夏熱冬暖地區(qū)窗戶的節(jié)能改造研究

張海濤，王 坤

（四川鼎能房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，四川成都 611730）

0 引言

我國的居民建筑在能源需求和供給方面并不能達到平衡。早期修建的居民建筑主要目的是為了滿足住戶日常生活的需求，對房屋的舒適度和節(jié)能要求并不多。從改革開放開始，大批住宅開始修建，然而由于缺乏相關(guān)節(jié)能經(jīng)驗，導(dǎo)致這批次的住宅不能滿足現(xiàn)行節(jié)能標準的要求，尤其是門窗等構(gòu)件的建筑耗能問題突出。近幾年，隨著國家對可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推進，建筑節(jié)能方面的規(guī)劃有了較大的改觀。但是由于經(jīng)濟發(fā)展的不平衡，夏熱冬暖地區(qū)節(jié)能改造工作推行較困難，導(dǎo)致整體改造進程十分緩慢，遠達不到預(yù)期目標。

在建筑節(jié)能這個體系中，圍欄結(jié)構(gòu)老化是導(dǎo)致建筑高耗能的主要因素，相比較而言，窗戶的老化和性能對建筑能耗的影響占比較大。本文主要針對夏熱冬暖地區(qū)，以窗的綜合性能指標為準，綜合技術(shù)與經(jīng)濟效果，以西昌地區(qū)為例，對不同時期修建的窗戶進行熱工缺陷檢測分析，探索不同時期窗戶對建筑能耗的影響。

1 夏熱冬暖地區(qū)住宅窗戶現(xiàn)狀分析

依據(jù)我國國民經(jīng)濟規(guī)劃以及建筑節(jié)能法規(guī)和政策出臺的時間，將不同時期的居民建筑分為以下四類：

1.1 “七五計劃”前期的住宅

早期修建的住宅由于受到社會大環(huán)境的影響，施工技術(shù)不成熟及經(jīng)濟發(fā)展緩慢，小區(qū)住宅修建高度一般在3～5 層左右，外墻修建的主要材質(zhì)是黏土實心磚，且外墻無多余裝飾。窗戶也主要是木質(zhì)結(jié)構(gòu)框架，采用的玻璃為單層玻璃，與墻體貼合性較差。

1.2 “七五計劃”后期到“十五計劃”前期的住宅

隨著改革開放的進行和我國建筑節(jié)能政策和法規(guī)的相繼出臺，建筑的施工技術(shù)得到了提升，此時修建的住宅質(zhì)量較之前有明顯的提高，在節(jié)能減排方面要求更加嚴格。此時修建的住宅大多在4～6 層，且通常在住宅底層設(shè)置商鋪。建筑外墻仍然為黏土磚墻，外飾面大多貼有瓷磚，夏熱冬暖地區(qū)由于氣候潮濕，木窗的使用逐漸減少，取而代之的是推拉鋼窗和對外單開鋼窗。到了“一五計劃”前期，開始盛行合金窗。

1.3 “十五計劃”后期到“十三五規(guī)劃”的中期的住宅

受到國內(nèi)外經(jīng)濟的影響以及國家政策的調(diào)控，我國開始提出“商品房”的概念，商品房住宅開始根據(jù)《民用建筑節(jié)能設(shè)計標準》進行節(jié)能設(shè)計，這一階段的住宅各項節(jié)能措施完善，大部分建筑外墻使用粉煤灰磚，窗戶使用PVC 和鋁合金材質(zhì)，且窗戶具有可減少太陽輻射的遮陽措施。

1.4 “十三五規(guī)劃”后的近期住宅

在“十三五規(guī)劃”后，我國加快城市化發(fā)展的進程，提出可持續(xù)發(fā)展的理念，完善建筑節(jié)能法規(guī)的修訂，對于這一時期住宅房屋的修建都有嚴格的標準。國家對節(jié)能等法規(guī)的執(zhí)行力度也相當大，多數(shù)的住宅窗戶都采用了雙玻璃節(jié)能窗或者斷橋鋁合金鍍膜窗。

2 外圍護結(jié)構(gòu)熱工檢測方法

2.1 檢測方法

建筑節(jié)能熱工缺陷檢測一般采用的檢測技術(shù)為紅外熱像技術(shù)，它作為無損檢測的一個分支，具有測溫范圍廣、靈敏度高、形象直觀的特點。

2.2 影響建筑能耗的主要參數(shù)

2.2.1 傳導(dǎo)系數(shù)

對建筑物來說，室內(nèi)外溫差是導(dǎo)致熱傳導(dǎo)的一個主要原因。用熱傳遞系數(shù)K（單位為W/（m2·K））來衡量窗戶的隔熱性能。

2.2.2 遮擋系數(shù)

遮擋系數(shù)包含兩個部分：①遮陽設(shè)施的遮陽系數(shù)；②玻璃的遮擋系數(shù)。

2.2.3 窗墻面積

把窗戶洞口面積比上房間立面單元面積的值定義為窗墻面積比。窗墻面積比是建筑耗能的主要影響因素。

3 夏熱冬暖地區(qū)不同時期窗戶熱工檢測結(jié)果

3.1 “七五計劃”開始之前早期房屋窗戶熱工檢測

在1985 年之前修建的早期住宅，房屋的隔熱性能差。西昌地區(qū)早期住宅窗戶的熱工缺陷檢測診斷圖如圖1 所示。

圖1 木窗紅外熱像

對西昌地區(qū)14 處早期住宅窗戶的熱工缺陷檢測結(jié)果進行綜合分析，有如下發(fā)現(xiàn)：

總體來看，早期由于經(jīng)濟發(fā)展落后，建筑構(gòu)件的耗能較大，窗戶保溫隔熱性能差，且窗戶與墻體的連接出現(xiàn)縫隙，產(chǎn)生嚴重的老化現(xiàn)象。就節(jié)能改造而言，雖然能采取一定措施減少早前建筑窗戶的耗能，但是和其存在的生命周期相比較，投入較大而收獲較少，故對此類住宅窗戶而言，進行節(jié)能研究的意義并不大。

3.2 “七五計劃”開始到“十五計劃”開始初期房屋窗戶熱工檢測

1986—2000 年期間，能源立法在我國尚且處于起步階段，這一時期出臺的節(jié)能政策和法規(guī)還不完善，屬于建筑節(jié)能的過渡時期。在這個時間段修建的住宅，外圍護結(jié)構(gòu)開始添加保溫隔熱材料，窗戶也由早期的木窗逐步過渡到塑料窗、鋁合金窗和鋼窗。

對西昌地區(qū)24 處初期住宅窗戶熱工缺陷檢測結(jié)果進行綜合分析，有如下發(fā)現(xiàn)：

初期住宅窗戶的形式以鋼窗和鋁合金窗為主，在采樣過程中對10 處居民住宅的窗戶進行了節(jié)能改造。將原有5 處老化的鋼窗改為塑窗，另外5 處鋁合金窗，改造完成之后對這些窗戶進行熱工缺陷檢測，分析對比之后發(fā)現(xiàn)塑窗的節(jié)能效果顯著，鋁合金窗戶的節(jié)能效果較塑窗而言較弱一點。從整個建筑住宅的生命周期考慮，初期住宅窗戶節(jié)能改造的潛力更大，并且有必要對其進行節(jié)能改造。

3.3 “十五計劃”開始到“十三五規(guī)劃”開始中期房屋窗戶熱工檢測分析

2001—2015 年期間，隨著國家出臺了一系列節(jié)能政策和法規(guī)，中期住宅在窗墻比上有了很大的改善。建筑設(shè)計要求更加嚴格，室內(nèi)采光更加充足，窗戶的熱工性能有了很大的提升，建筑外墻大部分都采取了保溫隔熱措施，并且將遮陽措施也應(yīng)用到室內(nèi)。

對西昌地區(qū)9 棟中期住宅窗戶熱工缺陷檢測結(jié)果進行綜合分析，有如下發(fā)現(xiàn)：

（1）就建筑結(jié)構(gòu)而言，中期住宅房屋結(jié)構(gòu)無明顯缺陷，保存良好。中期住宅采用的窗戶形式大部為推拉窗，熱工性能較初期窗戶而言有了顯著的進步。

（2）中期住宅的窗戶玻璃材質(zhì)大多為單玻材料，對比前期住宅窗戶玻璃，單玻材料的玻璃具有更好的熱工性能，窗玻溫度差別微小，分布均勻。

（3）由于中期住宅到目前為止，窗戶的建造時間較晚，因此，就建筑物生命周期而言，對中期住宅進行窗戶進行節(jié)能改造，節(jié)能收益不明顯。

3.4 “十三五規(guī)劃”后近期房屋窗戶熱工檢測

從2006 年開始，面對建筑能源的巨大消耗和國際能源的短缺，我國加大了能源立法的力度和決心。隨著科技的進步，施工技術(shù)也越來越先進，施工質(zhì)量也有所保障，建筑節(jié)能也納入了建筑考核范圍。通過采取這一系列有效措施，提高住房建設(shè)的品質(zhì)。

4 結(jié)論

結(jié)合熱工缺陷檢測結(jié)果進行分析，有以下結(jié)論：

（1）“七五計劃”之前的早期住宅，由于修建年代久遠，且修建時的要求較低，導(dǎo)致這類住宅的空間面積分布不合理，墻體和屋頂都未采取任何保溫措施，窗戶也大多為木質(zhì)結(jié)構(gòu)，對此時期窗戶進行節(jié)能改造的潛力較低，無太大改造必要。

（2）“七五計劃”開始到“十五計劃”開始的初期住宅，由于經(jīng)濟建設(shè)加快，人們生活品質(zhì)提高，對住宅建造面積和空間分布都有了較高要求，所以這一時期住宅的建造面積及空間分布都較為合理，房屋建筑朝向、窗戶朝向設(shè)置、窗墻比等都有經(jīng)過設(shè)計考量。對比現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，推拉塑窗進行改造后的節(jié)能收益更高，有必要對這一時期房屋窗戶進行改造，以達到建筑節(jié)能要求。

（3）從“十五計劃”開始，中期住宅和近期住宅受到國家節(jié)能法規(guī)和政策的調(diào)控。雙玻璃工藝開始在建筑住宅窗戶上使用，從一定程度上來講，這種工藝能大大提升窗戶的熱工性能，是降低熱輻射和熱傳導(dǎo)帶來的室內(nèi)能耗負擔的一種有效措施。

綜上所述，早期住宅由于老化原因，建筑窗戶在進行改造之后，出現(xiàn)的熱工缺陷仍然十分明顯，建筑節(jié)能改造效果不好，不利于節(jié)能工作的進行。初期住宅窗戶具有較大的改造潛力，節(jié)能效果明顯，且在同一條件下，將初期窗戶改為推拉塑窗產(chǎn)生的節(jié)能效果最好。對于夏熱冬暖地區(qū)而言，推拉塑窗最適合窗戶的節(jié)能改造。中期和近期的住宅窗戶滿足目前節(jié)能要求，改造潛力小，目前暫不需要進行節(jié)能改造。