建筑門窗的優化設計

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建筑門窗保溫性能的基本原理是減少門窗框的熱傳導能量損失、采光玻璃輻射和傳導損失等，具體的優化設計內容包括：

1門窗框的合理設計

框架作為門窗的重要組成部分，起到支撐的作用，常見的門窗框材料有金屬型材、非金屬型材和復合型材等，金屬型材和非金屬型材的熱工特性具有很大的差別，其中材料的導熱系數是形成這些材料熱傳能力差別的主要影響因素，據了解，鋁、鋼、PVC塑料、木材、玻璃鋼的導熱系數分別為203W/m•K、58W/m•K、0.14W/m•K、0.20-0.28W/m•K、0.4-0.5W/m•K，而試驗表明導熱系數越大，材料的傳熱能力就越強，因此從保溫的角度，門窗框的型材斷面，要盡量設計成多腔型材，并讓熱流方向垂直分布于腔壁，型材的腔壁數量增加之后，阻隔熱流的作用就越強，腔內的對流、輻射和導熱等就能夠降低。金屬框架傳熱的減少，需要用非金屬材料作為斷熱橋，為金屬型材作斷熱處理，或者將非金屬型材和帶腔金屬制成復合型材，同時加大非金屬型材的厚度，提高型材的熱阻。除此之外，門窗框的材料科選擇PVC塑料型材、鋁合金斷熱橋窗框材料、玻璃鋼型材等低導熱系數材料，從根本上對金屬門窗框熱傳導熱量損失進行改善。

2改善門窗玻璃保溫性能

玻璃相比于金屬材料，熱傳導系數僅有0.8-1.0W/m•K，厚度為3-6mm，熱傳量為65%-75%，在玻璃質量方面提高門窗保溫性能，具有較大的操作空間。（1）單玻相比于雙玻和三玻，后兩者的保溫性能更高，因此可以從玻璃結構的角度，將單玻改成雙玻和三玻，以形成密閉的空氣層，提高玻璃的熱阻水平，也就是說，保溫性能和玻璃的厚度沒有直接關系，只有玻璃的空氣層厚度改變之后才會改變。（2）玻璃當中加入鍍膜，以降低玻璃之間的輻射傳熱。根據實驗顯示，中空玻璃加入輻射膜之后，明顯改善了熱工性能，相比于普通中空玻璃，后者的熱傳系數為3.0-3.1，而前者降低到1.7-2.3。如果低輻射中空玻璃當中的空氣層厚度為12mm，即PVC塑料窗和鋁合金斷熱窗的標準，傳熱系數基本能夠滿足北方嚴寒區域的門窗保溫需求。（3）控制中空玻璃鋁隔條對傳熱的影響，這種材料是良導體，會提高中空玻璃的傳熱強度，據試驗，中空玻璃的鋁隔條長度和中空玻璃面積的比值P增大之后，鋁隔條的傳熱比重隨著增大。因此，中空玻璃的鋁隔條要盡量埋設在門窗框的溝槽內部，減少在空氣中的暴露面積，同時盡可能選擇P值比較小的中空玻璃。

3合理設計門窗框的比例

門窗框的比例是門窗框的表面和門窗面積的比值，該比值和門窗立面設計、表面積、門窗面積有直接關系，一般比例為25%-35%，在門窗框比例改變之后，門窗框的感熱面和放熱面也隨著改變。如果金屬型材門窗的框斷面尺寸太大，會對門窗保溫性能產生不利影響，因此在滿足門窗基本功能的前提下，要控制門窗立面的分割，大斷面的金屬型材不適合作為面積較小的門窗。另外，還要增加玻璃層數和玻璃之間空氣層厚度的距離，可以采用鍍膜玻璃，提高玻璃熱阻。總之，門窗框比例的合理設計，直接影響門窗的保溫性能，盡管相關的比例大小與業主的實際需求相關，但在設計的時候，仍然需要盡量趨向于節能環保方向。

綜上所述，住宅采暖過程中，門窗的傳熱熱損失和空氣滲透熱損失，大約占所有能耗的50%左右，建筑門窗保溫性能的基本原理是減少門窗框的熱傳導能量損失、采光玻璃輻射和傳導損失等，需要對其進行優化設計，一方面是合理設計門窗框，從根本上對金屬門窗框熱傳導熱量損失進行改善，另一方面是改善門窗玻璃保溫性能，以及合理設計門窗框的比例，以全面實現門窗的保溫節能，減少建筑門窗裝修的成本。（本文作者：金烽、曹葉成 單位：華匯工程設計集團股份有限公司）