從建筑節(jié)能標準角度淺議門窗保溫性能

　門窗是為了節(jié)能，我還是稍稍拓展一下講我們實現建筑節(jié)能的幾個重要的技術途徑，可以澄清一下大家的思路。

　　第一，建筑節(jié)能無非就是要降低建筑在使用過程當中的能耗，一個是降低建筑的耗能負荷。為什么會耗能呢?因為冬天外面太冷了，屋里的熱量流出去了，所以需要用暖氣片來補充能量。如果墻做得厚，保溫性能好，那么流出去的熱量少，需要補充的熱量就少。這是最最基本的節(jié)能的途徑，我們的保溫門窗其實就是發(fā)揮這樣的作用，簡單的說，就是降低建筑的采暖負荷。

　　第二，提高采暖、空調、照明等系統(tǒng)的用能效率，設備能效、設備容量合理、系統(tǒng)控制靈活。

　　第三，能源的梯級利用、低品質能的利用。大家都看到發(fā)電廠會冒著呼呼的白氣，其實這都是在冷凝，冷凝熱用來發(fā)電不行，但是用來采暖還是足夠的。所以低品質能完全是可以利用到采暖上來的。

　　第四，使用可再生能源。使用可再生能源就目前人類掌握的技術水平來講，付出的代價還是非常大的，因此更多的還是在節(jié)約常規(guī)能源上下工夫。

　　第五，科學合理的運行管理。不管什么技術，最后都需要通過科學合理的運行管理來把它的節(jié)能潛力真正發(fā)揮出來。

　　我今天報告的主題是從節(jié)能標準的角度來講窗的保溫性能，所以要把節(jié)能標準簡單說一下。我們國家幅員遼闊，960萬平方公里土地，根據1月份最冷月和7月份最熱月的月平均氣候，把我們國家分成五類氣候地區(qū)，深藍色的叫沿海地區(qū)，淺藍色叫寒冷地區(qū)，北京市、高碑店就叫寒冷地區(qū)，綠色是夏熱冬冷地區(qū)，紅色的地區(qū)是夏熱冬暖地區(qū)，冬天問題不大，夏天非常大。只有很小的一塊，以昆明為核心的云貴高原叫溫和地區(qū)，其實這個溫和地區(qū)冬天還是需要有一點采暖的。我們分別有這樣幾種標準，一個是嚴寒寒冷地區(qū)的建筑節(jié)能設計標準，85年第一版，95年第二版，2003年是第三版。

　　采暖、空調負荷的很大一部分是由室內外的溫差傳熱引起的，還有通過玻璃的太陽輻射，其實傳熱的現象是無處不在的，出現了溫差就一定會出現傳熱，傳熱只會減弱，但是永遠無法消除。不管我們的墻、窗做得多么好，都只是減弱傳熱，而不能徹底消除。增強建筑圍護結構的保溫、隔熱性能，可以大幅度的降低采暖、空調系統(tǒng)的負荷，從而達到建筑節(jié)能目的。如果我們冬天穿上很厚的衣服，可能就不需要喝燒酒了，或者少喝點燒酒。就是這個意思。

　　建筑圍護結構的節(jié)能作用在住宅當中作用尤為突出。對住宅來說，因為系統(tǒng)的形式比較簡單，不像公共建筑那么復雜，所以圍護結構在這當中起的作用就更大。

　　所謂圍護結構，就是墻、屋頂、窗，包括一些挑出的外露的樓板，就是把房子包起來的外層的包殼。從技術上講可以分成兩類，一類是非透明的，透明的圍護結構主要是講窗，現在還有在公共建筑里大量利用的幕墻和采光頂。從傳熱、節(jié)能角度講有大量的不同，非透明圍護結構只需要考慮溫差傳熱，透明圍護結構不僅要考慮溫差傳熱，還要考慮太陽輻射透射，太陽輻射在北方的冬天希望進來的越多越好，而在南方的夏天是希望它進來的越少越好。非透明圍護結構阻止溫差傳熱的能力較容易。透明圍護結構阻止溫差傳熱的能力不那么容易。

　　透明圍護結構的特點，與非透明圍護結構相比：傳熱過程既有溫差引起的導熱，又有輻射。夏季室內熱負荷的主要原因之一。冬季特定情況下，也可以成為得熱構件。傳熱系數降低難。單位平米造價高。

　　節(jié)能標準對透明圍護結構的要求。以北京為例，因為中國的南北氣候差異太大。德國從南到北直線距離800公里，想想我們中國是多少，我們分成五個氣候區(qū)，每個氣候區(qū)足夠比幾個歐洲的國家都要大。

　　我們國家第一本建筑節(jié)能設計標準是86年開始搞的，當時對傳熱系數提出的比例，北向的窗是3.26，其他方向的窗是6.4，為什么提這樣一個非常低的要求呢?因為當年我們門窗工業(yè)的水平就是這樣，所以只能這樣。從編標準的角度來講，把數字很容易寫上去，但是必須有足夠的產業(yè)支撐，如果沒有足夠的產業(yè)支撐，寫也是白寫，因為技術標準不僅僅是反映技術，其實還反映了行業(yè)的平均技術水平。一直到95年，這版標準重新修訂，那時候門窗業(yè)的技術有了比較明顯的進步，比如那時候開始出現一些塑鋼的門窗了，所以那時候窗的傳熱系數大概就要求4幾點。從今天來講，還是屬于比較差的窗戶，但是如果我們跟6.4來比，已經提高了很多了，必須是一步一步過來的。

　　我們的標準編制、修訂頻率跟發(fā)達國家比，顯然是慢了一些。這本標準一直到2010年才進行修訂，把窗的傳熱系數大幅度提高，比如當窗墻面積比，就是一面墻上床的面積如果很大的話，把標準提到到了1.8，但是這個1.8很難做到。如果窗墻比小，就定在3.1，如果窗墻比大就定1.3，鍍了膜的雙腔玻璃，當然我也希望做提高，但是因為受到行業(yè)發(fā)展水平以及愿意為它付出的代價、價格都有關系。

　　北京市的節(jié)能標準，在北方地區(qū)的建筑節(jié)能標準上又提高了一步，最嚴格的要做到1.5，這個數字其實編這個標準的時候也是反復討論，寫的時候很容易，但是其實能不能做得到。這個標準到現在執(zhí)行一年多了，我聽到很多反映，1.5的窗不是找不到，但是大部分房地產開發(fā)商還是覺得太貴，不愿意用。這就是現實。

　　除了窗本身的傳熱系數之外，我們也會計算透明圍護結構，一個是透明傳熱，一個是溫差傳熱，我們把兩個完全物理機理不同的方法分開來，也會幫助你很好的設計好門窗。

　　我把發(fā)展歷程列在一張表上，大家會發(fā)現從4.0-4.7，從1.8-3.1，從1.5-2.0，北京是最嚴格的城市，我相信天津也會往這方面走，但是目前為止這是中國最高的水平了，就是1.5-2.0。從86年到現在為止，要求提高了70%，數字還是非常大的。當然從進一步搞建筑節(jié)能來講，這個幅度還要繼續(xù)加大。

　　下面我舉幾個例子，取了幾個典型的中層建筑、高層建筑、和低層建筑。按照最常規(guī)的窗墻面積比，按照北京市的氣候條件，算了一下它的節(jié)能效果。主要是說它的能耗有百分之多少是從窗出去的，因為我也聽說窗是一個節(jié)能的黑洞，黑洞這個話非常形象，但是實際情況是要用數字說話�？梢钥吹贸鋈绻�86年的30%的節(jié)能標準實施的話，在低層、多層、高層建筑，窗占的能耗，低層建筑是35恩%，高層建筑是70%，到了95年，雖然把標準大幅度提高了，但是比例還是維持70%甚至于更高，非常奇怪，北京的節(jié)能標準應該比國家的節(jié)能標準要求更高，但是窗的比例反而提高了，為什么原因?這就是反映出了我剛才說的，墻比較好做，增強它的保溫性能，窗比較難做，所以只能尊重這樣一個事實。這張圖很形象，白色的就是窗在整個北京地區(qū)建筑負荷采暖的比例，就是62%，60%左右的高層采暖負荷是由于窗戶造成的。即使是到了2012年北京市更加嚴格的節(jié)能標準，比例還是有升高，67%、65%左右的熱量，或者你家里有十片暖氣片，其中有六片半貢獻出來的熱量，就是從窗里流走的。如果把窗的保溫性能降低一半，你的暖氣片就可以再少三片，原來十片，現在就七片就夠了。所以窗確實是建筑節(jié)能非常非常關鍵的一個環(huán)節(jié)。這是一個角度，但是從另外一個角度，為什么不把窗做好呢?大家都是門窗界的專家，因為不太容易做。

　　計算結果表明，外門窗耗熱量占圍護結構耗熱量的比例，隨建筑層數的增加而增加。隨著節(jié)能標準的發(fā)展，這一比例開始是往下降的，后來是大幅下降，現在反而又升高了，這就反映出來窗不太好做，間接反映出窗的傳熱系數限制值的熱工性能限制的實際情況。

　　為了減少北京的霧霾，為了降低二氧化碳排放，為了保護寶貴的能源資源，節(jié)能標準水平肯定還要提高，未來對高透性的圍護結構的熱工性能肯定還要提高。我們走過了很長一段路，效果也非常明顯。

　　我下面給大家舉一個例子，可能是大家還不太熟知的。國內有一個原來是搞軍工科研的，有一種物質叫氣凝膠，看起來好像沒有東西，但是保溫性能非常非常好，現在它的實驗團隊可以做到它的導熱系數是1.0，用5毫米的白玻加上12毫米的氣凝膠，再加上5毫米的白玻，傳熱系數可以做到1.0。這個科研團隊能做到的尺寸是1.3×8，但是目前還只是一個中試的結果，還沒有做到工業(yè)化的結果。