降低建筑物門窗能耗損失的途徑

降低建筑物門窗能耗損失的途徑[摘要]門窗能耗損失占整個(gè)建筑物能耗損失的比例很大,本文主要分析了影響門窗能耗損失的因素,并提出了降低建筑物門窗能耗損失的主要途徑。[關(guān)鍵詞]門窗節(jié)能能耗損失1前言建筑節(jié)能的目的是為了節(jié)省能源，從而促使墻體材料必須革新，達(dá)到節(jié)省土地，保護(hù)生態(tài)環(huán)境、充分利用工農(nóng)業(yè)廢料，開(kāi)發(fā)輕質(zhì)高強(qiáng)節(jié)能建材新產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的目的。雖然建筑節(jié)能離不開(kāi)墻體材料革新，但不能單純依賴于墻材材料革新。從建筑使用能耗來(lái)講，建筑其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)——屋面、地面、門窗等，也會(huì)產(chǎn)生大量的能耗損失，其中外門窗的耗熱量約占建筑物全部熱損失的48%-65%，所以門窗的節(jié)能也是建筑節(jié)能的重要研究方向之一。2影響門窗能耗損失的因素門窗做為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的組成部分，就是要隔離外界氣候，保持室內(nèi)穩(wěn)定的小氣候。所以在門窗內(nèi)外兩側(cè)必然存在兩種不同的溫度和氣壓，在溫差和壓差的作用下，其中影響門窗能耗損失的因素主要有以下三方面。2.1通過(guò)門窗框扇材料及玻璃的傳導(dǎo)熱損失任何一種熱的導(dǎo)體，兩端溫度不同，即存在溫差時(shí)，就要從高溫端向低溫端導(dǎo)熱，導(dǎo)熱的快慢與材料本身的導(dǎo)熱系數(shù)和材料的導(dǎo)熱截面積有關(guān)。就鋼鋁窗而言，框扇材料的導(dǎo)熱面積雖不大，但其導(dǎo)熱系數(shù)較大，所以其傳導(dǎo)熱損失仍占整個(gè)窗戶熱損失的主要成分。前面所說(shuō)的外門窗的耗熱量約占建筑物全部熱損失的48%-65%，主要指通過(guò)窗戶框扇區(qū)材料的傳導(dǎo)熱損失。其中當(dāng)然也含有玻璃的傳導(dǎo)熱損失，但既使玻璃的傳熱面積很大，而玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)很小,僅為0.7kcal/m.h.K，相當(dāng)于鋼材的1.4%，因此在全部傳導(dǎo)熱損失中玻璃所占的熱損失很小。2.2門窗框扇材料與玻璃的輻射熱損失當(dāng)室內(nèi)外存在溫差時(shí)，門窗框扇材料及玻璃就會(huì)從高溫側(cè)吸熱，蓄積熱量后便向低溫側(cè)輻射熱量，因?yàn)榭蛏炔牧吓c室內(nèi)外空氣接觸的面積較小,所以輻射熱損失很少，而玻璃的面積較大，所產(chǎn)生的輻射熱損失很大。為了減少玻璃的輻射熱損失通常以加大玻璃厚度和采用雙層及多層玻璃的辦法，即可取得明顯效果。同樣的玻璃面積和厚度,雙層玻璃比單層玻璃可減少輻射熱損失約50%。2.3門窗縫隙造成的空氣對(duì)流熱損失試驗(yàn)表明，當(dāng)采用單層鋼窗、37cm厚磚墻的多層住宅建筑，其空氣滲透熱損失占建筑物全部熱損失的23.1%，損失的途徑含有門窗框扇搭接縫隙、窗墻縫隙、建筑縫隙及玻璃油灰縫隙等。其中門窗框扇搭接縫隙產(chǎn)生的滲透熱損失占主要成份。因此把氣密性做為門窗性能的主要指標(biāo)來(lái)考核。3門窗節(jié)能的主要途徑綜上所述，影響門窗能耗損失的因素可歸納為三點(diǎn)，即框扇材料的傳導(dǎo)熱損失，玻璃的輻射熱損失和框扇間隙的空氣對(duì)流熱損失。因此必須針對(duì)以上三點(diǎn)采取相應(yīng)措施，爭(zhēng)取減少熱損失，提高門窗的節(jié)能效果。3.1選擇導(dǎo)熱系數(shù)小的框扇材料，減少傳導(dǎo)熱損失根據(jù)傳熱基本方程式:Q=K△tF，其中各符號(hào)的意義及單位見(jiàn)表1表1傳熱表達(dá)式符號(hào)意義及單位傳熱表達(dá)式式各符號(hào)意義及單位位Q=K△tFQ——傳熱量（kcall/h）K——傳熱系數(shù)（w/mm2.k）△t——室內(nèi)外溫差（℃）F——傳熱面積（m2）通過(guò)分析上式，傳熱量的的多少?zèng)Q定于傳熱面積，室內(nèi)外溫差和傳熱系數(shù)。如果溫差相同，就決定于傳熱面積和傳熱系數(shù)。門窗在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和構(gòu)件剛度的同時(shí)，還要保證一定的透光率，所以各種材料制做的窗戶，傳熱面積所差無(wú)幾，所以傳熱量的多少關(guān)鍵是傳熱系數(shù)。門窗材料的導(dǎo)熱系數(shù)直接影響門窗的傳熱系數(shù)。據(jù)有關(guān)資料介紹，單層玻璃鋼窗的傳熱系數(shù)K=5.8W/m2.K，而單層玻璃塑料窗的傳熱系數(shù)K=4.2W/m2.K可減少傳熱量27.5%。目前常用的鋼、鋁、塑、木四大類門窗材料的導(dǎo)熱系數(shù)見(jiàn)表2。如果做成雙玻塑料窗，其傳熱系數(shù)K值可達(dá)2.0-2.2甚至更小，這是塑料窗做為節(jié)能門窗的有利條件之一。表2各種門窗材料導(dǎo)熱系數(shù)比較材料名稱導(dǎo)熱系數(shù)（kcaal/m.hh.K）導(dǎo)熱系數(shù)比較硬聚氯乙稀0.141松木0.3~0.1222.1~0.866:1玻璃0.75:1鋼50357:1鋁140~1751000~12550:13.2采用雙層玻璃，減少輻射熱損失玻璃的熱輻射是把玻璃內(nèi)表面吸收的熱量傳遞到外表面再放熱。所以熱輻射和熱傳導(dǎo)是同時(shí)進(jìn)行的，欲減少輻射熱量，必須設(shè)法增大熱阻，所以在科研和生產(chǎn)實(shí)際中，采用帶中間空氣層的雙層玻璃不僅增大了熱阻，而且使熱量傳遞過(guò)程變得復(fù)雜，不僅在內(nèi)外兩層玻璃的外表面形成間接性熱輻射，而且內(nèi)層玻璃外表面輻射熱量必須在中間空氣層經(jīng)過(guò)熱傳導(dǎo)以后，才能被外層玻璃的內(nèi)表面所吸收，實(shí)際上就是增大了熱阻。所以只要雙層玻璃的中間空氣層厚度選擇合理，雙層玻璃比單層玻璃的熱阻可增大3倍以上。在國(guó)外有的門窗采用三層以上的玻璃，一次性投次雖大，但節(jié)能效果十分明顯。在室溫20℃時(shí)，單玻和雙玻鋁窗內(nèi)表面溫度變化情況參見(jiàn)表3，根據(jù)理論計(jì)算，玻璃的中間空氣層厚度在17-20mm最好，但為了考慮窗的綜合效益，盡量不把窗料斷面做的過(guò)大，通常選用10-14mm。表3單玻和雙玻內(nèi)表面溫度變化室外溫度（℃）鋁材內(nèi)表面溫度（℃）單玻內(nèi)表面溫度（℃）雙玻內(nèi)表面溫度（℃）+1012.312.916.2+58.39.314.3055.712.4-51.52.210.5-10-2-1.48.6-15-5.7-56.7-18-7.8-6.55.33.3提高門窗的氣密性，減少對(duì)流熱損失根據(jù)空氣滲透量計(jì)算公式：Q=1.67×102△Pa3b/L，其中各符號(hào)的意義及單位見(jiàn)表4表4空氣滲透量表達(dá)式符號(hào)意義及單位空氣滲透量表達(dá)式式各符號(hào)意義及單位位Q=1.67×1102△Pa3b/LQ——空氣滲透量（m3/h）a——縫隙寬度（mm）L——縫隙深度（mm）△P——室內(nèi)外壓差（mmmHg）b——縫隙形狀系數(shù)在同樣的壓差下，空氣滲透量的大小即失熱量的大小，決定于門窗縫隙的寬度、深度和幾何形狀。空氣滲透量隨縫隙寬度增大而增加，縫寬超過(guò)1毫米時(shí)，滲透量幾乎與縫寬成正比增加；滲透量隨縫隙深度增大而減少，當(dāng)縫深小于10-15mm時(shí)，滲透量迅速增加。在相同的縫寬縫深情況下，滲透量的大小就決定于縫隙形狀，幾何形狀越簡(jiǎn)單，滲透量越大。反之，如果縫隙已經(jīng)確定，要想減少空氣滲透量，就只有設(shè)法降低壓差△P，所以往往在窗框窗扇搭接縫隙處做成一個(gè)體積比縫隙本身大的多的空隙。在冬季當(dāng)冷空氣在風(fēng)壓作用下，經(jīng)窗的外部縫隙進(jìn)行入空腔時(shí)，氣流密度突然松馳，改變了氣流方向，由紊流狀態(tài)變?yōu)闇u流。因此滲入冷空氣的壓強(qiáng)和速度在此得到緩解，故稱此空腔為泄壓腔或減壓腔。這時(shí)泄壓腔內(nèi)與室內(nèi)的壓差大為降低，從面減少了滲透到室內(nèi)的冷空氣。泄壓腔空間越大或形成串聯(lián)的多個(gè)泄壓腔，室內(nèi)外壓差就會(huì)越小，窗戶的氣密性就可得到改善。由于各種窗戶型材幾何尺寸不同，形成的泄壓腔尺寸和形狀有很大差別。根據(jù)測(cè)試統(tǒng)計(jì)，無(wú)密封條的鋼窗氣密性一般在5m3/m.h以上；有密封條的鋼窗氣密性在2.5m3/m.h左右；鋁塑窗都設(shè)有密封條，氣密性均可達(dá)到1.5m3/m.h以下。單玻鋼窗的傳熱系數(shù)在6w/m.h.℃左右，雙玻鋼窗的傳熱系數(shù)在3.5w/m.h℃左右，而雙玻塑料窗的傳熱系數(shù)可達(dá)3w/m.h.℃以下。4結(jié)