隔热门窗在建筑节能中的应用
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[摘 要]节能减排是全球关注的问题，作为节能排减的重要内容，建筑节能也倍受关注。本文讨论了影响门窗热量损耗因素、门窗节能主要途径，并对铝型材隔热技术做了详细的介绍，得出铝型材隔热技术将是未来铝型材的发展主流等结论。
[关键词]建筑节能 隔热门窗 门窗 铝型材
中图分类号：TU512.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0222-01
引言
伴随着工业化时代的进程，新式木窗、钢窗、铝窗、塑窗等曾陆续主导了门窗市场，赢得了各自的黄金时期。随着科学技术的发展以及节能环保意识的深入，节能门窗在悄然之间改变着门窗市场的发展格局。
1.门窗耗能居高不下
随着我国建筑节能新标准出台，节能门窗产品倍受市场青睐。在我国的既有建筑中，90%以上属于高能耗建筑。而在高能耗建筑中，门窗能耗占近一半。业内人士表示，建筑节能的关键是门窗节能技术的提高。
2.影响门窗热量损耗因素
影响门窗热量损耗大小的因素很多，主要有以下几方面进行阐述：
2.1 门窗的传热系数
门窗的传热系数是指在单位时间内通过单位面积的传热量。传热系统越大，则在冬季通过门窗的热量损失就越大。门窗的传热系数又与门窗的材料、类型有关。
2.2 门窗的气密性
门窗的气密性是指在门窗关闭状态下，阻止空气渗透的能力。门窗气密性等级的高低，对热量的损失影响极大，室外风变化会对室温产生不利的影响，气密性等级越高，则热量损失就越少，对室温的影响也越小。
2.3 窗墙比系数与朝向
窗墙比例是外窗的面积与外墙面积之比。通常门窗的传热热阻比墙体的传热热阻要小得多，因此，建筑的冷、热耗量随窗墙面积比的增加而增加。作为建筑节能的一项措施，要求在满足采光通风的条件下确定适宜的窗墙比。一般而言，不同朝向的太阳辐射强度和日照率不同，窗户所获得的太阳辐射热也不相同。
3 门窗节能主要途径
门窗节能主要是保温隔热。其措施包括：选择节能窗型、提高门窗的保温性能、提高门窗的气密性、合适的窗墙比和朝向。
3.1 选择节能窗型
窗型是影响节能性能的第一要素。推拉窗的节能效果差，而平开窗和固定窗的节能效果优越。因推拉窗沿窗框下滑轨来回滑动，上部有较大的空间，下部有滑轮间的空隙，窗扇上下形成明显的对流交换，热冷空气的对流形成较大的热损失，因此，不论采用何种隔热型材作窗框，都达不到节能效果。平开窗的窗扇和窗框间一般有橡胶密封压条，在窗扇关闭后，密封条被压得很紧，几乎没有空隙，很难形成对流，热量流失主要是玻璃、窗扇和窗框型材本身的热传导、辐射散热和窗扇接触位置的空气渗漏，以及窗框与墙体之间的空气渗漏等，热损失相对减少。
3.2 提高门窗的气密性
我国住宅中多数门窗，特别是钢窗的气密性很差，在风压和热压的共同作用下，冬季室外冷空气过门窗缝隙进入室内，从而增加了供暖热量的消耗。如设置泡沫塑料密封条，使用新型的、密封性能良好的实木窗。
3.3 提高门窗的保温性能
窗框型材和断面形式是影响门窗保温性能的重要因素之一。节能型断桥铝型材由室外侧型材、室内侧型材和两者之间嵌入连接的两片隔热条组合而成，室外侧型材与室内侧型材之间形成腔体，至少将室外侧型材的内壁和室内侧型材的内壁中的一个形成光滑明亮的表面，降低断桥铝合金型材内壁的发射率，减少型材腔体内的辐射传热。
3.4 确定合理的窗扇比和朝向
一般来说，窗户的传热系数大于同朝向、同面积的外墙传热系数，因此，采暖耗能热量随着窗墙比例的增加而增加。热量损耗与外窗的朝向有关，南、北朝向的太阳辐射强度和日照率高，窗户所获得的太阳辐射热多。在《民用建筑节能设计标准》中，虽对窗墙面积比和朝向做了有选择性的规定，但还应结合各地的具体情况进行适当调整。有专家提出：考虑到起居室在北向时的采光需要，南、北向的窗墙面积比可取0.3；考虑到目前一些塔式住宅的情况，东、西向的窗墙面积比可取0.35；考虑到南向出现落地窗、凸窗的机会较多，南向的窗墙面积比可取0.45。这样虽然增大了南向外窗的面积，但可充分利用太阳能的辐射热降低采暖能耗，实现既有宽敞明亮的视野又不浪费能源的目的。
二、铝型材隔热技术
1.隔热技术概况
据了解，与发达国家相比，我国节能门窗产业还处于起步阶段。目前发达国家使用高性能门窗的比例已达门窗总量的70%。而在我国，高性能系统门窗只占门窗总量的0.5%。依据国内现有建筑住房面积约430亿平方米，按门窗占建筑面积的25%计算，约有110亿平方米的门窗，如果节能水平达到欧洲现行的标准，每年将节约标煤4.2亿吨，相当于我国全年煤炭总产量的20%。建筑节能，迫在眉睫，随着各地绿色建筑指导意见的陆续出台，中国正迈向绿色建筑普及快车道。建筑节能，门窗最关键技术是隔热型材。
2.断桥铝隔热型材技术
门窗节能环保原料的最佳之选为隔热型材，所谓“隔热型材”，是在两个铝合金型材中间加入低导热性能的非金属材料，以达到隔热要求。采用隔热断桥后，可以克服铝合金固有的高热导率，同时保持了铝合金的重要性能。与中空玻璃和密封材料相结合，可设计出热效应高的隔热、保温门窗。作为首选，隔热型材的优势是显而易见的。首先它环保、可再生、可回收利用，不会造成环境污染。其次隔热型材对热的传导最小。再次，铝型材的可塑性极强，装饰效果极佳。当今世界最为主流、最为普及的两种隔热铝型材是使用聚氨酯隔热胶的注胶式隔热型材和使用尼龙玻璃纤维隔热条的穿条式隔热型材。
2.1 穿条式隔热技术
“穿条工艺”是将隔热条穿在铝型材中间，使框体内外两侧的温度达到很好的温度差，达到很好的隔热效果，实现节能的目的。通过将隔热条从14变成24，越宽表示隔热效果越好。隔热条的技术来自于欧洲，在市场上较为常见。如，海德鲁等知名门窗系统公司，还有配件公司，德国的门窗技术是比较先进的。国内企业，如广东豪美铝业股份有限公司一直专注于节能门窗的新品研发，在2014年销售中取得了不凡的业绩。据不完全统计数据，表明国内采用进口穿条生产设备和国内穿条生产设备的公司有近百家，正常生产的不到总数量的一半。
2.2 注胶式隔热技术
“注胶工艺”的原理是通过浇注聚氨酯隔热材料将室内外两层铝合金既隔开又紧密连接成一个整体，构成一种新的隔热型的铝型材。其隔热节能技术起源于美国，从1937年开始，就出现了描述铝合金材料如何被进行隔热处理的专利。它的主要思想是将一种类似密封蜡的混合物浇注到门窗用铝材的中间，来进行隔热。随后出现了关于聚氨酯的专利。1952年，另一个专利被公开。该专利的发明者的想法是用粘结或机械力压紧的方法将某种未成型的高分子绝热聚合物固定在铝合金型材专用的断热槽中。然后将铝合金型材槽底连接部分切除，这种方法就是今天“注胶工艺”技术的雏形。
3.性能和应用对比
3.1 复合型材强度：注胶式隔热铝型材属于一次性挤出，大大减少了工艺缺陷，聚氨酯一次性浇注到铝型材隔热槽内，固化形成聚氨酯隔热桥，由于聚氨酯的高粘合性，隔热桥与铝型材完全成为一体，所以铝材的强度高. 而穿条式隔热铝型材要通过两次挤压成形后，把隔热条穿到两块铝型材的工艺槽内，经过滚压工艺，此过程使得隔热材料强度不能很高，否则即会断裂，产生废品。
3.2 型材横截面积：注胶式隔热铝型材结构紧凑，小巧美观；穿条式隔热铝型材要经过开齿，滚压工艺，截面大。
3.3 应用性：穿条式隔热型材可将室内外型材分别做成不同色彩，满足建筑工艺要求，也可以在组合后在进行氧化或者表面喷涂处理，但由于隔热条与铝型材属于机械性连接，对型材的精度、对称性要求高，导致设计随意性小，窗形受到限制。而注胶式隔热铝型材可以制成异型门窗，满足各种窗形的设计，缺点是室内外型材只能作成同种颜色。
三、未来发展趋势
铝合金具有密度小、比强度高，耐腐蚀，易于加工和回收，可循环使用的特点。采用新型隔热技术解决了铝合金节能的难题，注胶式和穿条式隔热型材成为当今最为主流和最为普及的两种建筑隔热型材，预见将长期占据节能门窗的市场主流，节能环保为隔热门窗及幕墙行业的发展迎来了新的技术挑战和市场商机。