一．建筑節(jié)能中的鋁門窗、幕墻存在的問題
在貫徹建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中鋁門窗、幕墻在技術(shù)方面得到了很大的進(jìn)步，產(chǎn)品更新?lián)Q代取得了很大的成績，同時也出現(xiàn)一系列問題。
1．?dāng)酂徜X門窗的隔熱條，由于建筑承包商“壓價”和個別廠家追求利潤最大化，往往以低成本的PVC隔熱條代替尼龍66隔熱條，出現(xiàn)的問題為PVC的線膨脹系數(shù)與鋁合金的線膨脹系數(shù)相差太大，且強(qiáng)度低，耐熱性差，抗老化性能等問題，安裝使用后出現(xiàn)由于熱脹冷縮原因會造成歪扭變形，從而破壞門窗的強(qiáng)度、氣密和水密性能。
2．框架、玻璃、密封、五金件不配套，往往出現(xiàn)不等性能問題。有些人認(rèn)為窗主要是玻璃占的面積大，對傳熱系數(shù)K值影響大，而框架占的面積小無妨，因而忽視對框架降低K值的要求，這樣在低K值的玻璃和其不等性能的框架制作成成品窗后，窗的平均傳熱系數(shù)K值可能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，但是當(dāng)框架室內(nèi)表面溫度低于室內(nèi)空氣露點溫度時將產(chǎn)生結(jié)露，這是不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的，也不是用戶所要求的窗；又如有的外平開窗開啟鎖存在熱通道問題，使用中鎖表面產(chǎn)生結(jié)露；有些劣質(zhì)密封條所造的斷熱平開窗和傳統(tǒng)的斷熱推拉窗，雖然其傳熱系數(shù)K值符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但其氣密性能很差，也將達(dá)不到保溫效果。
3．加工粗糙和安裝上墻的質(zhì)量問題。往往見到一些工地為了搶進(jìn)度，不顧質(zhì)量要求，安裝上墻后達(dá)不到應(yīng)有的性能效果。
4．密封膠條的質(zhì)量問題。同樣是三元乙丙膠條，由于加工原材料及配比、價格等原因，材料性能差別很大。
5．玻璃的問題。中空玻璃合成時，為了降低成本仍存在單道密封，尤其鋁條用插角還是用彎角工藝結(jié)構(gòu)，前者較后者的使用壽命要少若干倍，同時不能保證中空玻璃的質(zhì)量要求。
6．具有自主知識產(chǎn)權(quán)的品牌產(chǎn)品還不多，急待開發(fā)高性能節(jié)能門窗及遮陽的系統(tǒng)產(chǎn)品。
二．開發(fā)配套節(jié)能門窗、幕墻系統(tǒng)產(chǎn)品是促進(jìn)行業(yè)發(fā)展的歷史使命
《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》按建筑所處地區(qū)的氣候分區(qū)即分為嚴(yán)寒地區(qū)A區(qū)、嚴(yán)寒地區(qū)B區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)。對嚴(yán)寒地區(qū)規(guī)定了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)限值，對寒冷地區(qū)和夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)不僅規(guī)定了傳熱系數(shù)限值，還規(guī)定了遮陽系數(shù)限值并對各地區(qū)均有氣密性能要求，這樣對門窗、幕墻在各地區(qū)就有不同的節(jié)能指標(biāo)要求。
1．在嚴(yán)寒地區(qū)A區(qū)，根據(jù)建筑體形系數(shù)和窗墻面積比，對窗（包括透明幕墻）的傳數(shù)系數(shù)K值從≤3.0w/m2.k至≤1.5w/m2.k;對非透明幕墻的傳熱系數(shù)K值從≤0.45w/m2.k至≤0.4w/m2.k;
2．在嚴(yán)寒地區(qū)B區(qū),根據(jù)建筑體形系數(shù)和窗墻面積比，對窗(包括透明幕墻) 的傳數(shù)系數(shù)K值從≤3.2w/m2.k至≤1.6w/m2.k;對非透明幕墻的傳熱系數(shù)K值從≤0.50w/m2.k至≤0.45w/m2.k;
3．在寒冷地區(qū),根據(jù)建筑體形系數(shù)和窗墻面積比，對窗(包括透明幕墻) 的傳數(shù)系數(shù)K值從≤3.5w/m2.k至≤1.8w/m2.k;對非透明幕墻的傳熱系數(shù)K值從≤0.60w/m2.k至≤0.50w/m2.k;同時對遮陽系數(shù)Sc從≤0.70至≤0.50;
4．在夏熱冬冷地區(qū),根據(jù)窗墻面積比，對窗(包括透明幕墻) 的傳數(shù)系數(shù)K值從≤4.7w/m2.k至≤2.5w/m2.k;對非透明幕墻的傳熱系數(shù)K值≤1.0w/m2.k,同時對遮陽系數(shù)Sc從≤0.60至≤0.40;
5．在夏熱冬暖地區(qū),根據(jù)窗墻面積比，對窗(包括透明幕墻) 的傳數(shù)系數(shù)K值從≤6.5w/m2.k至≤3.0w/m2.k;對非透明幕墻的傳熱系數(shù)K值≤1.5w/m2.k,同時對遮陽系數(shù)Sc從≤0.60至≤0.35;
由上可知，門窗、幕墻的K值和Sc的確定，不僅與地區(qū)有關(guān)，且在同一地區(qū)其建筑體形系數(shù)和窗墻面積比不同時，也有不同的要求，因此開發(fā)配套節(jié)能門窗、幕墻系統(tǒng)產(chǎn)品，是貫徹節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)節(jié)能指標(biāo)要求的勢在必行。
三．節(jié)能門窗、幕墻的開發(fā)設(shè)計途徑
由上已述，要滿足各種不同指標(biāo)要求，進(jìn)一步解決控制熱的傳遞的三種方式即輻射、對流、傳導(dǎo)的技術(shù)，開發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)品以達(dá)到合理的性價比，目前基本上采取以下途徑解決。
1．從材料上著手。由于新型材料的發(fā)展,組成窗的主材：框料、玻璃、密封件、五金附件以及遮陽設(shè)施等技術(shù)進(jìn)步很快，分述如下：
（a）框料：目前窗的框架已采用斷熱鋁材、斷熱鋼材、塑料型材、玻璃鋼材及復(fù)合材料（鋁塑、鋁木等）；
（b）玻璃：工程項目上已廣泛采用中空玻璃、鍍膜玻璃、中空充惰性氣體、Low-E玻璃（在線）、離線中空Low-E玻璃并充惰性氣體，K值從≤3.0w/m2.k至≤1.5w/m2.k若采用雙中空玻璃還可降低K值，當(dāng)前出現(xiàn)的真空玻璃K值可降至1.0w/m2.k，已在工程上應(yīng)用。
（c）密封材料：目前應(yīng)用較多的密封材料如硅膠、三元乙丙膠條，其材質(zhì)與制作原料及配比影響質(zhì)量差異很大。國產(chǎn)密封膠與國外產(chǎn)品競爭已有一定優(yōu)勢，且國家對膠有一套嚴(yán)格的管理辦法。幾大名牌國產(chǎn)膠，已廣泛應(yīng)用在工程上。
（d）五金附件：五金附件直接關(guān)系到窗的開啟、關(guān)閉和性能，它是窗的“心臟”部件，選用時一定要按要求配套，避免張冠李戴。市場已出現(xiàn)了遠(yuǎn)距離操縱的自動開啟關(guān)閉附件和自控溫度和遮陽裝置，行業(yè)已出臺了一系列標(biāo)準(zhǔn)。
（e）遮陽技術(shù)：發(fā)展遮陽系統(tǒng)產(chǎn)品，是行業(yè)急待配套的品種，遮陽產(chǎn)品技術(shù)上是成熟的，但要開發(fā)出適合我國國情和環(huán)境的自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品是還有待繼續(xù)發(fā)展，目前我國已有一批單獨生產(chǎn)遮陽產(chǎn)品的廠家，也是抓住機(jī)遇的關(guān)鍵時刻。
2．從結(jié)構(gòu)上著手
新材料出現(xiàn)后沒有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)配合，則新材料發(fā)揮的作用也就有局限性，同樣的材料采用不同的結(jié)構(gòu)，在性能上相差是很大的，如框采用多腔隔熱條、密封采用多道密封和玻璃、附件配套，使K值大幅度降低，世界各國都在注重建筑門窗、幕墻的節(jié)能，采取了各種措施，發(fā)達(dá)國家經(jīng)過30年的努力將鋁窗的K值從5.8w/m2.k降至1.5w/m2.k以下，我國要解決這個問題,技術(shù)上已基本成熟,但關(guān)鍵主要存在著市場的價格問題,歸根到底還是政策的落實,如果建筑開發(fā)商一味追求低價配套門窗、幕墻，則國產(chǎn)高性能節(jié)能門窗、幕墻很難推廣。
（a）從隔熱條上下功夫，加大隔熱條的寬度，以降低K值，我們知道傳熱系數(shù)K值與熱阻的關(guān)系為：
上式R—框架的熱阻;
Ri—框架內(nèi)表面熱阻，取0.125;
Ro—框架外表面熱阻,取0.043。
從圖1中可知，窗的框架由三部分組成，即外部和內(nèi)部為鋁合金框，中間部分為尼龍-66隔熱條或連接內(nèi)外框的芯子，它起著窗框架的隔熱保溫主導(dǎo)作用，也就是說隔熱條的熱阻對窗框架的熱阻起主導(dǎo)作用，而隔熱條的熱阻為：
上式 b—隔熱條的寬度
λ—隔熱條的導(dǎo)熱系數(shù)(w/m.k),尼龍66為0.2—0.35 w/m.k
由公式(2)可以得出一個結(jié)論,要提高框架的熱阻,就須加大隔熱的寬度或連接內(nèi)外鋁框的隔熱芯子的厚度(b)。
現(xiàn)計算組成窗后的K值，若隔熱條的寬度b，兩條隔熱條之間距離B，隔熱條的厚度t，由于鋁導(dǎo)熱系數(shù)λ=203 w/m.k較大，計算時可忽略不計，隔熱條傳熱的計算，為了可操作性，用近似計算，設(shè)其傳導(dǎo)由隔熱條壁與兩隔熱條空腔內(nèi)空氣并聯(lián)， 空腔內(nèi)空氣熱阻取Ra=0.18 m2.k/w,則得出：
為了框架斷面的緊湊，根據(jù)熱流長度原理，在隔熱條同樣寬度下，可設(shè)計成“弓”形，如圖2所示，由于熱流的長度增加，也就提高了熱阻R，使K值進(jìn)一步降低，計算如下：
注：“弓”形隔熱條寬度設(shè)計到25 m m時，K值可達(dá)到2.8～3.0w/m2.k
(b)采取多空腔的隔熱條設(shè)計,以降低K值。
上述雖然加寬隔熱條是降低K值的有效措施，也只能適當(dāng)?shù)募訉挘艏拥奶?，會造成結(jié)構(gòu)不緊湊，必須還要尋求提高熱阻的措施，根據(jù)熱傳導(dǎo)原理，將熱傳導(dǎo)的面設(shè)計成疊加的多空腔以提高熱阻的方法，為便于可操作性，用近似計算，設(shè)其熱傳導(dǎo)由空腔的壁與腔內(nèi)的空氣并聯(lián)并與疊加的空腔形成串聯(lián)，這樣采取多空腔隔熱條如圖3的熱阻計算公式如下：
上式 R—多腔隔熱條熱阻
Ra—空腔內(nèi)空氣熱阻，取0.18 m2.k/w
λ—隔熱條導(dǎo)熱系數(shù)（0.2—0.35 w/m.k）。
將上式求出的R代入(1)式即可求得K值。
將圖3的多空腔隔熱條的有關(guān)參數(shù)代入（3）式即可求出該窗的K值為K= 1.8～2.1w/m2.k,
[pagebreak](c)采取加寬隔熱條填充發(fā)泡材料,并用多頭空腔密封條配套,進(jìn)一步降低K值,如圖4所示,為進(jìn)一步降低K值,采取加寬隔熱條填充發(fā)泡材料同時用多頭密封形成空腔與之達(dá)到等性能配套,其K值計算如下:取λp=0.2～0.35 w/m.k, λf=0.081w/m.k,
圖4.采用厚隔熱條填充發(fā)泡材料和多頭密封
同樣幕墻也可從隔熱條上想辦法降低K值。
圖5.采用多腔隔熱襯套的幕墻節(jié)點
如圖5.采用多腔隔熱襯套為“斷橋”的K值計算如下：
同理求得長的隔熱襯套 。
如果還需要更低K值的幕墻，則需采用雙層幕墻或通道幕墻，這種幕墻一般分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類即側(cè)重遮陽的雙層幕墻采用外層為單層玻璃，內(nèi)層為中空玻璃的外循環(huán)結(jié)構(gòu)，其遮陽系數(shù)可達(dá)Sc=0.1～0.2傳熱系數(shù)K≤1.1～1.5w/m2.k，側(cè)重保溫性能的雙層幕墻采用外層為中空玻璃，內(nèi)層為單層玻璃的內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)，其K值可達(dá)K≤0.6～1.0w/m2.k。
（d）密封結(jié)構(gòu)應(yīng)與框架等性能配套
門窗有一個開啟問題，這樣關(guān)閉時的縫隙密封處理是一個薄弱環(huán)節(jié)，因密封不好產(chǎn)生對流損失的熱量，根據(jù)計算得出窗的密封性能與熱損失如下：當(dāng)密封性能為5級時q2≤1.5 m3/m2.h，熱損失為0.5 w/m2.k; 當(dāng)密封性能為4級時4.5≥q2＞1.5 m3/m2.h，熱損失為1.5 w/m2.k; 當(dāng)密封性能為3級時7.5≥q2＞4.5 m3/m2.h，熱損失為2.5 w/m2.k;因此在框架和玻璃都采取有效辦法降低K值后,必須解決密封性能的問題,窗的密封構(gòu)造設(shè)計除解決上述對流熱損失外,還要考慮解決熱傳導(dǎo)的損失,因此密封條的設(shè)計除考慮密封性能外還需考慮多頭密封空腔,形成多腔空間,以求得K值與其他部分配套,如圖3、圖4、圖5。
（e）遮陽設(shè)施
每年夏季空調(diào)用電，許多城市形成用電高峰，據(jù)2005年統(tǒng)計，全國城市每百戶居民空調(diào)器平均80.67臺,北京為146.47臺,上海為168.30臺,損耗大量能源,增加城市“熱島”效應(yīng),因此采用遮陽是有效的節(jié)能措施。
①活動式外遮陽是阻隔太陽輻射的良好屏障。
活動式遮陽百葉裝置，安裝在開放式鋁板幕墻內(nèi)部，在室內(nèi)可控制百葉升高降下遮陽，不用時可升上入幕墻內(nèi)面，如圖6所示，由于外遮陽能阻隔太陽輻射于室外，但這種裝置對居住建筑來說，造價高并不適合，而簡單外遮陽又帶來建筑外觀和清潔等問題，大多選用室內(nèi)遮陽，而室內(nèi)遮陽節(jié)能效果又不夠理想，因而出現(xiàn)百葉中空玻璃來解決。
②百葉中空玻璃窗是將百葉安裝在中空玻璃兩片玻璃間，可代替普通中空玻璃裝于各種窗框上，通過磁力控制百葉翻轉(zhuǎn)和升降動作，以達(dá)到遮陽和保溫效果。當(dāng)百葉處在垂直位置時能有效的降低中空玻璃內(nèi)的熱傳導(dǎo)，和遮擋了陽光直射,并有效的降低了中空玻璃的遮陽系數(shù)，當(dāng)百葉處在水平位置時，既可采光，又可起到遮陽作用，當(dāng)百葉收起位置時就和普通中空玻璃一樣的效果。同時百葉在中空玻璃內(nèi)也解決了清潔維護(hù)問題。
由上所述百葉中空玻璃窗集隔熱、保溫、隔聲、隱私性、裝飾性于一體，適合于我國廣大地區(qū)應(yīng)用，實為節(jié)能的好產(chǎn)品。
3．從制作安裝上墻上著手
安裝上墻是窗結(jié)構(gòu)的重要組成部分,窗的安裝上墻對窗是否能獲得良好的質(zhì)量,是具有決定性的作用,往往測試性能非常好的窗,不等于安裝上墻后其性能就非常好,把這個問題提出來,也是人們最易忽視的問題,具體說如何將一個公差以毫米計的窗,安裝在公差以厘米計的墻洞口上,把窗和墻體部分連成一個系統(tǒng), 使窗和墻體之間成連續(xù)性，并需滿足下列功能要求；
①在各種溫度的影響下,窗的各項功能運(yùn)轉(zhuǎn)自如;
②對窗的外力能可靠的分解,尤其對正負(fù)風(fēng)壓的承受,有效的轉(zhuǎn)移到墻體上去;
③窗不受墻體內(nèi)部的各種運(yùn)動以及尺寸變形的影響(沉降、振動、熱脹冷縮等)；
④安裝的各向應(yīng)力應(yīng)排除，窗開啟自如；
⑤窗與墻體連接處的防水、隔聲的密封性能；
⑥窗與墻體連接處的隔熱性能。
為解決以上要求，從窗的設(shè)計、加工、安裝上采取有效措施，有的廠家已形成專利技術(shù)，把門窗、幕墻做好，做到少用采暖、空調(diào)的條件下，冬天溫暖夏天涼爽。
隨著建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的制訂實施，國家也正采取有效措施，形勢迫使我國的門窗、幕墻行業(yè)迅速發(fā)展進(jìn)步。高性能配套的門窗幕墻和遮陽產(chǎn)品必然要成為市場的主體，相信有遠(yuǎn)見的建筑開發(fā)商會選用符合標(biāo)準(zhǔn)要求的門窗、幕墻和遮陽產(chǎn)品配套，也相信有眼光的門窗、幕墻和遮陽產(chǎn)品企業(yè)家會以高質(zhì)量的產(chǎn)品和性價比去贏得廣闊的市場，抓住機(jī)遇加快發(fā)展節(jié)能產(chǎn)品，為節(jié)約資源改善環(huán)境，為可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)！
參考文件：
1．《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》2005年
2．嚴(yán)寒地區(qū)塑料門窗設(shè)計探討 李之毅 2005年
3．不能忽視節(jié)能、保溫窗的氣密性能指標(biāo)要求 李之毅、鄭金峰2003年
4．中空玻璃使用壽命計算 文忠 2006年
