1、多腔体多密封塑料节能门窗技术摘要：本文概述了建筑门窗国内外近20年的发展应用情况，分析了各类建筑门窗在建筑节能方面的贡献率，指出发展塑料门窗与加快旧窗节能改造是促进建筑节能的有效措施。一、前言与世界发达国爱家相比，我国既是一个自然资源和能源极渡溃缺的国家，也是能源消耗大国，能耗浪费的现象十分严重，如何充分提高现有能源的利用率，实现有效的环境保护已成为全国面临的严峻课题。建筑能耗占全国总能耗量 1/4，仅仅是中国寒冷地区冬季采暖能耗就达到 1.8亿吨标准煤，占全国能耗总量的 13.6%；其中通过建筑物窗户散失的能耗就占建筑全部能耗的 50%左右；在建筑物保温性能上与发达国家相比，我国我窗能耗是发
2、达国爱的 2.2 倍，外墙能耗是发达国家的 4 倍。为了减少能量损失，建设部制定了建筑节能“九五”计划和 2010 年规划，95 年发布民用建筑节能设计标准采暖居住建筑 1996 年以前在这丙项设计标准采暖居住建筑新标准 JGJ2695,这两项文件规定：新建采暖居住建筑1996 年以前在 19801981 年当地通用设计能耗水平基础上普遍降低 30%，为第一阶段；1996 年起在达到第一阶段要求的基础上节能 30%，为第二阶段；2005年起在到达第二阶段要求的基础上再节能 30%，为第阶段。可以看出我国的采暖居住建筑的窗户选用趋势将往保温节能方向发。以北京为例，1999 年 4 月北京建委规定
3、各类住宅建筑外窗传热系数(K 值)不大于 3.5，由此可见，开发出新型适应不同气候条件下的节能门窗是实现节能的有效手段之一。二、国内外塑料门窗的发展1.1 欧洲 20 世纪 80 年代门窗市场塑料门窗占有率 40%，到 20 世纪 90 年代，塑料门窗上升到 47%。2002 年欧洲门窗市场共销售 1 亿樘（每樘窗约 1.69m2） ，其中：塑料窗占 42.2%。近 20 年欧洲门窗市场塑料门窗占有率一直稳定在 40以上。美洲 20 世纪 80 年代门窗市场塑料窗占有率 2%。到 20 世纪 90 年代铝窗塑料窗占20%。2002 年美国住宅门窗市场总量为 6100 万樘，在住宅门窗市场中塑料
4、窗占 46%。近 20 年美国门窗市场塑料窗占有率从 2上升到 46。从国外建筑门窗近年发展变化可以看出：欧洲、美洲建筑门窗市场近年变化是塑料门窗逐渐占主要份额，同时结合各类门窗的特点向复合材料门窗发展。推动建筑门窗结构变化的动力是建筑节能政策和新材料、新工艺、新技术的发展。例如，欧洲 1993 年建筑门窗传热系数要求不大于 1.9 W/（ m2K） ，到 2003 年欧洲门窗标准中要求门窗保温系数不大于 1.4 W/（m2 K） 。1.2 我国 1985 年建筑门窗市场塑料门窗占有率 0.3，1995 年塑料门窗占 11.2，2000 年塑料门窗占 25.5，2002 年塑料门窗在全国新建建
5、筑市场占有率为 35。随着我国住宅建设规模的扩大，建筑节能和居室环境标准的提高，推动了建筑门窗市场规模发展和产品结构的变化，我国建筑节能政策逐步推行也必然带来门窗产品结构性变化。 民用建筑节能管理规定 、 夏热冬冷地区新建居住建筑节能设计标准 、 夏热冬暖地区新建居住建筑节能设计标准等一批标准规定已普遍推行执行。今后 10 年我国建筑门窗产品结构变化，节能门窗将成为今后建筑门窗市场的主流。塑料门窗的应用仍会呈现上升的趋势。我国塑料门窗保温性能总体水平与国外有较大差距，北欧和北美国家窗户的传热系数一般都小于 2.0W/（ m2K） ，有的达到 1.11.2W/ （m2K） 。我国是能耗大国，随着
6、国民经济的发展，能耗的增量和增速愈来愈快。对建筑门窗的质量、使用功能要求会更高，研究开发新型节能塑料门窗是今后的主攻方向。塑料门窗在节能建筑工程中取得了广泛应用，它除了具有保温、隔热、气密性能好以及耐腐蚀等特点外，由于它的可塑性和焊接工艺，它能够作出各种不同品种、不同形式的窗型供建筑设计选用，而且在不同材质的门窗中塑料门窗的性能价格比最好。因此，在塑料门窗的创新发展中应发挥塑料门窗优势，开发系列化、多样化、高档化和适合不同地区、不同风格、人文化的产品。同时发挥不同材料的优点开发复合材料的门窗（如塑铝、塑木复合门窗） 。塑料门窗在旧窗节能改造发挥重要作用，欧洲门窗市场正逐渐成为更新门窗的市场。2
7、001年欧洲 57.9窗用于更新已有建筑的旧窗，只有 42.1的窗安装在新建筑上。门窗产品更新改造的周期较短，而能源的成本越来越高。一些国家以优惠的税收及降低增值税的方法鼓励更新节能门窗。我国在已有建筑门窗中仅有 0.5的门窗符合建筑节能规定，所以旧窗节能改造在我国今后建筑门窗市场中是特别值得引起重视的。欧共体目前也在努力降低他们的能源消耗，从而减少二氧化碳排放量，在旧窗改造、门窗更新制定严格的保温隔热性能指标。我们期待国家有关部门制定相应政策，鼓励更换已有建筑耗能大的门窗，这是一项利国利民的事情，必然会使节能塑料门窗的使用率得到更进一步扩大。二、节能门窗在门窗上的能量损失方式主要是：辐射传递
8、、对流传递、传导传递、空气渗漏。建筑物通过外窗传热散失的能量占建筑能源的 28%左右，而通过门窗空气渗透散失的能量占建筑能耗的 27%左右，所以建筑外窗的保温隔热性能(主要是传热系数)和气密性是决定建筑外窗是否为节能门窗的两个指标。表 1 各类门窗的两项物理性能门窗类型传热系数值 W/m.气密性 m.k单玻钢窗 6.0-6.7单玻铝窗 6.0-6.7单玻塑料窗 4.3-4.61.20双玻钢窗 3.2-4.6双玻彩板窗 3.1-4.40.83双玻铝窗 3.9-4.51.12双玻断热高效铝合金窗 2.2-2.60.5双玻塑料窗 2.2-3.10.53根据以上表格可以看出，针对建筑能耗较多的三北地区
9、(华北、东北、西北)双玻塑料窗及双玻断热铝合金窗 K 值可达到节能窗的标准。三、新型节能门窗-多腔体多密封塑料门窗塑料门窗采用的 PVC 型材具有良好的隔热性能，由表 2 可知，PVC 塑料的导热系数为铝材的千分之一，具有良好的隔热优势。同时生产单位质量的 PVC型材的能耗是铝材的 1/8.8，钢材的 1/4.5，由此可判断 PVC 门窗的确属于新型节能门窗。塑料门窗的导热主要取决于塑料塑料型材、玻璃及门窗框扇间的密封三个要素。1 塑料异型材PVC 塑料异型材的传热系数和型材的规格型号及腔体设计有关。PVC 型材最常见系列有 55、60、73、80、88 等系列，不同系列主型材沿热流传导方向厚
10、度不同，系列数字越在，断面越厚，K 值越低。(1) PVC 型材还有双腔体和多腔体之分，同一系列型材沿热传导方向腔体分割越多，型材保温性能越好。建筑外窗的热损失除了由于室内外温差引起的热传导进行的热交换以外，由于框扇间密封不严，导致空气对流，也是影响门窗保温节能的一个原因。2 玻璃玻璃在门窗中所占的面积为 55%-85%，门窗的导热系数的在小很大程度上取决于玻璃的组合结构及玻璃的物理性能。玻璃传递热量主要是通过传导和辐射，热传导是玻璃通过玻璃分子的运动把能量从玻璃一边传到另一边。热传导和玻璃的材及组合结构有关，而热辐射主要决定于玻璃的性质。由表 2 呆知，玻璃是热的良导体，改善玻璃的导热性能有
11、两种途径。一是改变玻璃的层数，在两层或多层玻璃之间密封干燥的空气或惰性气体，由于空气和异性气体是热的不良导体，导热系数只有 0.046W/。能有效的改善玻璃的导热性能；二是对玻璃进行镀膜处理，改善玻璃通过可见光和不呆见光的物理性能来达到节能的目的。玻璃材料的透光系数、太阳直射透射率、相对得热以及传热系数指标，对建筑的室内热环境和采暖空调能耗影响最大，因此，在建筑设计上如何利用玻璃材料，了解其技术特性，做到减少能耗，是制作节能塑料门窗的关键。目前国内几种节能玻璃主要有中空玻璃、太阳能热反射玻璃、低辐射玻璃和多功能镀膜玻璃。(1) 中空玻璃中空玻璃是由两片或多片玻璃之间的密封的气体组成，对同等材质
12、的原版玻璃，中空玻璃的隔热能力主要取决于玻璃的层数(气体的层数)、及气体层的厚度及填充气体的特性，下表是几种不同类弄玻璃的导热系数。表 4 几种不同类型玻璃的导热系数玻璃类型玻璃间距(mm)传热系数 W/M单层玻璃-6.4双层中空玻璃 5+9A+53.1三层中空玻璃 5+9A+5+9A+52.2由上表可以看出，通过增加玻璃的层数(气体层数)能大大降低玻璃传热系数，是提高门窗隔热性能的最有效途径之一。气体层的厚度对中空玻璃导热系数也有较大影响。用不同宽度的隔条组装的 58 双玻平开塑窗系列，按 GB8484-87 进行保温性能测试，测试结果如表 5。并根据表 5 绘得如下曲线(双玻 K 值与隔条
13、宽度关系图)。随隔条宽度的增加，窗户的传热系数总体上是呈下降趋势，但其中有微小的起伏波动。并且，在隔条宽度在 12mm 之前，K 值随隔条宽度(即空气层厚度)的增加而减少的趋势非常明显，而在 12mm 之后，K 值随隔条宽度的增加变化已不是很大。因此从性能与经济成本两方面来考虑，隔条宽度为 12mm 的双玻塑窗的性能比为最佳。从该曲线可以看出隔条宽度超过 24mm 之后，窗户的传热系数几乎没什么大的变化了，如果要再提高其保温性能增加间距的增大，相应的成本却将大大增加。(2) 镀膜玻璃镀膜玻璃主要有太阳能热反射玻璃、低辐射玻璃和多功能镀膜玻璃。(1 太阳能热反射玻璃太阳能热反射玻璃又称阳光控制玻
14、璃。其最大特点是利用镀膜能透过呆见光而把起加热作用的远红外光反射到室外，同时玻璃材料吸收的太阳热能被镀膜所隔离，使热主要形发到室外一侧，尽可能地减少太阳的热作用，使室内热环境得到控制，同时减少眩光和色散，降低室内空调负荷和减少设备投资，从而达到节约空调负荷和减少设备投资，从而达到节约空调费用的目的。这种热反射玻璃隔热反射性能通常用阳光系数(或遮阳系数)表示，阳光系数越低，镀膜的性能的镀膜来调节室内光线和控制辐射热。(2 低辐射玻璃和多功能镀膜玻璃低辐射玻璃(1LE)、多功能镀膜玻璃(1MF)又称保温镀膜玻璃，这类材料具有最大的日光透射率和最小的反射系数，可让 80%的可见光进入室内被物体所吸收
15、，同时又能将 90%以上的室内物质反辐射的长波保留在室内。低辐射玻璃(1LE)和多功能镀膜玻璃(1MF)大大提高了能量的利用率，在寒冷地区能有选择地传输太阳能量，同时把大部分的热辐射反射进室内，因此，在采暖建筑中可起到保温和节能的作用。低辐射玻璃(1LE)和多功能镀膜玻璃(1MF)大大提高了能量的利用率，在寒冷地区能有选择地传输太阳能量，同时把大部分热辐射进室内，因此，在采暖建筑中可起到保温和节能的作用。低辐射玻璃(1LE)与多功能镀膜玻璃(1MF)相比，在热传输控制方面作用相同，但在减少热进入方面 1LP性能更为优越。另外，低辐射玻璃和多功能镀膜玻璃对不同频谱的太阳光透过具有选择性，它能滤掉
16、紫外线，室内家具、图片、艺术品等因紫外线照射而褪色，还能吸收部分可见光，可起到防眩光的作用，因此，广泛用于美术馆以及科学实验楼等有特殊要求的建筑物。3 窗框扇间的密封建筑外窗扇间的密封主要决定于框扇间的密封形式及缝隙的大小。塑料门窗框扇之间的密封主要有两种形式：毛条密封和胶条密封，推拉窗一般采用毛密封，而平开窗采用胶条密封。胶条密封性能好于毛条密封，胶条密封性能的好坏主要决定于密封构造胶条的型状、材质。图 2 塑料平开窗、推拉窗双道密封及多道密封示意图根据建筑工业行业标准 JG/T3018-94 对平开窗及推拉窗划分等级。(如下表6)由上表可知，推拉窗一般很难达到第一等级。因为推拉窗的气窗性比
17、平开窗的气密性差，保温性能也稍差(如表 7 所示)所以在特别寒冷的地区，要求窗户有很好的保温性能时，一般不宜使用推拉窗而只宜使用平开窗。表 6 平开窗及推拉窗保温性能分级表型式 等级 1234平开塑料窗 K 值W/m2.K2.002.003.003.004.004.005.00推拉塑料窗 K 值W/m2.K-3.003.004.004.005.00表 7 塑料平开窗及推拉窗 K 值名称玻璃间距(mm)传热系数W/(m2.k)推拉窗单玻 4.7-5.6双玻 5-162.3-3.1平开窗单玻 4.2-5.1双玻 6-242.26-2.76四、塑料节能窗的选用中国地域辽阔，地区气候差异较大，必须针对
18、不同地区气候条件和建筑物具体保温隔热要求选用不同系列塑料型材、门窗开启方式、玻璃等。1中国建筑气候区的划分及特点。(见表 8)；2.建筑气候分区对塑料门窗物理性能的基本要求。国家建筑工业行业标准 JP/T3017-94，JG/T3018-94 对 PVC 塑料门窗的建筑物理性能的要求，将抗风压性能分为 1-6 级，空气渗透性能分为 1-5 级，雨水渗透性能分为 1-6 级，保温性能分为 1-4 级。这是依据全国各地不同环境下建筑物的使用要求提出的一系列指标，应针对本地区的使用环境、气候特点进行选择(见表 9)。表 8 中国建筑气候分区表范围气候特点最冷月平均气温最热月平均气温年均降水(mm)年
19、沙尘暴天数基本风压(KN/ m2)最大风速(m/s)I 区黑龙江、吉林、内蒙、除西部外大部分、辽宁北半部、河北山西陕西三省北部-18-25200-8000.3-130.4-0.6525区河北、山西中南部、山东、北京、天津、宁夏、河南、安徽、江苏北部、辽宁南部、陕西中部、甘肃东部-10-018-28450-7000.3-70.3-0.5 大部分地区25区上海、浙江、江西、湖南、湖北、重庆等 6 省市、福建、广东广西三省北部、江苏中南部、贵州东北部、河南陕西、甘肃南部、四川东部0-1025-30900-1900-东南沿海 0.6-1.0 其它地区 0.3-0.4 东南沿海25 其它地区25区广东广
20、西中南部、福建南部、海南台湾、香港澳门1025-291300-2200-东南沿海.06-1.0 其它 0.3-0.4 东南沿海地区25 其它地区25区云南省、贵州省西部 0-0.318-25约 1000-0.25-0.35区青海、西藏、四川省西部-14-018400-500 0.35-0.65区新疆、甘肃、内蒙西部-20-518新疆500 内蒙西部 50-200 甘肃省约500.5-0.8表 9 不同气候地区建筑外窗物理性能要求表气候特点地理范围抗风压性能 Pa 空气渗透性能 m3/m.h 雨水渗透性能 Pa 保温性能 W/m2.k严寒地区 I 区、区 4、5、6、级 1000-25001、2、3、级1.54、5、6 级 100-350级3夏热、多台风多雨地区、区的东南沿海 1、2、3、级 2000-35001、2、3、4、5 级2.51、2、3、4 级 250-600、级 2Ko5夏热、多雨地区、区的除东南沿海地带 4、5、6 级 1000-25001、2、3、4、5 级2.51、2、3、4 级 250-600、级 2Ko5寒冷地区、区 4、5、6 级 1000-25001、2、3、4、5 级2.54、5、6 级100-350、级 2Ko5气候温和地区 V 区 4、5、6 级 1000-25003、4、5 级 1-2.54、5、6 级 100-350、级 3Ko5
