浙江省属夏热冬冷地区,建筑采暖和空调的能源消耗占社会总能耗的1/4左右。建筑外窗是建筑围护结构中的重要部件,也是建筑节能的薄弱环节,居住建筑的采暖和空调的能耗有一半经外窗损失。因此,根据本地区的气候特点、居住建筑的功能要求和节能设计标准,搞好节能外窗的应用研究,对于节约能源,保护环境,贯彻执行国家可持续发展战略,具有极其重要的意义。
外窗的能耗包括通过玻璃和窗框的传热、窗缝的空气渗透、太阳辐射得热等三方面。要提高夏热冬冷地区居住建筑外窗的节能性能,就必须综合考虑以下几方面,才能取得事半功倍的节能效果。
1控制窗墙面积比
窗墙面积比是窗户洞口面积与房间立面单元面积(即建筑层高与开间定位线围成的面积)的比值。普通外窗的能耗远远大于外墙,金属单框低辐射中空窗的传热系数为2.7。3.4 W/(m2•K),也比外墙大很多。可见,控制外窗的面积,能有效控制建筑采暖和空调的能耗。单纯从节约能耗来讲,窗墙面积比越小越好,但其值太小,又会影响窗户的正常采光、通风,并存在太阳能的利用问题。在一般情况下,应以满足室内采光要求作为窗墙面积比确定的原则。
2外窗的选择
2.1外窗玻璃的选择
居住建筑外窗中,玻璃面积占‘70%~80%,玻璃的节能效果在外窗节能中占重要地位。透过玻璃的热损失主要是由传导传热和太阳辐射直接透过2部分组成,分别用传热系数K和太阳直接辐射部分的遮阳系数SC来表征。
(1)透明玻璃
以6 mm厚单层透明玻璃为例,其遮阳系数SC为0.99,传热系数K为5.58 W(m2•K),都比较高,说明单层透明玻璃对阳光辐射阻挡能力很差,保温性能也比较差。
(2)中空玻璃
透明中空玻璃是以2片或多片玻璃,以有效的支撑均匀隔开,周边粘结密封,使玻璃层间形成干燥气体空间。透明中空玻璃空气层为12 mm厚时,其传热系数K值可达到3 W/(m2•K)以下,但SC仍在0.87左右,对太阳直接辐射热的传入影响不大,因此它的综合节能作用也有限。
(3)镀膜玻璃
镀膜玻璃应用于住宅外窗,能有效控制远红外线与可见光的数量,减少紫外线的透射。其中主要有热反射镀膜玻璃、低辐射镀膜玻璃(Low—E玻璃)。
将Low—E玻璃和中空玻璃结合,形成Low—E中空玻璃,具有极佳的热学、隔声、防结霜、不结露及密封性能,具备更低的传热系数和更大的遮阳系数选择范围(0.2~0.7),比普通中空玻璃的节能效果有很大提高。
浙江居住建筑中宜选用中等遮阳系数的Low—E中空玻璃,在减少热损失的同时,让合理数量的太阳辐射热透过,建议遮阳系数SC在0.3—0.6内选择。
2.2窗框(扇)材料的选择
窗框(扇)材料的导热系数直接影响外窗的传热系数。
(1)钢、铝窗
框扇材料的导热面积虽不大,但其导热系数很大,其传导热损失仍占整个窗户热损失的主要部分。其中,单层玻璃铝合金窗的传热系数K为6.2 w/(m2•K),而单层玻璃塑料窗的传热系数K为4.6 w/(m2•K),传热量减少了25.8%0
(2)断热铝合金框
采用非金属材料(如高强度增强尼龙隔热条),对铝合金型材进行有效隔热。普通中空玻璃铝合金窗的传热系数K为3.9 W/(m2•K),采用断热铝合金窗后其传热系数降为3.4 w/(m2•K)。若断热铝合金框与Low—E中空玻璃配合使用,可使铝合金外窗的传热系数降低到2.5 W/(m2•K)以下,也由于其结构严密,装饰性好,是非常理想的外窗形式。
(3)PVC塑料框
PVC塑料型材或断热铝合金型材,由于窗框(扇)的断面形式不同,做成的外窗传热系数差别很大,一般PVC塑料框材的传热系数K为1.9 W/(m2•K),在选择节能窗框(扇)材料时也应加以重视。若采用中空玻璃塑料窗,其传热系数K可达2.5~2.8 W/(m2•K),甚至更小,这是塑料窗作为节能外窗的有利条件之一。
2.3适当的外窗结构形式
目前浙江居住建筑中常用的外窗结构形式为推拉窗、平(悬)开窗和固定窗。
(1)推拉窗
推拉窗因制作安装简单,通风效果好,使用可靠,造价经济而得到广泛使用。该窗型主要有框包窗及窗包框2种形式,常见的框包窗即窗扇插入窗框内滑动,采用外、中、内三级阶梯式密封,提高了外窗的气密性。但随着时间推移,滚动滑轮及密封毛条容易磨损和变形,导致窗扇之间及窗扇与窗框之间的间隙增大,气密性降低,能耗就会增加。
由于热、冷气对流的大小与窗扇周边空隙大小成正比,若将推拉窗设计成单滑道形式,即其中的一扇玻璃镶嵌在窗框和中(横)梃上,形成一个固定扇,另一扇在其内侧推拉活动,则可使框扇缝隙总长度缩短40%。这样既提高了外窗的气密性,又可以使高层居住建筑推拉窗的使用安全得到保证。
(2)平(悬)开窗