绿色建筑窗户节能设计研究

绿色建筑窗户节能研究 绿色建筑窗户节能设计研究 绿色建筑窗户节能设计研究 卫爱民 刘向峰 安阳工学院 河南红旗渠建设集团有限公司 摘要:绿色建筑是建筑技术进步的一个重要标志,窗户节能是建筑设计节能的一个重要环节.本文阐述了节能建筑的 窗户要求,分析了影响窗户节能的因素,研究了绿色建筑窗户的节能设计. 关键词:窗户;绿色建筑;节能设计;研究 Abstract:Greenbuildingisanimportantsignofconstructiontechniquesprogress.Thearchite cturaldesignofenergy-saving windowsisanimportantpartofenergy—saving.Inthispaper,thewindowsofrequirementsonenergy-savingbuildingsweredescribed , Avarietyoffactorsofinfluencewindowenergysavingwereanalyzed,energy-efficientDesig nofGreenBuildingwindowswere studied. Keywords:window,greenbuilding,energy-savingdesign,research 1前言 窗户是建筑物必不可少的组成部分,作为房 屋建筑中透明和可以开口的围护结构,是冬季保 温和夏季隔热最薄弱的部分.其长期使用能耗约 占整个建筑能耗的50%,因此窗户的节能是建筑 节能的重要突破口,在全面推进建筑节能的今天, 做好窗户的保温隔热是优化室内热环境,实现节 能的重中之重. 2窗户节能要求 首先要控制窗墙面积比,其次要考虑窗户本身 的保温性能,窗玻璃和建筑外部设置遮阳措施,最后 还要保证窗户的密闭性能,具体应达到以下要求: 2.1控制窗墙面积比 窗墙面积比是指窗户洞口面积与房间立面单 元面积的比值.窗墙面积比反映房间开窗面积大 小,窗户的热阻较之墙体的热阻要小得多,窗户的 传热系数大于同朝向的外墙传热系数,采暖热耗量 随窗墙面积比的增加而增加,单玻的彩铝窗的传热 损失约为24cm砖墙的3倍,中空玻璃窗户的传热 损失也大于墙体,因此,窗户面积的大小对建筑的 采暖空调能耗都有很大的影响.控制窗墙面积比是 建筑节能的一个重要措施,一般应把窗墙面积比控 制在30%左右为宜. 2.2提高窗户的保温性能 窗框和玻璃的选用,决定着门窗的传热系数, 直接影响着窗户的保温效果.提高窗户的保温性能 可分为提高窗框和玻璃的保温性能两部分. 2.2.1以木材和塑料作窗框时的保温性能较好,明 显优于金属窗;采用钢或铝合金作窗框时,热损失 会大大增加. 2.2.2双玻窗,中空玻璃窗和双层窗的保温性能明 显优于同类框型材的单玻窗;当我们开启空调实施 采暖或降温时,从普通单层玻璃窗损失的能量高达 建筑物能耗的一半,其隔声量也只有厚重外墙的一 半.要做好窗户的保温隔热是优化室内热环境,可以 采用单扇窗上安装中空玻璃的方法来增加热阻,也 可以在玻璃镀上极薄的一层对辐射有选择性穿透 及吸收性能的,增强窗户的保温性能. 2-2_3铝合金断热窗保温性能明显优于框不断热 的铝合金窗,为提高金属窗框的保温能力,金属型 材必须做断热处理. 2.3提高窗户的隔热性能 窗户的隔热就是要尽量阻止太阳辐射直接进 入室内.采用遮阳措施可以影响入射的辐射量从而 减少传至室内的热流并降低室内的温度,在很大程 度上限制窗户的热作用,遮阳设施可固定控制进入 室内的热量或有选择地调节进入室内的热量,在夏 热冬冷的武汉采用外遮阳设施就显得尤为重要. 2.4提高窗户的气密性 一 般窗户都有缝隙,室外冷空气或热空气渗人 2009.0841 室内的量是相当大的,当窗户的密封性能不能达到 节能要求时,应当采取适当的密封措施,例如 在缝隙处设置橡皮,毡片等制成的密封条,提高窗户 的气密性. 3窗户的节能设计 3.1严格控制窗墙面积比,限制"大窗"设计 目前一些高层住宅流行落地窗或飘窗,有的还 设计了超长,拐角弧型等新型飘窗,造成新建楼盘 的窗户越开越大,越来越多的现象.这种大开窗确 实拥有外观漂亮,房内阳光充足等优点,然而,伴随 而至的不节能,隔热性差的问题也显而易见,明显 使在夏季导人室内的太阳辐射热量增多,而在冬季 使得室内热量的大量流失,增加了室内空调的用 电.资料表明,空调能耗已经占到了建筑能耗的 3O%,45%,无论从节能角度出发,还是从业主的实 际利益考虑,应该严格限制大窗设计,把外飘窗,大 面积落地窗列为住宅开发中主要限制的设计元素, 并明确规定新建住宅南向玻璃与墙面的比例不能 大于50%,而北向则不能高于30%.因此,从节能的 角度,不宜采用落地窗或飘窗. 3.2窗框材料的选用 3.2.1铝合金型材 目前可选用于窗户框扇的材料主要有铝合金, PVC塑料,断热型铝合金和玻璃钢等.铝合金窗框 以其强度高,装饰性强等特点而受到不少人的欢 迎,占市场份额的70%以上,但是,普通铝合金窗框 传热系数很大,隔热性能差,对空调能耗消耗很大, 普通铝合金窗框不利于节能,迫切需要对其进行节 能改进.因此在住宅设计中应淘汰使用铝合金型材 作为窗框材料.断热型铝合金采用非金属材料对铝 合金型材进行断热,有效地提高了铝合金窗框的保 温隔热性能,如果采用铝合金材料应选择新型节能 的断热型铝合金窗框. 3.2.2PVC塑料窗 PVC塑料窗是以聚氯乙烯树脂为主要原料的 新型建筑材料,具有轻质,隔热,保温,防潮,阻燃, 施工简便等特点,它较木窗和钢窗耐腐蚀,不需油 漆维护保养;较铝合金和钢窗隔热性,隔声性,密封 性能好,而且外观绚丽多彩,可与各类建筑物相协 调.其型材厚度越大,保温性能越好;型材的腔体越 多,阻止热流传递的能力越强.同样性能的窗户, PVC塑料窗价格为断桥铝含金窗的2/3,使用PVC 塑料门窗既能节省能源,又能节约资源.因此,PVC 塑料门窗在国外发展极为迅速,并得到普遍应用. 3.2.3塑钢窗 塑钢窗是增强PVC空腹型材做窗框及窗扇,并 再空腔中加入型钢加强的窗.塑料塑钢窗框是目前 传热系数最小的窗框材料,保温隔热和气密性好, 过去的塑钢型材色彩单一,窗框窗扇面积较大,现 在,色彩丰富,耐老化性能优良的彩色塑钢型材已 经面市.塑钢窗框和普通铝合金窗框的价格相差很 小,从节能角度考虑,应选用塑钢窗框. 3.2.4玻璃钢窗 玻璃钢窗即玻璃纤维增强材料,玻璃钢窗是采 用中碱玻璃纤维无捻粗纱及其织物作为增强材料, 采用不饱和树脂作为基体材料,经过特殊工艺将这 两种材料复合,并添加其他矿物填料,再通过加热 固化,拉挤成各种不同截面的空腹型材加工而成. 它既有铝合金的坚固,又有塑钢门窗的保温性,防 腐性,它具有质轻,高强,防腐,保温,绝缘,隔音等 诸多优点.普通PVC寿命15年,而玻璃钢寿命可达 50年,与建筑物基本同寿命,因此采用玻璃钢门窗 可减少更换门窗的麻烦,节省开支. 3.3窗的开启方式选择 型材的改进是否对整窗能达到节能的效果,还 跟窗型的开启形式有关系,在实际中,常用的 窗型有推拉窗,平开窗和固定窗. 3.3.1推拉窗 推拉窗主要是指窗扇沿水平方向垂直左右推 拉的门窗.是两个窗扇在窗框上下滑轨中开启和关 闭,使用一段时问后,密封毛条表面毛体磨损,窗上 下空隙对流也加大,能量消耗更为严重.另外,推拉 窗在关闭时两窗扇不在同一个平面,而两窗扇之间 以及四周没有密封压力的存在,只是依靠毛条进行 重叠搭接,形成对流现象,推拉窗型材截面一般比 较大,按理说其抗风压性能应该会比较好,但只要 稍加深入的受力分析便知其主受力杆件往往是中 扇料,同时其上下梃仅靠滑轮来承受水平方向的风 荷载,故期抗风压性能一般都不够理想.因此推拉 窗即使采用隔热断桥铝型材也不属于节能门窗,由 于推拉窗自身结构所限止,其采用隔热断桥铝型材 也是毫无意义的. 3.3.2平开窗 平开窗是指合页(铰链)安装于门窗侧面向内或 422009.08 建 向外开启的门窗;平开窗的窗扇和窗扇,窗扇和窗框 间一般均用良好的橡胶做密封压条.窗扇关闭后,密 封橡胶压条压得很紧,密封性能很好,很难形成对流. 平开窗一般型材截面较小但其主受力杆件往是拼樘 料或中竖料,这些主受力杆件在设计过程之中都会相 应作加强处理,所以其抗风压性能较好.这种窗型的 热量流失主要是玻璃和窗框及窗扇型材的热传导和 辐射.从结构上讲,平开窗要比推拉窗有明显的优势, 平开窗可称为真正的节能窗. 在门窗的三性能(抗风压性,水密性,气密性)方 面,平开窗普遍都要优于推拉窗.窗户的水密性取决 于开启部位的密封效果,平开窗一般采用胶条进行密 封,而推拉窗一般采用毛条进行密封,胶条的密封效 果普遍都优于毛条密封.在气密性方面目前市面上平 开窗的开启扇部位较多的采用两点锁或天地锁进行 锁紧密封,其密封效果较佳.而推拉窗一般都采用勾 锁或碰锁进行锁紧,其密封效果不够理想,所以说平 开窗在三性能方面普遍都要比推拉窗好. 3.3.3固定窗 固定窗的窗框嵌在墙体内,玻璃直接安在窗框 上,用密封胶把玻璃和窗框接触的四边密封.正常 情况下,有良好的水密性和气密性,空气很难通过 密封胶形成对流,因此对流热损失极少,玻璃和窗 框的热传导是热损失的源泉,固定窗是节能效果最 理想的窗. 3.4窗户玻璃的选用 目前在住宅的外窗中,玻璃面积占70%,80%, 玻璃的选用在外窗节能中占重要位置.在建筑能耗 中,通过窗造成的能耗占到了建筑总能耗的40%左 右,其中通过玻璃的损失又在窗中占到75%,提高玻 璃的节能性能,已经成为实现建筑节能的关键所在. 3.4.1中空玻璃 过去常用的普通单层玻璃热阻很小,而且对 远红外热辐射几乎完全吸收,传热系数高达约 6.4W/(m?K),是砖墙的3至4倍.由双层玻璃组成 的中空玻璃,除多一层玻璃外,还有中间空气层的阻 隔,传热系数可降低至3.2W/(m?K)左右,其保温隔 热能力可比单层玻璃提高一倍,在国外建筑中双层 中空玻璃大量应用.如德国生产的真空中空玻璃总 厚度仅6ram,传热系数仅为1.512W/(m2-K),这样,大 大减少了室内外通过门窗的热交换,降低了建筑采 暖空调能耗,限制了表面的冷凝现象,因此,在新建 节能建筑中禁止使用普通单层玻璃外门窗,推广双 层中空玻璃窗. 3.4.2镀膜玻璃 要进一步改善玻璃的保温隔热性能,还可选用镀 膜玻璃.目前,镀膜玻璃有热反射玻璃和低辐射玻璃 两大系列,在建筑上应用最多的是热反射玻璃(SZ称 阳光控制膜玻璃)和低发射率玻璃,它们各自的特性 不同,作用功能也不相同,热反射镀膜玻璃的作用是 能有效地限制太阳直接辐射进入室内,用于夏季光照 强烈的地区隔热作用十分明显;低辐射(Low—E)玻璃 具有减弱辐射传热的功能,从而有效地降低玻璃的传 热系数值,在大大降低传热的同时,能有良好的透光 性,因此应根据不同地区的气候特点合理地选择使用 镀膜玻璃,以达到最佳的节能效果. 3.5窗洞口侧壁部位的保温设计 窗的气密性差时,在风压和热压作用下,冬季 室外的冷空气通过门窗缝隙进入室内,夏季室外的 热空气进入室内,以致增加了能耗,因此在设计中 应采用气密性良好的窗户,提高气密性等级.窗框 靠墙体部位的缝隙,应采用如玻璃棉,泡沫胶,矿棉 毡等高效保温材料和嵌缝密封膏密封填堵,应在窗 框外侧的窗洞口侧壁做好保温处理,保温材料可用 20ram厚,密度为20kg/m3-25kg/m的聚苯板粘贴, 或用聚苯颗粒保温浆料抹灰,以减弱这一部位的 "热桥",有助于提高窗的保温性能. 3.6增设有效遮阳 根据建筑日照设计原理,合理设计窗户挑檐或 遮阳措施,减小玻璃面的日照面积,降低夏季空调 能耗,提高外窗特别是东,西外窗的遮阳能力,是提 高窗户隔热性能的重要措施.因为夏季太阳辐射热 直接从窗户大量进入房间,会迅速提高室内温度, 使空调负荷剧增.要实现窗户的固定外遮阳,可以 通过建筑措施,如阳台就是一种常见的固定外遮阳 方式,也可对东,西外窗设置活动外遮阳,如安装铝 制或木制百叶窗等.另外,给玻璃贴膜也可有效地 减少太阳辐射热,提高外窗遮阳能力,优质的玻璃 贴膜在夏天能阻隔约80%的太阳能量,冬天能有助 于保持屋内热量不散发,提高室内舒适度. 4结束语 窗的科学布设能使人们的生活更加健康舒适, 也能使建筑和城市更加丰富多彩.窗户节能是一项 综合性的系统工程,涉及材料,设计,施工,暖通空 2009.0843 调,政策法规等多个方面,因此做好窗户的节能工 作,需要各专业部门加强合作共同努力,在大力发 展绿色生态建筑的今天,做好窗户的保温隔热是实 现建筑节能可持续发展的一个关键环节,也是建筑 技术进步的一个重大标志. 参考文献: 【1】李学征.中国绿色建筑的政策研究【DJ.重庆:重庆大学, 2006. 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[6】张文禄,胡永东.绿色建筑的发展现状及应用探讨[J].铁道 建设,2007(3):33—351. 制定各项配套性地方法规和政策,强化建筑节能工作.如南京,苏州,常州,盐城等地先后出台了《南京市建筑节能与墙体 材料革新管理办法》,《苏州市民用建筑节能管理办法》,常州市《关于进一步加强我市新建民用建筑节能工作的实施意 见》,《盐城市民用建筑节能管理细则》(暂行)等. 二是资金支持,引导建筑节能不断深入.设立省级节能减排(建筑节能)专项引导资金,用于专项支持建筑节能的重点 工作领域,其中包括机关办公建筑,大型公共建筑节能监管体系建设,新建建筑节能示范工程,既有建筑节能改造,建筑节 能适用成熟技术推广等工作. 三是加强监管,确保新建建筑执行节能强制性标准.江苏已在全国率先建立并实施建筑节能专项审查制度,定期 开展建筑节能施工图审查情况检查;率先推行民用建筑节能工程专项验收制度,实施闭合监管,加大建筑节能监督执 法力度. 四是积极试点,推进机关办公建筑和大型公共建筑节能监管体系建设与节能改造.按照建设"国家机关办公建筑和大 型公共建筑节能管理示范省市"要求,要求全省所有机关办公建筑,大型公共建筑,在进行装修,扩建,加层等改造时,必须 达到建筑节能标准.同时,针对江苏大专院校较多的特点,将高校建筑也纳入节能监管范围. 五是示范先行,不断提高可再生能源在建筑中的应用比例.规定全省城镇区域内新 建12层及以下住宅,以及新建,改 建和扩建的宾馆,酒店,商住楼等有热水需求的公共建筑,具备条件的一律统一设 计,安装太阳能热水系统.城镇区域内12 层以上新建住宅建筑应用太阳能热水系统的,必须进行统一设计,安装,推进太阳能热水系统的规模化应用和管理.在农 村,鼓励农民集中居住点统一设计,安装太阳能热水系统,积极推广地(水,空气)源热泵系统,有条件的地方优先考虑使用 热泵系统进行采暖,空调和供热水. 六是继续加大投入,切实增强建筑节能科研支撑和技术创新能力.努力探索适合江苏特点的建筑节能技术体系,积极 构建覆盖面齐全,特色鲜明,符合地方发展水平的地方工程建设标准体系. ? ?'?1?tIll,?l?Ill-??.?IIi,?"e-,ill?h??It,?Ip,?j?pll,?I_?Fil?I?I?qlII,?….e-?? 2009.08 ? ? ,?!?1??1??..-T=..,|l?..?.:.?_l?..??l?.?.:.—,..?一..??川