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节能型铝合金窗设计

来源:秦皇岛渤海铝幕墙装饰工程有限公司　作者:张华吕铁军　日期:2007-2-7 　页面功能【字体：大中小】【打印】【投稿】【评论】【啄木鸟】

　　[摘要]本文简述了节能铝合金窗设计的情况，总结了设计节能型铝合金窗时需考虑的因素。
　　[关键词]节能玻璃、真空玻璃、断热铝合金型材

　　随着我国工业化和城镇化进程的加速，城乡房屋建筑规模不断扩大，预计2020年全国房屋建筑面积将接近2000年数量的2倍，每年建成的房屋面积高达16亿～20亿平方米，超过所有发达国家年建成建筑面积的总和，可见建筑规模极其巨大。遗憾的是，不仅既有的近400亿平方米建筑中的99％为高耗能建筑，新建建筑中95％以上仍属于高耗能建筑，单位建筑面积采暖能耗为发达国家新建建筑的3倍以上。能源消耗问题相当严重，发展节能型建筑势在必行。

　　门窗作为建筑最为重要的一部分，其面积占整个建筑物建筑面积的20%至30%，但能量损失却占到51%，尤其是公共建筑，其窗墙比高达70%，更加大了能量的流失。我国是一个能耗大国，能源消耗在世界上排名第二，占全世界总能耗的10%。在各种能耗中，我国的建筑能耗占27.6%，控制门窗的能耗是建筑节能的关键，大力提倡节能型铝合金门窗已迫在眉睫。

　　如何设计节能铝合金窗？综合我司多年铝合金窗设计施工经验，以上海德法学校工程铝窗设计为例，详细叙述一下设计节能铝窗需考虑的几方面因素。上海德法学校属于大型公共建筑，按照《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005要求，我司为该工程设计节能窗时综合考虑到以下几个因素：

　　第一采用节能玻璃

　　玻璃占整个成窗80%左右的面积，玻璃的选用对窗户的节能影响很大。多年来，我国的建筑始终是在低水平、粗放经营中运转，建筑门窗只保留了最低的使用功能，不需考虑门窗的美观、方便、节能、隔声等其他功能，建筑门窗玻璃大都使用单层玻璃，这种普通的浮法透明玻璃对太阳辐射和远红外线辐射没有有效的阻挡作用。在冬季，北方地区的室内外的温差较大，大量的室内热量通过玻璃和门窗的缝隙丧失；夏季，太阳辐射的热量透过玻璃进入到室内。

　　现代建筑门窗常常为了采光和外观效果采用大块玻璃的门窗，因此要想提高窗户的隔热保温性能，就必须考虑选用节能玻璃。

　　所谓的节能玻璃，即区别于传统的玻璃原片或简单的双层玻璃，具有较高资源利用效率、能有效保证室内空气质量、帮助建筑物节能的玻璃产品。如中空玻璃、LOW-E玻璃、吸热玻璃、镀膜玻璃、真空玻璃等等。从某种程度上来说，中空玻璃是最有效的节能玻璃。中空玻璃通过增加空气层厚度及层数或是填充惰性气体，在国外普遍使用氩气等惰性气体充入中空玻璃腔体，可使节能效果提高10%。具体讲，节能玻璃的优点主要表现在以下方面。专家测试表明，普通建筑物中，一半数量的能耗是从门窗“流”失的，门窗同时也是室外噪声传至室内的最主要途经。而安装了节能型中空玻璃后，一般情况下可以将原来居室的能耗损失减少一半，可降低噪声30至40分贝。由于中空玻璃有不产生空气对流的中间层，故有显著的隔声、隔热、防结露、降低冷辐射及增强玻璃的安全性等功能。
对于高纬度高寒地区或者夏热冬冷地区，仅采用普通中空玻璃其隔热保温效果仍不够理想，宜采用低辐射镀膜玻璃（LOW-E）。Low-E膜的低辐射是针对中远红外线(波长大于5nm)而言的，因此Low-E膜玻璃具有在红外线等长波长区反射率高而在可见光范围内反射率低的特性。

　　真空玻璃是新型玻璃深加工产品，是我国玻璃工业中为数不多的具有自主知识产权的前沿产品，它的研发推广符合我国鼓励自主创新的政策，也符合国家大力提倡的节能政策。真空玻璃从原理上看可比喻为平板形保温瓶，两层玻璃的夹层均为气压低于10-1pa的真空，使气体传热可忽略不计；二者内壁都镀有低辐射膜，使辐射传热尽可能小。由于间隔是真空，因而隔声性能好，特别是低频段隔声性能优于同样厚度玻璃构成的中空玻璃。采用真空玻璃的铝合金窗隔热性能更优良于采用中空玻璃的铝合金窗。

　　自然环境中的热主要是太阳的辐射能，其能量的98％分布在0．3~3μm波长之间。除了太阳直接辐射能量外，还存在的大量的远红外线辐射热能，其能量分布在3~40μm。在夏季，室外的热辐射远大于市内的热辐射。照射在物体上的太阳辐射能，一部分被物体吸收和反射，另一部分直接透过物体成为透过的能量。被物体吸收的太阳能会使物体表面的温度升高，并通过与周围环境的对流传导和周围环境辐射远红外线而散失能量。因此，被吸收的能量最终仍有50％透过了物体，以对流形式传递。

　　以下为不同玻璃、不同类型玻璃结构的传热性能：

　　1．透明玻璃

　　普通透明玻璃有90％以上的太阳辐射能透过，不仅透过可见光，也透过红外光和部分紫外光。它的辐射热为E＝0．84，吸收热辐射的能量很强，吸热后会再次向外辐射出这部分热量，对流传导的热量多，因此隔热的性能很差。

　　2．普通中空玻璃

　　与普通单片玻璃性比较，透明中空玻璃大大改善的对流传导部分的传热。通过降低玻璃的导热系数而使对流传导热减少。中空玻璃的U值与玻璃的材料、厚度、空气层厚度有关。增加玻璃的厚度，加大中空层的宽度，中空层中填充氮气，都是可以降低U值,改善对流传导，提高保温性能。

　　3．热反射(Low—E)中空玻璃

　　热反射镀膜中空玻璃不但对太阳直接的辐射热有所控制，同时也大大限制了对流传导热，具有阻止热辐射直接透过的作用。冬季，可以有效地阻止室内暖气的热辐射向外泄漏；夏季，可以有效地阻止外面发出地热辐射进入室内。

　　各种不同玻璃、不同结构玻璃的节能效果

　　从以上表格中我们可以看出，使用普通玻璃、普通中空玻璃、低辐射镀膜玻璃low-E)的节能效果是截然不同的，效果也是显著的。

　　第二采用断热铝材

　　断热桥铝型材的出现大大提高了铝窗的热工性能，K值可到3以下（不断热的铝型材K值在6以上）。断热冷桥技术是将铝合金型材分成三部分组成复合材料，即外部铝合金框、内部铝合金框、中间部分连接内外的隔热材料，一般这个中间连接部分叫“断热冷桥”。“断热冷桥”隔热性能良好，起到在冬天时暖流不向外流损失热量，夏天外部热量不流向内部的屏障作用。因此断热铝型材比普通铝型材有更低的K值，采用断热铝型材的铝合金窗隔热保温性能比普通窗要优良。

　　第三采用双等压腔密封技术。

　　窗扇闭合时，由于断热型材的特殊构造，实际形成了由隔热条、铝型材和密封构件（胶条）构成的内外两个等压腔体，因此具有极高的气密性，保温隔热效果更好。　

　　第四采用性能良好的五金件、密封条、毛条等密封件

　　五金件、密封条、毛条等密封件是窗户的重要部件，节能效果甚为明显，不可忽视。

　　第五采用有效的遮阳措施

　　在夏季，阳光透过玻璃射入室内，是造成室内过热的主要原因。特别在南方炎热地区，如果人体再受到阳光的直接照射，将会感到炎热难受。对于北方寒冷地区，则不宜采用遮阳措施。

　　在铝合金窗上设置遮阳系统，可以最大限度减少阳光的直接照射，从而避免室内过热，是炎热地区建筑防热的主要措施之一。设置遮阳后，会有如下作用及效果：

　　1)遮阳对太阳辐射的作用。遮阳系数就是透过有遮阳措施的围护结构和没有遮阳措施的围护结构的太阳辐射热量的比值。遮阳系数愈小，透过外围护结构的太阳辐射热量愈小，防热效果愈好。在广州地区进行实测得到的各主要朝向窗口的遮阳系数分别为：西向17%，南向45%，北向60%。由此可见，遮阳对遮挡太阳辐射热的效果是相当大的。

　　2)遮阳对室内温度作用。遮阳防止室内温度上升有明显作用，在广州某西向房间试验观测表明：在闭窗的情况下，有、无遮阳，室温最大差值达2℃,平均差值1.4℃。而且有遮阳时，房间温度波幅值较小，室温出现最大值的时间延迟，室内温度场均匀。因此，遮阳对空调房间可减少冷负荷，所以对空调建筑来说，遮阳更是节约电能的主要措施之一。

　　第六保证加工装配上墙质量

　　再好的窗户如果装配上墙不好，也达不到节能的效果。窗框与窗洞壁之间的缝隙，必须用发泡聚氨酯等保温材料填墙严实，内外边沿再用密封膏封闭防裂、防渗。

　　综上所述，节能窗主要应抓好玻璃、型材(框扇)、五金件及密封件、遮阳、安装上墙五个环节。

　　我国的房地产行业市场巨大，由于房地产的拉动，门窗行业面临巨大机遇，前途光明。研究和推广节能型铝合金窗，将是今后广大门窗企业的发展方向。我们充分相信，随着国家“十一·五”计划的实施，经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，高档节能铝合金窗将是今后铝合金窗的主流方向。

　　参考文献：
　　《铝合金建筑型材隔热型材》5237.6-2004
　　《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》JGJ26-95
　　《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134-2001
　　《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005
　　《居住建筑节能设计标准》DBJ01-602-2004

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