探索节能门窗性能提升、优化方向

1.1 建筑能耗的关键流失途径

     门窗部位的保温性能对整个建筑的能量流失具有至关重要的影响，是真正的建筑能量损耗关键途径，也是我们进行建筑节能设计首要解决的环节，建筑节能需要从门窗开始。

1.2 门窗应用所面临的主要问题

     我们不得不面对因为门窗质量的低劣而带来的负面影响；由于门窗的保温性能不好，传热系数过高，造成门窗表面结露、渗水，并产生发霉、腐蚀等问题，久而久之带来门窗的型材部件损坏、并容易产生细菌的滋生、外观的腐蚀，带来大量的维护成本增加及使用寿命的降低；因此门窗的保温性能不仅仅对降低能耗产生重要影响，而且会严重影响建筑的品质、生活的质量。

1.3 国家的节能政策及标准发展

     近年来，随着绿色建筑、节能建筑的推进和发展，越来越多的省市地区开始更新升级本区域建筑节能设计标准1985年到2015年，我国建筑节能历经30年完成三步走战略，实现65%节能标准.2012年开始多个省市开始实施4步节能标准，目前天津和北京率先提出5步节能设计标准，建筑节能已经进入快速发展阶段。

     因此，无论从门窗的使用现状、国家节能政策法规还是从建筑能耗途径分析角度来看，发展节能门窗、优化门窗系统综合性能均符合国家节能发展的战略要求，节能门窗行业势必将进入蓬勃发展的快车道。

     随着节能门窗普及应用，它将逐渐对我们日常生活产生深远影响；节能门窗也将从开发初期小众产品逐步发展成为大众化、标准化产品节能门窗经济性将会决定它的发展速度和普及空间。发展节能型门窗需要投入一定的资金成本，为了获得更加优秀的节能特性，必须采用具有创新技术、创新工艺的新型材料，由此带来成本一定增加，但从长远利益来看，明显具有投入少、产出多，实现建筑可持续发展等长期利益。

     门窗作为建筑节能的关键突破口，往往所带来的成本增加会相对较大。只要脱离本位的局部的短期的思想羁绊，注重建筑大环境、放眼宏观、长期、可持续的经济效益，我们不难发现，发展建筑节能门窗具有投入少、产出多的特点；用建筑造价5%-10%的节能成本实现30%-75%节能收益，住宅冬季室温提高10度以上，将会获得非常理想的投资回报，从而实现建筑节能最优化发展。对于西欧和北欧一些国家，高舒适度和低能耗建筑发展较早，其节能门窗造价仅比普通门窗造价增加5%-11%范围，但可以实现65%-90%以上节能比例经济效益非常显著。

     因此，节能门窗的发展，将会越来越重视新材料、新技术的应用和发展；不断寻求新的突破，寻求小材料，大收益，以小博大的发展空间。

     由于门窗是产生建筑能耗的关键区域，追根溯源节能门窗所追求的最基本要素当属门窗的隔热保温性能；高性能的节能门窗的发展也将围绕如何降低整窗传热系数、控制门窗失热效率而进行各个局部工艺技术、构造和材料的研发，逐步探索和应用一些细微节点的精细化设计，获得事半功倍的性能改善和提升，诸如超级保温材料实现大断桥结构的硬泡聚氨酯隔热铝合金型材的应用，以及玻璃暖边技术的应用等，进一步消除了门窗型材及玻璃非透明部分的热桥问题，控制了门窗的失热途径，门窗也因此获得到以下这些更加优秀的节能特性和使用特性：采暖负荷低（制冷负荷也会降低）带来能源节约；窗子内表面的温度与室内温度更加接近，寒冷的冬季，室内的舒适使用空间大大提升，窗子的不舒适使用距离也会明显缩短；窗子内表面温度高于室内环境露点温度，从而避免结露结霜，且因此而延长使用寿命，获得更大的寿命周期内的节能收益，是可持续建筑解决方案的关键改善环节。

     目前节能门窗的技术发展迅速，已经具备了非常优秀的技术和工艺，可以获得极低的整窗传热系数。门窗保温性能的优化途径大致有如下4个方面：节能玻璃设计，玻璃边部线性传热损失的优化设计，窗框型材系统的优化设计，门窗安装及密封设计要点。

     由于篇幅所限，本文作为整篇论文的第一部分，将着重阐述节能玻璃设计的相关技术要点。

3.1 节能玻璃设计

因此，对于单层玻璃窗，冬季室内表面的温度远远低于室内露点温度，而产生凝露。而且，当人站在室内窗前，会感受到明显的温差效应，非常不舒适；而这种温差效应随着向室内移动的距离增大而降低，因此，室内舒适的使用空间被明显的压缩。同时，这种玻璃会带来大量的能耗，因为温差存在而在单位时间内流失的热量高达145 W/m2 。因此，这种使用单层玻璃的门窗在国家及一些地方的节能门窗规范中已经被限制或禁止使用。

那么，为了提高节能效率，改善玻璃的保温性能，降低门窗玻璃的传热系数，我们可以通过以下几种途径进行玻璃的综合优化设计：

3.1.1 使用中空玻璃

     由于两片玻璃间空气层的存在，使得室内外热量传递方式发生了改变，由单片玻璃的热传导，转变成辐射和对流传热为主；中空玻璃系统的热导ht可以通过下方公式（1）计算：

hs：中空玻璃气体间隙层热导W/(m²·K)

中空玻璃系统的热导ht可以通过下式计算

式中ε1与ε2为中空玻璃内外片内表面的校正辐射率；由此可知中空玻璃传热系数大小与组成中空玻璃单元的内外基片的表面辐射率关系密切；因此为了获得更加优秀的保温性能，我们通常会选用辐射率低（Low- emissivity）镀膜玻璃做为中空玻璃基片以获得更加优秀的保温性能。

LOW-E节能玻璃作为建筑的外维护结构所选用的关键材料，主要原因在于：建筑维护结构所要实现的功能性包括---保温、遮阳、美观，而LOW-E玻璃能够平衡这几大要素之间的矛盾；它既可以实现建筑的保温，避免大量的热量通过玻璃流失，又可以实现良好的遮阳特性，让更多的太阳光谱中可见光部分进入到室内，而让更少的太阳辐射的热量通过玻璃进入；同时，它有具备更加宽泛的选择空间，各种各样的性能参数匹配、多种色彩以满足不同区域、不同建筑风格的设计需求。LOW-E膜可以通过其功能层银层的光谱选择性，实现对太阳辐射的有效利用；太阳辐射中的热量直接透过玻璃及玻璃吸收再次辐射通过的量越低，玻璃的隔热性能就越好，遮阳性能越优秀；物体热辐射被玻璃吸收再次辐射的比例越小辐射率越低，玻璃保温性能就越好。

高性能LOW-E中空玻璃可以获得极低的传热系数。表4是各种不同中空玻璃组合获得的参数比对（low-e牌号选自Saint-Gobain的产品）。