建筑节能与门窗

建筑节能与门窗
1　 概述
2004年下半年开始，为了应对能源危机，我国开始推广建筑节能。按照建设部的有关标准，把我国分为四个气候区，分别是严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暧地区。而根据建筑的功能，建筑又可分为民用建筑、工业建筑和公共建筑。国家对民用建筑要求严寒地区节能75%，部分寒冷地区节能65%，如北京、天津、河南等。其它气候区至少节能50%。对于公共建筑和工业建筑，要求执行更高的节能标准。目前各省根据建设部的民用建筑节能设计规范，结合各省的实际，制定本省的民用建筑节能设计规范。在这些规范中，门窗的节能设计是其中重要的一个部分。
门窗在建筑节能体系中属于建筑外围护的一部分，建筑外围护保温包括外墙、外窗和屋顶。屋顶保温所占的面积和工程造价比较小，所以一般是讨论外墙和外窗的保温关联。
2　 K值介绍
在建筑节能设计中，K值是需要经常用到的单位，它是指传热系数或保温系数，单位是W/（m2•K），表示在单位时间内通过单位面积围护结构的传热量。K值越小节能效果越好。
3　 外墙节能
传统的建筑外墙是240普通粘土砖外墙，其K值为2.0 W/（m2•K），近年来建筑中越来越多的使用普通混凝土小型空心砌块墙及现浇钢筋混凝土墙。其保温隔热性能不但没有都到改善，反而进一步降低，其K值分别为2.6 W/（m2•K）和3.2 W/（m2•K），居住建筑室内热环境进一步恶化。
目前国内常用的外墙保温技术有两种，一种是胶粉聚苯颗粒保温砂浆技术，另一种是膨胀聚苯板技术。胶粉聚苯颗粒保温砂浆的成本比较昂贵，因此国内建筑大都采用膨胀聚苯板外墙保温技术。
外墙保温技术分为外墙内保温和外墙外保温两种工艺。外墙内保温给室内装修带来不便，因此，国内建筑建筑大都采用外墙外保温工艺。同时，外墙外保温还有防止屋顶及外墙内部结露、提高室内热稳定性、基本消除“热桥”的影响、保护主体结构、延长建筑物使用寿命等优点。（典型的膨胀聚苯板外墙保温工艺见下图）

但是膨胀聚苯板外墙保温工艺也有以下一些缺点：
a　 容易出现聚苯板与基础墙壁之间形成空腔，粘接面小而经受不住正负风压对保温层面的挤压，易造成保温层面的开裂，在极端情况下，会将保温板局部掀掉而难以修复。
b　 用涂塑玻纤网格布作为加强筋与砂浆的握裹力不够，形成隔离层，防水保护饰面层易脱落。
c　 玻纤网布直接铺设在膨胀聚苯板上，不但没有起到抗裂作用，反而形成了隔离作用，而保护层脱落。
d　 局部粘结失败而挤压相邻部位，受风力和重力的作用下，形成部分或大面积脱落。
e　 受季节与昼夜温度变化的影响，频繁受热胀冷缩的应力变化易开裂，尤其是严寒地区受层间进水冻融的影响而成片脱落。
f　 增加建筑外墙砖的施工难度和工程造价。
当前比较流行建筑外立面挂外墙砖，而不是使用涂料，因此在膨胀聚苯板外墙外保温层上挂外墙砖比较复杂。
其施工工艺如下：
基层墙体清理——钉射钉（锚固胀栓）——墙体基层界面拉毛——吊垂直、套方、弹控制线、做饼、冲筋、做口——抹保温浆料——绑扎四角网——抹抗裂砂浆——外墙粘贴面砖——勾缝
为了克服上述的膨胀聚苯板外墙外保温的缺点，以及有效降低外墙保温和在保温层上挂外墙砖的成本，需要在满足整体建筑保温性的前提下，尽可能减少保温层的厚度，甚至不做外墙保温。
怎么样才能实现上述的目的呢？
这需要提高外窗的保温性能！
4　 外窗节能
外窗的能耗包括通过玻璃、窗框的传热，通过窗缝的空气渗透耗热，夏季太阳幅射得热三个方面。为了提高外窗的节能性，针对以上三点分别需要提高外窗的K值、外窗的气密性以及采取遮阳措施。
外窗一般有型材、五金、玻璃三大系统组成，其中玻璃面积占外窗面积85%以上，因此，提高外窗的K值最主要的是降低玻璃的K值，其次是降低型材的K值。
当前市场上常见的玻璃是单层玻璃和中空玻璃，常见的型材是塑钢型材、彩铝型材和断桥铝型材。
它们的K值如下：
材料名称 单层玻璃 中空玻璃 彩铝型材 断桥铝型材 塑钢型材 维卡型材
K值
W/（m2•K） 5.5 3.5 6.5 3.5 1.8 1.4
由这些材料组成的门窗的K值如下表：
整窗K值
W/（m2•K） 彩铝型材 断桥铝型材 塑钢型材 维卡型材
单层玻璃 6..4 5.0 5.0 4.7
中空玻璃 4.7 3.5 3.0 2.7
中空玻璃大约85元/m2，单层玻璃大约20元/m2。
断桥铝型材加中空玻璃的门窗，工程造价约550元/m2，K值为3.5 W/（m2•K）。维卡白色型材加中空玻璃工程造价约350元/m2，而K值却达到了2.7 W/（m2•K）。
彩铝型材加中空玻璃的门窗采，工程造价约320元/m2，K值为4.7 W/（m2•K）。维卡白色型材加单层玻璃工程造价约300元/m2，而K值也达到了4.7W/（m2•K）。
因此维卡门窗具有优异的保温性能。
很多地方的建筑节能标准规定7层及7层楼以上的气密性必需要达到4级，维卡门窗的气密性可以轻松达到5级。
遮阳系统由设计院和甲方来决定是否采用，维卡也可以提供卷帘作为遮阳系统。
5　 外墙保温和外窗保温的关系
通过阅读相关的民用建筑节能设计规范，可以发现为了达到相同的整体建筑保温性能，可用两种方法，一是采用高保温外墙加低保温外窗的方案，二是采用低保温外墙加高保温外窗的方案，都可实现整体建筑的保温性能。
《福建省居住建筑节能设计标准实施细则》表4.2节选
外墙 遮阳系数
SW 外窗的传热系数K [W/（m2•K）]
窗墙比
Gm≤0.25 窗墙比
0.25＜Gm≤0.3 窗墙比
0.3＜Gm≤0.35 窗墙比
0.35＜Gm≤0.4 窗墙比
0.4＜Gm≤0.45
K≤2.0
D≥3.0 0.5 ≤3.5 ≤2.5 ≤2.5 ≤2.0 ≤2.0
0.4 ≤3.5 ≤3.0 ≤3.0 ≤2.5 ≤2.5
0.3 ≤4.0 ≤3.0 ≤3.0 ≤2.5 ≤2.5
0.2 ≤4.0 ≤3.5 ≤3.0 ≤3.0 ≤3.0
K
D≥3.0 0.5 ≤6.5 ≤5.0 ≤4.5 ≤3.5 ≤3.5
0.4 ≤6.5 ≤5.5 ≤4.5 ≤4.0 ≤3.5
0.3 ≤6.5 ≤5.5 ≤5.0 ≤4.0 ≤4.0
0.2 ≤6.5 ≤6.0 ≤5.0 ≤4.0 ≤4.0
K≤1.0
D≥2.5
或
K≤0.7 0.5 ≤6.5 ≤6.5 ≤6.5 ≤5.0 ≤4.5
0.4 ≤6.5 ≤6.5 ≤6.5 ≤5.5 ≤5.0
0.3 ≤6.5 ≤6.5 ≤6.5 ≤5.5 ≤5.0
0.2 ≤6.5 ≤6.5 ≤6.5 ≤6.0 ≤5.5
由上表可以看出，当外窗的K值减少时，可以相应提高外墙的K值，也就是外墙的保温K值和外窗的保温K值是呈相反的趋势。这样可以通过减少外窗的K值，来降低外墙保温层的厚度，也就减少了外墙保温的投资，同时方便了挂外墙砖。
《河南省居住建筑节能设计标准》4.2.3条中写道，“当实际采用的窗户传热系数比表4.2.1规定的限值低0.5及0.5以上时，在满足本标准规定的耗热量指标前提下，可按本标准3.0.3~3.0.5条规定的方法，重新计算确定外墙和屋面所需的传热系数。”
《湖南省居住建筑节能设计标准》的条文说明4.2.2条中写道，“近年来居住建筑的窗墙面积比有越来越大的趋势，这是因为商品住宅的购买者大都希望自己的住宅更加通透明亮。…但当窗墙比超过规定数值时，应应首先考虑减少窗户（含阳台门透明部分）的传热系数，如采用单框双玻或中空玻璃，并加强夏季窗口遮阳；其次可考虑减少外墙的传热系数。”
《湖南省居住建筑节能设计标准》的条文说明4.2.4条中写道，“外窗是围护结构各部分中热工性能最差的部分，提高外窗的热工性能，常常是大幅度提高整个围护结构热工性能的捷径。另外，提高外窗热工性能的节能投资回收期也是最短的。”
由于维卡型材加普通中空玻璃的K值可以达到2.7左右，具有优异的保温性能，所以采用了维卡门窗，可以大大降低外墙和屋顶的保温投资，以及挂外墙砖的投资，是达到建筑整体保温性能的最佳途径。