对建筑节能与门窗选型的研究

    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。