增强门窗的气密性；（3）加大对新型密封材料以及密封方式的研究与尝试，同时注重引进国外先进的密封材料与技术，例如对于框与扇和扇与玻璃之间的间隙处理，采用三道密封等多种先进密封技术。

3.3 节能门窗遮阳设计

遮阳设计同样是节能门窗设计的重要内容。对于冬冷夏热的地区，遮阳设计要全面考虑。在炎热的夏季，太阳辐射强烈，透过窗户直射进入建筑物内部的太阳光大大增加了室内的热量，造成室内温度升高，增加了建筑空调能耗。因此为建筑物的窗户设置一些遮挡物，阻挡阳光直射，不但可以降低建筑物的空调系统的能耗，还可以改善建筑室内空间的舒适度，是夏季隔热非常有效的方法。但是太阳能本身也是一种能源，在寒冷的冬季有效利用太阳能，可以节省采暖能耗，因此遮阳设计还必须考虑冬季对太阳能的利用问题。根据不同的地区对夏天遮阳与冬天受阳的不同要求，在建筑设计中尽可能做到如下五点：（1）寒冷与夏热冬冷地区多采用活动遮阳方式；（2）南方炎热地区多采用固定遮阳方式；（3）加强内外遮阳相结合；（4）遮阳应在建筑设计中整体考虑；（5）采取投入少、节能明显的遮阳措施，实现遮阳设计的优化处理。

4 新型节能门窗的应用

高科技材料的研发是新型门窗诞生的有力支撑，新型节能门窗不仅具备良好的节能、隔热、保温、防震、隔音性能，而且美观大气，能满足人们对现代建筑特色的需求。

4.1 玻璃钢门窗

玻璃钢门窗是以玻璃纤维及其制品为增强材料，以不饱和聚酯树脂为基体材料，通过拉挤工艺生产出空腹异型材，然后通过切割等工艺制成门窗框，再配上毛条、橡胶条及五金件制成成品门窗。玻璃钢节能门窗是一种新型的绿色节能环保建筑门窗，它综合了以往传统门窗例如木结构门窗、钢结构门窗、铝结构门窗及塑钢（PVC+钢衬）门窗所具有的优良性能，具备时尚美观、防腐耐用、保温节能、密封隔音隔热等优点。同时玻璃钢门窗还具有自身独特性能：轻质高强、密封性能佳、节能保温、尺寸稳定性好、耐候性。此外，玻璃钢门窗可供选择的颜色丰富多彩，可以制成形式各样的彩钢，且经久耐用、不易褪色，给建筑物外观增添活力与美感，制造成本适中，深受中高端消费者青睐。

4.2 断桥铝门窗

断桥铝门窗是在传统的铝合金门窗和塑料门窗的基础上利用结构原理制作出来的一种新型门窗。断桥铝复合材料制作的主要工艺是利用高隔热材料（尼龙隔热条，隔热性高于铝型材1250倍），将室内外两层铝合金既隔开又紧密连接成一个整体，构成一种新的隔热型的铝型材。利用此种工艺加工出来的型材制作门窗，其隔热性可以与塑钢窗达到同等水平。断桥铝门窗继承了塑料型材导热率等的特性，摆脱了铝合金门窗传导散热快、保温隔热能力低的弊端，同时又保留了铝合金的优良性能：易挤压成型、易加工、抗腐蚀、美观坚固、经久耐用、重量轻等，实现了铝合金和塑料的各自优点相结合。此外，断桥铝门窗采用了一些新的结构配合形式，成功克服铝合金推拉窗密封不严的缺点。此种型材是一种创新性的结构设计，即两面采用铝材，中间用尼龙隔热条做断热处理，以此获得塑料和铝合金两种材料各自的优良性能。此外，“65系列”的断桥铝型材可实现门窗的三道密封结构，合理分离水汽腔，有效实现气水等压平衡，大幅度增加门窗的水密性和气密性。

4.3 镀膜玻璃节能门窗

镀膜玻璃节能门窗主要通过在玻璃表面镀上多层金属或其他化合物组成的膜来达到建筑物节能的目的，分为热反射玻璃、低辐射玻璃、导电膜玻璃等。目前，市场上普遍采用低辐射玻璃（又称LOW-E玻璃）作为节能门窗的主要材料，其由5层薄膜构成，主要特点是极低的辐射率和对中远红外线的高反射性，表现在隔热性和保温性两方面。研究表明，玻璃热传递的主要途径是通过玻璃内表面的辐射为主，采用低辐射膜后可将内表面的辐射率由0.84降低到0.15以下，大大降低了由室内向室外的热传递能量，同时也有效地隔绝了夏季热传递造成的室内温度升高而带来的能源浪费。低辐射玻璃既保温又隔热，起到了良好的低碳环保效果。

5 结语

当前我国市场上各类门窗琳琅满目，外观设计高端华丽，但绿色节能、经久耐用等实际性能还需不断优化。建筑门窗高性能材料的研发是降低我国建筑能耗的关键环节，设计推广新型高效的建筑节能门窗既是建筑节能的有效途径，又能改善建筑物内部的热环境和舒适度，可以有效推动我国建筑节能发展的历程，是实现我国节能减排、保护环境的重要举措。

参考文献

[1] 张逸.绿色建筑节能门窗的设计与应用[J].门窗，2015，（11）.

[2] 王喜斌，赵会娟.节能门窗的开发和应用研究[J].节能，2006，（1）.

[3] 吕学良，包亦望，袁俊利.建筑门窗的节能技术与发展[J].中国建材科技，2008，（6）.

[4] 翁永蔚.浅谈建筑设计上的节能措施[J].硅谷，2008，（8）.

[5] 谭东来.浅谈节能门窗的设计与应用[J].江西建材，2015，（9）.

作者简介：王戊己（1981-），男，河北保定人，供职于中天联合节能建设发展（天津）股份有限公司，研究方向：建筑节能，包含节能外墙保温和节能门窗的技术创新和施工技术等。