技术解读：铝门窗及幕墙节能技术应用
发表日期：2011年11月8日
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一、引言
近年来，随着我国建筑门窗及玻璃幕墙行业的长足发展，传统的木制窗户、实腹和空腹钢窗已基本被淘汰，各种新型建筑门窗及玻璃幕墙得到广泛应用。这些产品由于结构及材质的改变，的确让人们感觉到赏心悦目，但是功能方面尤其是热工性能方面仍存在指标不高，能源损失较大，理想的室内温度环境无法保证等问题，让人们渐渐感到普通窗及幕墙在寒冷地区或炎热地区使用的美中不足。据国家建设部有关部门统计，我国建筑能耗约占全国总能耗的25%，在建筑建造能耗和使用过程中的运营能耗之中，运营能耗占据绝大部分。门窗和幕墙散失的能耗占建筑运营能耗的51%左右。由此可见，窗及幕墙在炎热或寒冷地区的节能问题值得研究！
二、关于铝合金窗及幕墙的节能
1．节能的本质
建筑的节能包含很多方面，而铝合金窗及玻璃幕墙的节能是其重要组成部分。铝合金窗、幕墙的节能主要是指通过产品的结构设计、材料选用等措施，使建筑物在使用过程中，以尽量少的能量消耗而获得理想的温度环境和光线环境的过程。比如：在炎热的夏季和寒冷的冬季，人们为了获得正常的使用环境，常常需要使用消耗电能的电器设施来调节室内温度环境。而窗及幕墙的节能效果，直接影响到耗能的多少。一般而言，节能窗及节能幕墙产品在炎热的夏季应具有较高的隔热性能，在寒冷的冬季应具有较高的保温功能。
那么，如何实现夏季隔热，冬季保温功能呢?
首先要了解传热方式。我们都知道，传热有三种方式：
1）对流2）辐射3）导热。
对流传热：是指具有热能的气体或液体在移动的同时所进行的热交换现象。
辐射传热：是以电磁波的形式把热由一个物体传向另一个物体的现象。
导热：是指物体内部的热由高温侧向低温侧转移的现象。
建筑物的传热是上述三种方式综合作用的结果。为此，窗及玻璃幕墙的节能设计重点是在上述三种传热方式中设计合理的控制手段，以达到节能目的。而在影响玻璃幕墙、铝合金窗的热工性能方面，可以通过控制传热和增加遮挡来实现节能。
根据实验结果，导热及对流传热的能力可以用传热系数来衡量，辐射传热能力可用遮阳系统来控制。
传热系数K0＝1/（Ri＋d/λ＋1/Re）[W/m2·K]
式中Ri，Re——表面热转移系数2·K/Wλ——介质导热系数W/m·K
d——介质厚度
K0被称为总传热系数，R0被称为总传热阻，R0＝1/K0，K0和R0是在门窗、幕墙热工计算中的两个非常重要的物理量。
2．我国关于节能方面一些规定
随着我国建筑节能意识的提高，对节能窗及玻璃幕墙的传热系数作如下初步规定：
（1）一般要求传热系数保值期限为8年。
（2）高级公寓式建筑规定为A类，K＝2～2．4W/m2·K
（3）中档商品写字楼规定为B类，K＝2．6～3W/m2·K
（4）一般性工程规定为C类，K＝3．1～6W/m2·K
国外同类民用节能窗及玻璃幕墙传热系数一般规定为K＝1．8～2W/m2·K且稳定期限不低于10年。
三、门窗、幕墙节能的方法
铝合金窗及玻璃幕墙常见节能方法分以下几种：
玻璃节能法
铝合金断热型材节能法
双（多）层结构体系节能法
遮阳体系节能法
点支承玻璃幕墙节能法
1．玻璃节能法
对于铝合金窗及玻璃幕墙来说，由于玻璃的面积占据立面的绝大部分，可以参与热交换的面积较大，就决定了玻璃是窗、玻璃幕墙节能的关键。
（1）玻璃是否镀膜及膜层材质可初步确定其节能效果，通常情况下，玻璃可分为以下几大类：1）浮法清玻璃2）在线镀膜玻璃3）离线镀膜玻璃4）低辐射在线镀膜玻璃5）低辐射离线镀膜玻璃。这些玻璃传热系数虽然没有明显的变化，但由于膜层对光（能量）的控制能力不同，使其节能效果依次增加。
（2）根据玻璃结构形式，又可分以下几类：1）单层玻璃2）中空玻璃3）多层中空玻璃。其传热系数依次降低，即节能效果逐次增强。通过计算和实验数据显示，通常单片玻璃的传热系数K＝6W/m2·K左右，中空玻璃（普通）K＝2．3～3．2W/m2·K，而采用离线低辐射镀膜中空玻璃（中空层充惰性气体）K＝1．4～1．8W/m2·K。
（3）对玻璃除上述方法外，还可以采用贴节能膜方法，提高节能效果。
2．铝合金断热型材节能法：
铝合金型材在窗及幕墙系统中，不但起着支承龙骨的作用，而且对节能效果也有较大影响。通常情况下，铝合金型材断面比玻璃面积小得多，为此，导热对节能效果的影响较大，为此，产生了断热型材。根据断热铝型材加工方法的不同，分为灌注式断热铝型材和插条式断热铝型材。这两种形式的铝合金断热型材共同的特点都是在内、外两侧铝材中间采用有足够强度的低导热系数的隔离物质隔开。从而降低传热系数，增加热阻值。即使在炎热的夏季，当太阳暴晒的情况下，断热型材室外部分表面温度通常可达35～85℃，而室内仍可维持在24～28℃左右，有效地减少传到室内的热量，可减少制冷费用；而在寒冷的冬季，室外铝材的温度可与环境温度相当（一般－28～－20℃）而室内铝材仍然可达到8～15℃，从而减少热量损失，节约冬季取暖的费用，从而达到节能目的。
3．双（多）层结构体系节能法。
通常的窗及玻璃幕墙，在温暖地区，一般为单层结构，而在寒冷或炎热地区，则可以采用多层（双）层窗或双层幕墙/动态幕墙的方法，利用两层结构间的空气层（通过设计的空气层），降低系统总传热系数的办法，来实现节能目的。
4．遮阳体系节能法：
由于铝合金窗及玻璃幕墙大面积采用玻璃，太阳的照射是辐射热。节能的本质就是如何实现在烈日炎炎的夏季将光（能量）挡在室外，或在寒冷的冬季能让充足的光（能量）传入室内。尽管建筑材料的研究人员做了不少的努力，但仍然难以找到理想的材料来解决这个问题。在铝合金窗和幕墙体系上融入遮阳技术也是节能的有效途径之一．在国外，已有系统的遮阳产品得到广泛应用，并取得显著节能效果，相信在国内也必然受到青睐。
5．点支承玻璃幕墙的节能方法：
点支承玻璃幕墙的节能除了可采取前面提到的玻璃方法以外，还要处理好玻璃与驳接头处的断热设计。工程经验和实验证明，在寒冷地区和炎热地区，点支式幕墙节能设计值得采用。
四、铝合金节能窗与塑钢窗的比较说明
1．档次上的差别：国内的铝合金断热窗和塑钢窗是分别适合于不同建筑的消费群体，统计资料显示，塑钢窗适用于一般低层住宅，往往这种档次的产品的消费者对该产品的质量要求不是很高，而高性能断热铝合金窗则适用于各类高度、各类档次建筑，且质量、寿命性能都经受得住高标准考验。
2．性能上的差别：二者节能效果相近；但是由于材质的区别，塑钢窗使用一段时间之后容易发生变形，密封性能不如高性能铝合金窗。
3．寿命上的差别：由于材质的强度和弹性模量及耐磨性能差别较大，使高性能铝合金窗使用寿命往往大于塑钢窗的使用寿命。
4．价格上的差别：一般说来，高性能铝合金窗价格通常比塑钢窗的价格要高一些。但从长远考虑，高性能铝合金窗价格虽然高，但使用年限长；而塑钢窗虽然价格较便宜，但使用年限短。因此，综合价格比相当。
由此可见，高性能铝合金窗更具竞争优势。
五、关于全隐框铝合金幕墙是否采用断热型材的问题
断热铝型材应用于窗及明框玻璃幕墙，为达到与其等效的保温、隔热效果，断热铝型材一般与中空玻璃配套使用。对于明框玻璃幕墙，由于室内外的铝合金为一体或直接接触，而铝合金的导热系数很大，保温、隔热效果不好。所以，明框玻璃幕墙采用中空玻璃配断热铝型材，具有明显的保温、隔热效果。而对于隐框玻璃幕墙由于幕墙结构与室外直接接触的是中空玻璃，玻璃与铝型材之间是硅酮结构胶，结构胶内侧是铝型材。而一般镀膜中空玻璃导热系数2．3≤K≤3．2，如采用离线LOW－E镀膜制成的中空玻璃1．4≤K≤1．8，保温、隔热效果已经很好，且结构胶也是低导热材料，也有良好的保温隔热作用。理论分析和实验结果表明，隐框玻璃幕墙不必采用断热铝合金型材。
六、经济分析
通常情况下采用节能产品往往比普通产品先期投入价格要高出10%～40%；但是通过对建造成本及运营成本的综合分析表明，通常投资者在建筑使用5～7年即可收回由于采用节能产品而增加的投入，并可使投资者在以后的使用过程中获得可观的经济效益。一次投资，终身受益。因此，从长远打算还是使用节能产品更经济。
七、结束语
国家建设部曾在全国门窗会议上强调指出“现行的窗，有30%的能量从门窗里跑掉，．．．2000年以后，不节能的产品绝对不允许上墙”，由此可见，能源浪费之严重，已经引起业内人士的高度重视；另一方面，从长远考虑，由于采用节能产品可获得更多的经济效益和社会效益。为此，提高全民节能意识，加大节能知识宣传，大力推广使用节能窗及幕墙产品。
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