从建筑节能标准角度浅议门窗保温性能

    门窗是为了节能，我还是稍稍拓展一下讲我们实现建筑节能的几个重要的技术途径，可以澄清一下大家的思路。
    第一，建筑节能无非就是要降低建筑在使用过程当中的能耗，一个是降低建筑的耗能负荷。为什么会耗能呢?因为冬天外面太冷了，屋里的热量流出去了，所以需要用暖气片来补充能量。如果墙做得厚，保温性能好，那么流出去的热量少，需要补充的热量就少。这是最最基本的节能的途径，我们的保温门窗其实就是发挥这样的作用，简单的说，就是降低建筑的采暖负荷。
    第二，提高采暖、空调、照明等系统的用能效率，设备能效、设备容量合理、系统控制灵活。
    第三，能源的梯级利用、低品质能的利用。大家都看到发电厂会冒着呼呼的白气，其实这都是在冷凝，冷凝热用来发电不行，但是用来采暖还是足够的。所以低品质能完全是可以利用到采暖上来的。
    第四，使用可再生能源。使用可再生能源就目前人类掌握的技术水平来讲，付出的代价还是非常大的，因此更多的还是在节约常规能源上下工夫。
    第五，科学合理的运行管理。不管什么技术，最后都需要通过科学合理的运行管理来把它的节能潜力真正发挥出来。
    我今天报告的主题是从节能标准的角度来讲窗的保温性能，所以要把节能标准简单说一下。我们国家幅员辽阔，960万平方公里土地，根据1月份最冷月和7月份最热月的月平均气候，把我们国家分成五类气候地区，深蓝色的叫沿海地区，浅蓝色叫寒冷地区，北京市、高碑店就叫寒冷地区，绿色是夏热冬冷地区，红色的地区是夏热冬暖地区，冬天问题不大，夏天非常大。只有很小的一块，以昆明为核心的云贵高原叫温和地区，其实这个温和地区冬天还是需要有一点采暖的。我们分别有这样几种标准，一个是严寒寒冷地区的建筑节能设计标准，85年第一版，95年第二版，2003年是第三版。
    采暖、空调负荷的很大一部分是由室内外的温差传热引起的，还有通过玻璃的太阳辐射，其实传热的现象是无处不在的，出现了温差就一定会出现传热，传热只会减弱，但是永远无法消除。不管我们的墙、窗做得多么好，都只是减弱传热，而不能彻底消除。增强建筑围护结构的保温、隔热性能，可以大幅度的降低采暖、空调系统的负荷，从而达到建筑节能目的。如果我们冬天穿上很厚的衣服，可能就不需要喝烧酒了，或者少喝点烧酒。就是这个意思。
    建筑围护结构的节能作用在住宅当中作用尤为突出。对住宅来说，因为系统的形式比较简单，不像公共建筑那么复杂，所以围护结构在这当中起的作用就更大。
    所谓围护结构，就是墙、屋顶、窗，包括一些挑出的外露的楼板，就是把房子包起来的外层的包壳。从技术上讲可以分成两类，一类是非透明的，透明的围护结构主要是讲窗，现在还有在公共建筑里大量利用的幕墙和采光顶。从传热、节能角度讲有大量的不同，非透明围护结构只需要考虑温差传热，透明围护结构不仅要考虑温差传热，还要考虑太阳辐射透射，太阳辐射在北方的冬天希望进来的越多越好，而在南方的夏天是希望它进来的越少越好。非透明围护结构阻止温差传热的能力较容易。透明围护结构阻止温差传热的能力不那么容易。
    透明围护结构的特点，与非透明围护结构相比：传热过程既有温差引起的导热，又有辐射。夏季室内热负荷的主要原因之一。冬季特定情况下，也可以成为得热构件。传热系数降低难。单位平米造价高。
    节能标准对透明围护结构的要求。以北京为例，因为中国的南北气候差异太大。德国从南到北直线距离800公里，想想我们中国是多少，我们分成五个气候区，每个气候区足够比几个欧洲的国家都要大。
    我们国家第一本建筑节能设计标准是86年开始搞的，当时对传热系数提出的比例，北向的窗是3.26，其他方向的窗是6.4，为什么提这样一个非常低的要求呢?因为当年我们门窗工业的水平就是这样，所以只能这样。从编标准的角度来讲，把数字很容易写上去，但是必须有足够的产业支撑，如果没有足够的产业支撑，写也是白写，因为技术标准不仅仅是反映技术，其实还反映了行业的平均技术水平。一直到95年，这版标准重新修订，那时候门窗业的技术有了比较明显的进步，比如那时候开始出现一些塑钢的门窗了，所以那时候窗的传热系数大概就要求4几点。从今天来讲，还是属于比较差的窗户，但是如果我们跟6.4来比，已经提高了很多了，必须是一步一步过来的。
    我们的标准编制、修订频率跟发达国家比，显然是慢了一些。这本标准一直到2010年才进行修订，把窗的传热系数大幅度提高，比如当窗墙面积比，就是一面墙上床的面积如果很大的话，把标准提到到了1.8，但是这个1.8很难做到。如果窗墙比小，就定在3.1，如果窗墙比大就定1.3，镀了膜的双腔玻璃，当然我也希望做提高，但是因为受到行业发展水平以及愿意为它付出的代价、价格都有关系。
    北京市的节能标准，在北方地区的建筑节能标准上又提高了一步，最严格的要做到1.5，这个数字其实编这个标准的时候也是反复讨论，写的时候很容易，但是其实能不能做得到。这个标准到现在执行一年多了，我听到很多反映，1.5的窗不是找不到，但是大部分房地产开发商还是觉得太贵，不愿意用。这就是现实。
    除了窗本身的传热系数之外，我们也会计算透明围护结构，一个是透明传热，一个是温差传热，我们把两个完全物理机理不同的方法分开来，也会帮助你很好的设计好门窗。
    我把发展历程列在一张表上，大家会发现从4.0-4.7，从1.8-3.1，从1.5-2.0，北京是最严格的城市，我相信天津也会往这方面走，但是目前为止这是中国最高的水平了，就是1.5-2.0。从86年到现在为止，要求提高了70%，数字还是非常大的。当然从进一步搞建筑节能来讲，这个幅度还要继续加大。
    下面我举几个例子，取了几个典型的中层建筑、高层建筑、和低层建筑。按照最常规的窗墙面积比，按照北京市的气候条件，算了一下它的节能效果。主要是说它的能耗有百分之多少是从窗出去的，因为我也听说窗是一个节能的黑洞，黑洞这个话非常形象，但是实际情况是要用数字说话。可以看得出如果86年的30%的节能标准实施的话，在低层、多层、高层建筑，窗占的能耗，低层建筑是35恩%，高层建筑是70%，到了95年，虽然把标准大幅度提高了，但是比例还是维持70%甚至于更高，非常奇怪，北京的节能标准应该比国家的节能标准要求更高，但是窗的比例反而提高了，为什么原因?这就是反映出了我刚才说的，墙比较好做，增强它的保温性能，窗比较难做，所以只能尊重这样一个事实。这张图很形象，白色的就是窗在整个北京地区建筑负荷采暖的比例，就是62%，60%左右的高层采暖负荷是由于窗户造成的。即使是到了2012年北京市更加严格的节能标准，比例还是有升高，67%、65%左右的热量，或者你家里有十片暖气片，其中有六片半贡献出来的热量，就是从窗里流走的。如果把窗的保温性能降低一半，你的暖气片就可以再少三片，原来十片，现在就七片就够了。所以窗确实是建筑节能非常非常关键的一个环节。这是一个角度，但是从另外一个角度，为什么不把窗做好呢?大家都是门窗界的专家，因为不太容易做。
    计算结果表明，外门窗耗热量占围护结构耗热量的比例，随建筑层数的增加而增加。随着节能标准的发展，这一比例开始是往下降的，后来是大幅下降，现在反而又升高了，这就反映出来窗不太好做，间接反映出窗的传热系数限制值的热工性能限制的实际情况。
    为了减少北京的雾霾，为了降低二氧化碳排放，为了保护宝贵的能源资源，节能标准水平肯定还要提高，未来对高透性的围护结构的热工性能肯定还要提高。我们走过了很长一段路，效果也非常明显。
    我下面给大家举一个例子，可能是大家还不太熟知的。国内有一个原来是搞军工科研的，有一种物质叫气凝胶，看起来好像没有东西，但是保温性能非常非常好，现在它的实验团队可以做到它的导热系数是1.0，用5毫米的白玻加上12毫米的气凝胶，再加上5毫米的白玻，传热系数可以做到1.0。这个科研团队能做到的尺寸是1.3×8，但是目前还只是一个中试的结果，还没有做到工业化的结果。