浅谈公共建筑门窗与幕墙节能改造技术

    未来三年，住房和城乡建设部将对全国规模以上门窗企业的主要产品进行节能标识认证，促进获得标识的门窗产品在新建建筑和既有建筑节能改造项目中广泛应用。住建部要求，财政投资建设的办公建筑和大型公共建筑、保障性住房等项目，应优先采用获得节能标识的门窗产品；建筑节能示范工程、绿色建筑示范工程、可再生能源建筑应用示范工程，应采用获得节能标识的门窗产品；在建筑能效测评、工程招标过程中，对门窗的节能性能指标要求应当采信门窗标识的信息。据悉，我国每年建筑门窗生产应用量大，门窗能耗约占建筑围护结构能耗的50%、建筑总能耗的25%。门窗标识制度可为建筑节能设计、工程质量监督、引导消费提供可靠依据，对促进节能门窗开发应用、提高门窗节能性能起到积极的促进作用。随着建筑技术的不断发展，门窗和玻璃幕墙在建筑物中的应用越来越广泛，玻璃幕墙逐步成为现代建筑，特别是现代城市建筑的象征。它具有轻巧、灵动、活泼、时尚的外观，能改变传统建筑沉闷、凝重的外立面格调。它的透光性能营造出较明亮的室内环境，克服传统墙体厚重隔光的缺点，达到建筑内外空间交融的效果。但正因为门窗和玻璃幕墙的上述优点也造成了室内外环境容易发生能量交换，从而达不到较好的节能效果。随着门窗和玻璃幕墙的应用，窗体在建筑物中占有的面积越来越大，通过窗体产生的热交换成为建筑热交换的主要途径。因此如何控制门窗和玻璃幕墙的热交换是建筑物能否达到节能环保标准的重要措施之一。

       在北方严寒寒冷地区，采取必要的改造措施，加强外窗的保温性能有利于提高公共建筑节能潜力。而在南方夏热冬暖地区，加强外窗的遮阳性能是外围护结构节能改造的重点之一。

    2.1 既有公共建筑的门窗节能改造做法

    既有公共建筑的门窗节能改造，可采用只换窗扇、换整窗或加窗的方法。只换窗扇：当既有公共建筑门窗的热工性能经诊断达不到JGJ 176—2009《公共建筑节能改造技术规范》中第4.2节的要求时，可根据现场实际情况只进行更换窗扇的改造。整窗拆换：当既有公共建筑中门窗的热工性能经诊断达不到JGJ 176—2009《公共建筑节能改造技术规范》中第4.2节的要求，且无法继续利用原窗框时，可实施整窗拆换的改造。加窗改造：当不想改变原外窗，而窗台又有足够宽度时，可以考虑加窗改造方案（见表1）。

    更新外窗可根据设计要求，选择节能铝合金窗、未增塑聚氯乙烯塑料窗、玻璃钢窗、隔热钢窗和铝木复合窗。

    为了提高窗框与墙、窗框与窗扇之间的密封性能，应采用性能好的橡塑密封条来改善其气密性，对窗框与墙体之间的缝隙，宜采用高效保温气密材料加弹性密封胶封堵。

    2.2 对于塑钢窗框和铝合金窗的窗框设计选用要避免冷桥

    窗框传热系数与窗框型材设计有关，窗框型材有双腔、多腔之分，沿热流传导方向分割为双腔或三腔对提高窗框的隔热性能有利。不同结构窗框具有不同的保温性能，单腔结构和双腔结构窗框已逐步淘汰，目前大多选用三腔结构和四腔结构的窗框设计。另外隔热断桥铝合金门窗是前几年从国外引进到我国的新产品，它是由断桥铝塑型材加工制成的。而断桥铝型材又分为两大类：一类是穿条式，一类是注胶式。目前市场上的断桥铝门窗产品选用时应注意劣质型材隔热条的质量问题，避免造成市场混乱和纠纷，使工程质量得不到保证，损害消费者利益。

    内置窗帘固然有装饰效果，但低垂的窗帘把散热器挡住，使热量更容易从窗玻璃处损失掉，浪费了能源。室内还可使用镀膜窗帘，冬季，镀层使热量在室内循环以减少供热用能；夏季，可防止强烈的太阳辐射而减少制冷用能。发达国家早就重视室外遮阳或室外窗帘。历史久远的木质窗板，有单扇和对开的，有全木板和百叶式的。遮阳设在窗外，使用时关上，不用时打开，并有牢固的固定措施，对建筑物的外观没有任何影响。现在发达国家又发展了集遮阳、保温、隔热与防盗为一体的外窗帘板，有的是铝质或塑料百叶，有的是钢卷帘或布卷帘，也有横向推拉式的。

    普通浮法玻璃是透明材料，其透明的光谱范围是0.3μm～4μm，即可见光和近红外线，刚好覆盖太阳光谱，因此普通浮法玻璃可透过太阳光能量的80%左右。对于环境热量，即5μm～50μm波段的中远红外线，普通浮法玻璃是不透明的，其透过率为0，反射率也很低，但其吸收率很高，可达83.7%。玻璃吸收远红外线后再以远红外线的形式向室内二次辐射，由于玻璃的室外表面换热系数是室内表面换热系数的3倍左右，玻璃吸收环境热量的75%传到室外，25%传到室内。在冬季，室内环境热量就是通过玻璃先吸收后辐射的形式，将室内的热量传到室外。

    玻璃幕墙的传热过程大致有三种途径：一是玻璃和铝合金(不锈钢)金属框格的传热，通过单层玻璃的热流传热，将热量通过金属框格向外传热；二是玻璃内表面与室内空气间的对流换热以及与室内环境间的辐射换热；三是玻璃幕墙外表面与周围空气间的对流换热以及外表面与外界环境间的辐射换热。

    在既有建筑透明幕墙及采光顶节能改造中装贴建筑窗膜是公共建筑节能改造中易行、花费较少而又有良好效果的措施。建筑窗膜的主要功能是在保证适度透光的条件下提高玻璃的遮阳性能。建筑窗膜一般应装贴于建筑物外窗内表面；个别内贴难度较大的部位可采用外贴膜（具有外表面层抗紫外及更好耐候性的窗膜）。

    建筑门窗及玻璃幕墙节能改造中，玻璃贴膜有以下六个优点：

——更快捷。既有玻璃贴膜比拆下旧玻璃更换上新玻璃工期短，操作简便；

——更健康。玻璃贴膜中的安装胶含有UV（紫外线）吸收剂，可阻隔98%～99%的紫外线；

——更轻盈。相对更换中空玻璃或中空Low-E玻璃，不会增加建筑立面荷载；

——更安全。一般的隔热膜也有一定的安全增强功能，同时具备夹层玻璃的碎片粘持性能，其安全性优于钢化玻璃，专业安全膜的安全性更强；

——更环保。产生的建筑垃圾少，不会增加运输及填埋成本；

——更经济。既有钢化透明玻璃或着色玻璃贴热反射膜比更换热反射玻璃要节约50%的总成本。

窗膜选择时，要考虑的因素：

    a) 首先是保证良好的采光。避免眩光应采用70%以下透光率的窗膜。创造舒适无压抑感的室内环境窗膜的透光率应大于20%，从节省照明用电来看，建筑标准规定立面玻璃透光率应保持在40%以上。玻璃天花透光率应控制在10%～30%，也可采用透光率50%～70%的高光效比窗膜。一般来说，有景观的客厅、要求明亮的办公室、酒店、商店橱窗以及内外一体的流动设计建筑应采用70%以上透光率的窗膜；

    b) 具有良好的隔热性能。根据建筑遮阳的要求，一般选择遮阳系数在0.3～0.5的窗膜。更高遮阳系数的窗膜，势必透光性降低，影响采光；更高遮阳系数的窗膜隔热效果不明显。窗膜用于建筑玻璃，要考虑热应力可能造成的危害。60%以上吸热率的玻璃不得用于建筑门窗。一般应保持40%以下。

    此外，在既有建筑节能改造时还要注意其他的窗膜性能，诸如：清晰度、坚韧度、表面硬度、耐久性，它们虽然不与节能直接相关，但会影响玻璃的使用。标准窗膜厚度是0.038mm。一般拉伸强度为18kg/mm2。安全增强功能的有0.1mm、0.2mm或更厚的窗膜，它们的拉伸强度应高于20kg/mm2。优质的窗膜必定采用硬质（玻璃硅材料）涂层，或防刮划层，一般应可达到3H等级。同时，合格窗膜都经过国际标准气候测试，质保10年。

    近年来随着我国大规模的经济建设，各类建筑风采各异，为城市增添了美景。门窗和玻璃幕墙是公共建筑中一种应用较为广泛的结构形式，特别是应用于城市地标性的建筑物，如高层楼宇、办公建筑中，形式有平面型、弧面型、蛋壳型，立面造型各异。同时国家于2009年实施的JGJ 176—2009《公共建筑节能改造技术规范》要求与未采取节能措施相比，全年采暖、通风、空气调节和照明的总能耗应减少65%，门窗和玻璃幕墙的节能措施及节能技术也越来越得到重视。