解讀新版節(jié)能設計標準以及節(jié)能門窗主流配置

周陽

摘 要：建筑外窗是建筑節(jié)能中最為薄弱的環(huán)節(jié)，因此提升建筑外窗的保溫性能是保證建筑節(jié)能取得實質性效果的重要手段。本文分析了當前天津市新版節(jié)能設計標準以及目前節(jié)能門窗主流配置，深入探討提升整窗保溫性能所采取的措施，重點從透明面板入手，分析不同型號玻璃配置對于整窗保溫性能的影響，進而得出滿足當前地方標準中關于整窗保溫性能的基本配置。

關鍵詞：建筑節(jié)能；保溫性能；中空玻璃；隔熱型材

1 引言

新版天津市居住建筑節(jié)能設計標準的正式實施標志著我市居住類建筑全面進入四步節(jié)能時代，新版標準是在上一版設計標準的基礎上再節(jié)約30%能耗作為第四步節(jié)能的目標。仔細閱讀新標準不難發(fā)現(xiàn)，相比老版標準幾乎所有圍護結構部位傳熱系數(shù)限值均有下降，特別是在建筑節(jié)能中占有至關重要地位的外窗，其傳熱系數(shù)從上一版2.7W/（m2·K）降低到新版本1.8W/（m2·K），下降幅度超過30%，比上一版本對外窗傳熱系數(shù)限值的要求嚴格許多，這也意味著現(xiàn)有門窗配置已不可能再滿足新標準對傳熱系數(shù)限值的要求。與此同時綜合考慮建筑物能耗及采光，新標準明確規(guī)定了外窗遮陽系數(shù)不應小于0.55，也就是說對于外窗所用玻璃也提出了新要求。

針對上述新變化，下面我們將討論如何改進現(xiàn)有門窗配置，減小傳熱系數(shù)，使其滿足四步節(jié)能的相應要求。

2 外窗傳熱系數(shù)的計算

外窗傳熱系數(shù)可按照國家標準GB/T8484-2008進行試驗求得，還可以按照公式理論計算。根據(jù)經(jīng)驗，理論計算往往更為準確。

建筑門窗由型材、玻璃、密封材料、五金件組成，屬于符合型材料，每一個組分對門窗整體傳熱系數(shù)都會產(chǎn)生影響。依據(jù)新版設計標準附錄C.0.2公式可計算出整窗的傳熱系數(shù)，該公式表明窗傳熱系數(shù)與窗框及玻璃面積、窗框及玻璃傳熱系數(shù)、玻璃區(qū)域邊緣長度、窗框與玻璃的線傳熱系數(shù)有直接關系。

舉例來說，一樘當前主流配置的斷橋鋁合金平開窗配置為：窗框采用穿條式隔熱型材，隔熱條寬度為18.6mm（窗框型材傳熱系數(shù)為3.0W/（m2·K）），裝配有中空玻璃厚度6+12A+6，在玻璃第二面鍍有垂直輻射率0.1的低輻射Low-E膜（中空玻璃傳熱系數(shù)為1.8W/（m2·K）），窗尺寸為1450×1450-55（窗面積為2.10m2），窗框面積比為24%（窗框面積為0.504m2，玻璃面積為1.6m2），玻璃區(qū)域邊緣長度為7.67m，窗框和窗玻璃之間的線傳熱系數(shù)為0.08W/（m·K），由此可以計算出該樘門窗的傳熱系數(shù)為K=（0.504×3.0+1.6×1.8+7.67×0.08）/2.10=2.4W/（m2·K）。

通過上面的計算過程可以看出，現(xiàn)有配置的鋁合金窗傳熱系數(shù)和新地標所要求的限值相差甚遠，即使將型材更換成傳熱系數(shù)僅為1.8W/（m2·K）的四腔塑料型材，其余配置均保持不變，重新計算傳熱系數(shù)為K=（0.504×1.8+1.6×1.8+7.67×0.06）/2.10=2.02W/（m2·K），依然無法滿足1.8W/（m2·K）的限值要求。這是因為門窗型材面積所占整窗面積（窗框面積比）僅有20%—30%，改變型材傳熱系數(shù)對于整窗傳熱系數(shù)的加權計算影響較小，只有改善占據(jù)整窗面積70%—80%的玻璃部分的傳熱系數(shù)，窗傳熱系數(shù)才能夠顯著降低。

3 中空玻璃配置的改善

3.1 三玻兩腔中空玻璃

在第二、第三步節(jié)能時期，中空玻璃的使用對減小門窗傳熱系數(shù)起到非常重要的作用，因為在同時期使用的平板玻璃傳熱系數(shù)高達5.3W/（m2·K），而厚度為6+12A+6的中空玻璃傳熱系數(shù)為2.7W/（m2·K），與平板玻璃相比下降約50%，節(jié)能效果顯著。依此類推如果在中空玻璃外側再加裝一層玻璃和間隔條，形成三層玻璃兩腔氣體層的玻璃裝配形式，經(jīng)過試驗6+12A+6+12A+6的玻璃構件傳熱系數(shù)為1.8W/（m2·K），與第二節(jié)所述的垂直輻射率為0.1的雙層鍍膜中空玻璃相同，也就是說普通三玻兩腔中空玻璃和鍍有Low-E膜的雙玻中空玻璃保溫效果相同。

若在三玻中空玻璃室外片鍍Low-E膜形成6Low-E+12A+6+12A+6的結構，經(jīng)試驗得出其傳熱系數(shù)為1.3W/（m2·K）。此處再回到第二節(jié)中四腔塑料型材外窗傳熱系數(shù)的計算，將玻璃配置換成該三玻鍍膜玻璃，計算得整窗傳熱系數(shù)K=（0.504×1.8+1.6×1.3+7.67×0.06）/2.10=1.64W/（m2·K）<1.8W/（m2·K），符合新地標的限值要求。

值得注意的是，如果將三玻兩腔中空玻璃裝配至鋁合金門窗上，必須對其型材進行改造，因為普通的55系列型材只能嵌入雙玻中空玻璃，必須使用64或65系列型材（同時加寬隔熱條）裝配三玻中空玻璃并加裝墊塊。

3.2 真空玻璃

顧名思義，真空玻璃是將兩片平板玻璃四周密封，再將其間隙抽成真空，考慮到室內外側氣壓平衡，真空層一般僅為0.1—0.2mm。由于真空玻璃中間沒有介質，因此它在保溫隔熱以及隔音方面與保溫瓶原理相同，效果十分顯著。一塊配置為6Low-E+0.2V+6的真空鍍膜玻璃傳熱系數(shù)僅為0.7W/（m2·K），比起6+12A+6的普通中空玻璃下降了2.0W/（m2·K）。此處仍然采用第二節(jié)中的鋁合金平開窗舉例，用6Low-E+0.2V+6代替原有玻璃配置計算整窗傳熱系數(shù)K=（0.504×3.0+1.6×0.7+7.67×0.08）/2.10=1.55W/（m2·K），比上一小節(jié)討論的三玻塑料窗保溫性能還要好。

真空玻璃最大的優(yōu)點就是保溫性能好且質量輕便，缺點就是價格昂貴成本高，在經(jīng)濟條件允許的情況下可以和中空玻璃配合使用。

4 其他輔助性措施

第三節(jié)討論了為降低門窗傳熱系數(shù)采取的改進玻璃配置的措施，數(shù)據(jù)表明效果顯著，除此之外還有一些細節(jié)也可以降低整窗傳熱系數(shù)，使之符合新地標的限值要求。

4.1 提高門窗氣密性能

加裝3道密封膠條，使門窗開啟部位更加嚴密，這也是為了滿足新版設計標準條款4.2.4關于建筑外窗氣密性等級不應低于7級的要求。氣密等級高代表門窗空氣滲透量少，可以在一定程度上提升保溫性能。

4.2 暖邊間隔條技術

暖邊技術是指中空玻璃的間隔條采用低導熱系數(shù)的材料替代鋁式間隔條構造，提高玻璃邊緣溫度，進而改善整窗的保溫性能，試驗證明采用暖邊間隔條玻璃配置的鋁合金外窗傳熱系數(shù)可以降低0.1W/（m2·K）左右。

4.3 中空玻璃腔體充入惰性氣體

試驗證明充入氬氣的中空玻璃比起普通中空玻璃傳熱系數(shù)下降約0.2W/（m2·K），折算到整窗傳熱系數(shù)減少0.1—0.15W/（m2·K）。比如一塊三玻兩腔充氬氣中空玻璃6Low-E+12Ar+6+12Ar+6傳熱系數(shù)為1.1W/（m2·K），用它來代替第三節(jié)的三玻鍍膜玻璃計算得K=（0.504×1.8+1.6×1.1+7.67×0.06）/2.10=1.49W/（m2·K），比1.64減少了0.15W/（m2·K）。

5 結束語

本文討論了為滿足我市新版設計標準規(guī)定的四步節(jié)能窗傳熱系數(shù)限值的要求，外窗必須裝配有以下配置，結論如下：

①三玻兩腔鍍膜玻璃代替雙玻中空玻璃，成為塑鋼以及鋁合金門窗玻璃的必備配置；②真空玻璃選擇性裝配，根據(jù)需要與三玻玻璃配合使用；③鋁合金型材（包括隔熱條）必須進行加寬處理才可以鑲嵌三玻玻璃；④鋁合金門窗玻璃間隔條可采用暖邊技術；⑤中空玻璃腔體內充入惰性氣體，進一步提升整窗保溫性能。