淺談公共建筑門窗與幕墻節(jié)能改造技術

    未來三年，住房和城鄉(xiāng)建設部將對全國規(guī)模以上門窗企業(yè)的主要產品進行節(jié)能標識認證，促進獲得標識的門窗產品在新建建筑和既有建筑節(jié)能改造項目中廣泛應用。住建部要求，財政投資建設的辦公建筑和大型公共建筑、保障性住房等項目，應優(yōu)先采用獲得節(jié)能標識的門窗產品；建筑節(jié)能示范工程、綠色建筑示范工程、可再生能源建筑應用示范工程，應采用獲得節(jié)能標識的門窗產品；在建筑能效測評、工程招標過程中，對門窗的節(jié)能性能指標要求應當采信門窗標識的信息。據悉，我國每年建筑門窗生產應用量大，門窗能耗約占建筑圍護結構能耗的50%、建筑總能耗的25%。門窗標識制度可為建筑節(jié)能設計、工程質量監(jiān)督、引導消費提供可靠依據，對促進節(jié)能門窗開發(fā)應用、提高門窗節(jié)能性能起到積極的促進作用。隨著建筑技術的不斷發(fā)展，門窗和玻璃幕墻在建筑物中的應用越來越廣泛，玻璃幕墻逐步成為現代建筑，特別是現代城市建筑的象征。它具有輕巧、靈動、活潑、時尚的外觀，能改變傳統(tǒng)建筑沉悶、凝重的外立面格調。它的透光性能營造出較明亮的室內環(huán)境，克服傳統(tǒng)墻體厚重隔光的缺點，達到建筑內外空間交融的效果。但正因為門窗和玻璃幕墻的上述優(yōu)點也造成了室內外環(huán)境容易發(fā)生能量交換，從而達不到較好的節(jié)能效果。隨著門窗和玻璃幕墻的應用，窗體在建筑物中占有的面積越來越大，通過窗體產生的熱交換成為建筑熱交換的主要途徑。因此如何控制門窗和玻璃幕墻的熱交換是建筑物能否達到節(jié)能環(huán)保標準的重要措施之一。

       在北方嚴寒寒冷地區(qū)，采取必要的改造措施，加強外窗的保溫性能有利于提高公共建筑節(jié)能潛力。而在南方夏熱冬暖地區(qū)，加強外窗的遮陽性能是外圍護結構節(jié)能改造的重點之一。

    2.1 既有公共建筑的門窗節(jié)能改造做法

    既有公共建筑的門窗節(jié)能改造，可采用只換窗扇、換整窗或加窗的方法。只換窗扇：當既有公共建筑門窗的熱工性能經診斷達不到JGJ 176—2009《公共建筑節(jié)能改造技術規(guī)范》中第4.2節(jié)的要求時，可根據現場實際情況只進行更換窗扇的改造。整窗拆換：當既有公共建筑中門窗的熱工性能經診斷達不到JGJ 176—2009《公共建筑節(jié)能改造技術規(guī)范》中第4.2節(jié)的要求，且無法繼續(xù)利用原窗框時，可實施整窗拆換的改造。加窗改造：當不想改變原外窗，而窗臺又有足夠寬度時，可以考慮加窗改造方案（見表1）。

    更新外窗可根據設計要求，選擇節(jié)能鋁合金窗、未增塑聚氯乙烯塑料窗、玻璃鋼窗、隔熱鋼窗和鋁木復合窗。

    為了提高窗框與墻、窗框與窗扇之間的密封性能，應采用性能好的橡塑密封條來改善其氣密性，對窗框與墻體之間的縫隙，宜采用高效保溫氣密材料加彈性密封膠封堵。

    2.2 對于塑鋼窗框和鋁合金窗的窗框設計選用要避免冷橋

    窗框傳熱系數與窗框型材設計有關，窗框型材有雙腔、多腔之分，沿熱流傳導方向分割為雙腔或三腔對提高窗框的隔熱性能有利。不同結構窗框具有不同的保溫性能，單腔結構和雙腔結構窗框已逐步淘汰，目前大多選用三腔結構和四腔結構的窗框設計。另外隔熱斷橋鋁合金門窗是前幾年從國外引進到我國的新產品，它是由斷橋鋁塑型材加工制成的。而斷橋鋁型材又分為兩大類：一類是穿條式，一類是注膠式。目前市場上的斷橋鋁門窗產品選用時應注意劣質型材隔熱條的質量問題，避免造成市場混亂和糾紛，使工程質量得不到保證，損害消費者利益。

    內置窗簾固然有裝飾效果，但低垂的窗簾把散熱器擋住，使熱量更容易從窗玻璃處損失掉，浪費了能源。室內還可使用鍍膜窗簾，冬季，鍍層使熱量在室內循環(huán)以減少供熱用能；夏季，可防止強烈的太陽輻射而減少制冷用能。發(fā)達國家早就重視室外遮陽或室外窗簾。歷史久遠的木質窗板，有單扇和對開的，有全木板和百葉式的。遮陽設在窗外，使用時關上，不用時打開，并有牢固的固定措施，對建筑物的外觀沒有任何影響�，F在發(fā)達國家又發(fā)展了集遮陽、保溫、隔熱與防盜為一體的外窗簾板，有的是鋁質或塑料百葉，有的是鋼卷簾或布卷簾，也有橫向推拉式的。

    普通浮法玻璃是透明材料，其透明的光譜范圍是0.3μm～4μm，即可見光和近紅外線，剛好覆蓋太陽光譜，因此普通浮法玻璃可透過太陽光能量的80%左右。對于環(huán)境熱量，即5μm～50μm波段的中遠紅外線，普通浮法玻璃是不透明的，其透過率為0，反射率也很低，但其吸收率很高，可達83.7%。玻璃吸收遠紅外線后再以遠紅外線的形式向室內二次輻射，由于玻璃的室外表面換熱系數是室內表面換熱系數的3倍左右，玻璃吸收環(huán)境熱量的75%傳到室外，25%傳到室內。在冬季，室內環(huán)境熱量就是通過玻璃先吸收后輻射的形式，將室內的熱量傳到室外。

    玻璃幕墻的傳熱過程大致有三種途徑：一是玻璃和鋁合金(不銹鋼)金屬框格的傳熱，通過單層玻璃的熱流傳熱，將熱量通過金屬框格向外傳熱；二是玻璃內表面與室內空氣間的對流換熱以及與室內環(huán)境間的輻射換熱；三是玻璃幕墻外表面與周圍空氣間的對流換熱以及外表面與外界環(huán)境間的輻射換熱。

    在既有建筑透明幕墻及采光頂節(jié)能改造中裝貼建筑窗膜是公共建筑節(jié)能改造中易行、花費較少而又有良好效果的措施。建筑窗膜的主要功能是在保證適度透光的條件下提高玻璃的遮陽性能。建筑窗膜一般應裝貼于建筑物外窗內表面；個別內貼難度較大的部位可采用外貼膜（具有外表面層抗紫外及更好耐候性的窗膜）。

    建筑門窗及玻璃幕墻節(jié)能改造中，玻璃貼膜有以下六個優(yōu)點：

——更快捷。既有玻璃貼膜比拆下舊玻璃更換上新玻璃工期短，操作簡便；

——更健康。玻璃貼膜中的安裝膠含有UV（紫外線）吸收劑，可阻隔98%～99%的紫外線；

——更輕盈。相對更換中空玻璃或中空Low-E玻璃，不會增加建筑立面荷載；

——更安全。一般的隔熱膜也有一定的安全增強功能，同時具備夾層玻璃的碎片粘持性能，其安全性優(yōu)于鋼化玻璃，專業(yè)安全膜的安全性更強；

——更環(huán)保。產生的建筑垃圾少，不會增加運輸及填埋成本；

——更經濟。既有鋼化透明玻璃或著色玻璃貼熱反射膜比更換熱反射玻璃要節(jié)約50%的總成本。

窗膜選擇時，要考慮的因素：

    a) 首先是保證良好的采光。避免眩光應采用70%以下透光率的窗膜。創(chuàng)造舒適無壓抑感的室內環(huán)境窗膜的透光率應大于20%，從節(jié)省照明用電來看，建筑標準規(guī)定立面玻璃透光率應保持在40%以上。玻璃天花透光率應控制在10%～30%，也可采用透光率50%～70%的高光效比窗膜。一般來說，有景觀的客廳、要求明亮的辦公室、酒店、商店櫥窗以及內外一體的流動設計建筑應采用70%以上透光率的窗膜；

    b) 具有良好的隔熱性能。根據建筑遮陽的要求，一般選擇遮陽系數在0.3～0.5的窗膜。更高遮陽系數的窗膜，勢必透光性降低，影響采光；更高遮陽系數的窗膜隔熱效果不明顯。窗膜用于建筑玻璃，要考慮熱應力可能造成的危害。60%以上吸熱率的玻璃不得用于建筑門窗。一般應保持40%以下。

    此外，在既有建筑節(jié)能改造時還要注意其他的窗膜性能，諸如：清晰度、堅韌度、表面硬度、耐久性，它們雖然不與節(jié)能直接相關，但會影響玻璃的使用。標準窗膜厚度是0.038mm。一般拉伸強度為18kg/mm2。安全增強功能的有0.1mm、0.2mm或更厚的窗膜，它們的拉伸強度應高于20kg/mm2。優(yōu)質的窗膜必定采用硬質（玻璃硅材料）涂層，或防刮劃層，一般應可達到3H等級。同時，合格窗膜都經過國際標準氣候測試，質保10年。

    近年來隨著我國大規(guī)模的經濟建設，各類建筑風采各異，為城市增添了美景。門窗和玻璃幕墻是公共建筑中一種應用較為廣泛的結構形式，特別是應用于城市地標性的建筑物，如高層樓宇、辦公建筑中，形式有平面型、弧面型、蛋殼型，立面造型各異。同時國家于2009年實施的JGJ 176—2009《公共建筑節(jié)能改造技術規(guī)范》要求與未采取節(jié)能措施相比，全年采暖、通風、空氣調節(jié)和照明的總能耗應減少65%，門窗和玻璃幕墻的節(jié)能措施及節(jié)能技術也越來越得到重視。