建筑节能与门窗选型问题的比较和研究

门窗作为建筑围护的重要组成部分，能否配合墙体起到良好的保温隔热作用，减少居室能源流失，在建筑节能减排中有着至关重要的作用。目前，门窗品种很多，呈现铝、塑、钢、木、玻璃钢、铝塑复合、铝木复合多元发展的态势。为了迎合建筑节能政策，各种品种的门窗材料的生产厂家在稍做改进后，纷纷搭上了节能门窗的列车。在建筑设计时究竟应当选择哪一种门窗作为首选的节能门窗，而哪一种门窗称得上节能门窗，目前众说纷纭。为了能够使设计师、建设单位和一般业主在门窗选型时有所参照，我们对目前常用门窗品种作了一些研究比较和改进，供有关单位和从业人员参考。
门窗是否节能，取决于两个方面，第一：窗外框、窗扇框(以下简称框体)的材料是什么材料做的，是否隔热保温；第二：玻璃是否采用了中空玻璃；这是最基本的要求。保温隔热的节能门窗应当采用中空玻璃，这一点已经广泛接受，余下的问题是框体的保温隔热性能了。显而易见，铝合金、彩钢等金属材料传热系数高，不隔热、不保温；塑料、玻璃钢材料传热系数低，保温、隔热，这也是一般常识。因此结论很明确，塑料、玻璃钢材料的框体配上中空玻璃制成的门窗就是保温隔热节能门窗。铝合金框体配上中空玻璃，也不是节能门窗。
问题远非这么简单。因为塑料门窗虽然有很好的保温节能性能，但存在颜色单一、着色后易褪色、框体较为粗旷的缺点，加之这些年对作坊的粗制滥造缺乏监管，在人们意识中存在塑料窗即低档货的误区，使得一般开发商不愿采用塑料窗。玻璃钢门窗推广不力，少有人问津。再来看一个问题的另一面，铝合金门窗虽然不节能，但它的外观挺刮、秀气，颜色丰富多彩且不易褪色，给人们留下了铝合金门窗即高档门窗深刻的印象，而且是根深蒂固的。
有鉴于此，铝合金型材的生产厂家，推出了断桥隔热铝合金型材，用这种型材制作的门窗被称为节能门窗，有关单位还出了图集加以推荐，其实它的隔热效率有限，本质上还属于金属门窗。问题是这种误导在厂商的推动、开发商设计部门的思维定势、检测机构的松懈、主管部门的监管不力的交互作用下，迅速蔓延。直到最近，国务院《建筑节能条例》的颁布，各级监管部门深入现场，才使这一问题暴露出来，经检测，断桥隔热铝合金门窗的热工性能远远达不到要求。下面就断桥隔热铝合金门窗及型材的结构和性能作简要分析：
这种型材由两条铝合金型材和一组树脂隔热条组成，其意图是阻断热的传导。这类型材目前有两种制备工艺：一种是以现成的尼龙隔热条滚齿挤压合成，另一种是在整体的型材结构槽内灌注聚氨脂材料，待树脂固化后将型材连接部分切除。我们知道，热的传导有三种方式，一是物体传导；二是辐射；三是对流。断桥型材只是利用树脂材料的低传热性阻断或减少热在物体上的传导，在抵御辐射传导和对流传导这两方面没有任何措施。使用这种型材制成的门窗，在关闭的门窗外框和窗扇框之间形成了环绕的冷腔，同时在窗扇玻璃槽口内也形成了冷腔，室外的热就由这一通道进入室内。
不难看出，型材隔热条(斜线部分)只解决了整个框体的热传导的三分之一不到的问题。如果使用这种型材制成门窗框架，配以5+12+5的中空玻璃，经计算窗框占门窗面积的35%，玻璃占65%，该门窗的热工性能K值只有3.3，相当于8级，达不到上海、北京地方政府规定的节能要求的下限，显然，断桥隔热铝合金门窗有一定的隔热效果，但不是节能门窗。那么，有没有既具有塑料门窗保温节能的优点，又具有铝合金门窗外观美观，并且深受欢迎的门窗品种呢？答案是肯定的。经过比较分析，我们设计了改进型的铝塑组合门窗。这种门窗外侧是彩色铝合金材料，内侧是PVC材料，因此既具备铝合金门窗的特点，又具备塑料门窗的良好的保温节能优势。同时又由于采用了铝合金框架嵌入塑料框架腹腔内，塑料型材经过焊接后包裹铝合金型材，在保留塑料门窗不向墙体渗水的优点的同时，消除了铝合金门窗长期来难以解决的拼角处渗水的难题。通过图2可以看出，断桥铝合金门窗存在的大量冷腔，在这种铝塑组合结构里变成了暖腔，从而达到了保温效果。
方案可行，热工性能需要论证。根据崔希骏、廖建峰《节能窗传热系数的确定方法和相关分析》提供的研究结果和数据，本设计方案中PVC部分符合两腔塑料窗框的特征，其传热系数应为2.1K值；如果配以5+12+5的普通中空玻璃，查卢树人《门窗节能原理和要素》研究结果和数据，这种配置的中空玻璃的传热系数在3.0左右；设窗框占35%，玻璃占65%，根据简便查表算法得出整窗传热系数为K值2.7，符合节能50%的建筑节能目标。由此证明该设计方案是可行的。上海某工程的实际应用中检测结果取得了K值2.6的成绩。当然，这一项研究和设计的普遍应用以及节能目标的实现，还有赖于对型材断面的精心设计和装配工艺的控制，在加工工序中应高度重视焊接工序质量的控制和五金配件的配置。我们相信在应用中不断总结经验，不断完善，这种保温节能效果明显，外观深受欢迎，资源节约型的，经济型的节能门窗一定能够成为一种建筑设计中节能门窗选型的优秀品种。
太阳房，是指主要依靠太阳能来采暖和制冷的房屋，分为主动式和被动式两大类。主动式太阳房的采暖方式，和利用常规能源的房屋的采暖系统基本相同，因此所需的费用很大。而被动式太阳房，是在房屋设计时，从传热学的原理出发，将房屋建造成一种利用太阳能进行冬季室内采暖，和夏季降低室内温度的高效率节能房，是环保型生态建筑。被动式太阳房巧妙之处在于，能够利用房屋自身的构造收集太阳能，同时又有很好的蓄热性能，并保持一定时间内的稳定。所以，它可以满足冬季采暖、夏季隔热、自然通风、调节室内空气的作用。所有这些，不是依靠房屋以外的机械作用，而是依赖房屋本身的形体和巧妙的构造。这也是被动式太阳房与主动式太阳房的主要区别。
从广义的角度看，被动式太阳房与普通房始终是接轨的，它们共同之处都是在利用太阳能。只是被动式太阳房在利用太阳能方面的目的、方向更明确，它以最大的可能使房屋的耗热降到最低，且尽可能从多方面有目的地获取太阳能。宏观地看待普通房与被动式太阳房，前者利用太阳能是自发、无专门节能目标的，而被动式太阳房是人们有意识地利用太阳能，因而它的节能意识强烈、节能效果突出。
被动式太阳房的组成
能量来源 被动式太阳房的能量来源于可再生能源，主要是由屋顶上的太阳能装置来供电，只是在极少的情况下需要额外的能量用于取暖，例如使用地源热泵技术。
三层玻璃 被动式太阳房试图接收尽可能多的阳光。因此，房子大多向南，窗户面积也应尽可能地大。而3层隔离窗的设计，是为了使室内产生的热量不会向外流失。
隔热装置 被动式房屋只有依靠高标准的隔热装置，才能储存各种热量，成为出色的节能高手。
通风设备 被动式太阳房的核心是自动通风系统。从废气中抽取热量，再使用这个热量为吸入的新鲜空气加热。
被动式太阳房的类型
被动式太阳房的种类很多，到目前为止尚无统一的划分标准，因此分类方法也不尽相同。如果从利用太阳能的方式来划分，大致有如下几种类型：
直接受益式这是让太阳光通过透光材料直接进入室内的采暖形式，是太阳能采暖中和普通房差别最小的一种。冬天阳光通过较大面积的南向玻璃窗，直接照射到室内的地面、墙壁和家具上面，使其吸收大部分热量，因而温度升高，少部分阳光被反射到室内的其他面（包括窗），再次进行阳光的吸收、反射作用（或通过窗户透出室外）。被围护结构内表面吸收的太阳能，一部分以辐射和对流的方式在室内空间传递，一部分导入蓄热体内，然后逐渐释放出热量，使房间在晚上和阴天也能保持一定的温度。
集热墙式 这种太阳房主要是利用南向垂直集热墙，吸收穿过玻璃采光面的阳光，然后通过传导、辐射及对流，把热量送到室内。墙的外表面一般被涂成黑色或某种暗色，以便有效地吸收阳光。
附加阳光间式这种太阳房是直接受益式和集热墙式的混合产物。其基本结构是将阳光间附建在房子南侧，中间用一堵墙（带门、窗或通风孔）把房子与阳光间隔开。实际上在一天的所有时间里，附加阳光间内的温度都比室外温度高，因此，阳光间既可以供给房间以太阳热能，又可以作为一个缓冲区，减少房间的热损失，使建筑物与阳光间相邻的部分获得一个温和的环境。由于阳光间直接得到太阳的照射和加热，所以它本身就起着直接受益系统的作用。白天当阳光间内空气温度大于相邻的房间温度时，开门（或窗或墙上的通风孔）将阳光间的热量通过对流传入相邻的房间，其余时间关闭。
组合式以上简述的几种基本类型的被动式太阳房都有它们的独特之处。我们把由两个或两个以上被动式基本类型组合而成的系统称为组合式系统。不同的采暖方式结合使用，就可以形成互为补充的、更为有效的被动式太阳能采暖系统。直接受益窗和集热墙两种形式结合而成的组合式太阳房，可同时具有白天自然照明和全天太阳能供热比较均匀的优点。
被动式太阳房是一种经济、有效地利用太阳能采暖的建筑，是太阳能热利用的一个重要领域，具有重要的经济效益和社会效益。它的推广有利于节约常规能源、保护自然环境、减少污染，使人与自然环境得到和谐的发展。