寒冷和严寒地区建筑门窗节能设计和解决方案

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1、 寒冷和严寒地区建筑门窗节能设计和解决方案周佩杰【摘要】本文以寒冷和严寒地区建筑门窗的节能保温为主线，对现行国家标准进行了介绍，指出了影响门窗节能保温的五大因素，对门窗的节能设计和解决方案进行了阐述，可供在实际工作中应用。【Abstract】In this paper, cold and cold regions insulation building the main line of energy-saving windows and doors on the existing national standards were introduced, and pointed out the w

2、indows of the five factors of energy-saving insulation, energy-efficient design on the doors and windows and solutions are described, for in practical work application.【主题词】辐射、传导、对流、通风。【Keywords】Radiation, conduction, convection, ventilation.建筑围护结构节能是建筑节能的重要组成部分，特别是寒冷和严寒地区建筑围护结构节能在我国最为重要，这是该地区的面积约占国

3、土面积的三分之二。我国严寒地区是指东北、内蒙古和西部部分地区，最冷1月平均温度-10，7月平均气温25；寒冷地区是指中上部和西部部分地区，最冷1月平均温度-100，7月平均气温1828。为实现建筑采暖能耗降低65%左右的节能目标，所有建筑设计必须按此进行设计，并在实际运行中也要持续达到此目标。建筑门窗占建筑墙体30%-50%，是建筑节能的重要环节，为此在寒冷和严寒地区做好门窗的节能保温更为重要。一、寒冷和严寒地区节能设计标准GB 560189-2005 公共建筑节能设计标准和JGJ 26-2010严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准对寒冷和严寒地区节能设计进行了详细的规定。1 为了使建筑围护结构

4、热工性能要求更合理JGJ 26-2010严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准对寒冷和严寒地区进一步划分为5个气候子区：气候子区分区依据备注严寒地区（区）严寒（A）区6000HDD18HDD18：采暖度日数CDD26：空调度日数严寒（B）区5000HDD186000严寒（C）区3800HDD185000寒冷地区（区）寒冷（A）区2000HDD183800 CDD2690寒冷（B）区2000HDD18902 为实现建筑采暖能耗降低50%左右，公共建筑节能设计标准（GB 50189-2005）对公共建筑外围护结构热工设计规定： 2.1 严寒、寒冷地区建筑的体形系数应小于或等于0.40。2.2 根据建筑

5、所处城市的建筑气候分区，围护结构的热工性能见下表围护结构传热系数限值(传热系数K W/(m2K) 气候分区严寒地区A区严寒地区B区代表性城市海伦、博克图、伊春、呼玛、海拉尔、满洲里、齐齐哈尔、富锦、哈尔滨、牡丹江、克拉玛依、佳木斯、安达长春、乌鲁木齐、延吉、通辽、通化、四平、呼和浩特、抚顺、大柴旦、沈阳、大同、本溪、阜新、哈密、鞍山、张家口、酒泉、伊宁、吐鲁番、西宁、银川、丹东围护结构部位体形系数0.30.3体形系数0.4体形系数0.30.3体形系数0.4外墙(包括非透明幕墙)0.450.400.500.45单一朝向外窗(包括透明幕墙)窗墙面积比比0.23.03.22.80.2比0.32.82

6、.92.50.3比0.42.52.62.20.4比0.52.02.11.80.5比0.71.71.81.6屋顶透明部分2.52.6围护结构传热系数限值(传热系数K W/(m2K) 和遮阳系数SC（东、南、西向/北向）气候分区寒冷地区代表性城市兰州、太原、唐山、阿坝、喀什、北京、天津、大连、阳泉、平凉、石家庄、德州、晋城、天水、西安、拉萨、康定、济南、青岛、安阳、郑州、洛阳、宝鸡、徐州围护结构部位体形系数0.30.3体形系数0.4外墙(包括非透明幕墙)0.600.50单一朝向外窗(包括透明幕墙)窗墙面积比传热系数遮阳系数SC传热系数遮阳系数SC比0.23.53.00.2比0.33.02.50.3

7、比0.42.70.70/2.30.70/0.4比0.52.30.60/2.00.60/0.5比0.72.00.50/1.80.50/屋顶透明部分2.70.502.70.503.50.35说明有外遮阳时，遮阳系数=玻璃的遮阳系数外遮阳的遮阳系数；无外遮阳时，遮阳系数=玻璃的遮阳系数。2.3 建筑每个朝向的窗（包括透明幕墙）墙面积比均不应大于0.70。当窗（包括透明幕墙）墙面积比小于0.40时，玻璃（或其他透明材料）的可见光透射比不应小于0.40。2.4 屋顶透明部分的面积不应大于屋顶总面积的20%。2.5 外窗的可开启面积不应小于窗面积的30%；透明幕墙应具有可开启的部分或设有通风换气装置。2.

8、6 外窗的气密性等级不得小于4级（2002年标准）（单位缝长：1.5q1 0.5 m3/（h），单位面积：4.5q2 1.5 m3/（h）。2.7 透明幕墙的气密性等级不得小于3级（固定部分：0.05q0.10），可开启部分：1.5q2.5。3 为实现建筑采暖能耗降低65%左右，严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准(JGJ 26-2010对居住建筑外围护结构热工设计规定： 3.1 建筑群的总体布置，单体建筑的平面、立面设计和门窗的设置，应考虑冬季利用日照并避开冬季主导风向。3.2 建筑物宜朝向南北或接近朝向南北。建筑物不宜设有三面外墙的房间，一个房间不宜在不同方向的墙面上设置两个或更多的窗。3.

9、3体形系数限值和窗墙面积比限值不大于下表规定体形系数限值窗墙面积比限值建筑层数3层(48)层(913)层14层朝向北东、西南严寒地区0.500.300.280.25严寒地区0.250.300.45寒冷地区0.520.330.300.26寒冷地区0.300.350.503.4根据建筑所处城市的建筑气候分区区属不同，围护结构的传热系数不得大于下表规定围护结构传热系数限值(传热系数K W/(m2K) 气候分区严寒(A)区严寒(B)区严寒(C)区代表性城市伊春、海拉尔、黑河、哈尔滨、齐齐哈尔、富锦、牡丹江、吐鲁番、鸡西、绥芬河、喀什康定、呼和浩特、沈阳、彰武、清源、宽甸、本溪、长春、延吉、乌鲁木齐、大

10、同、四平、酒泉、通辽、集宁、西宁围护结构部位3层(48)层9层3层(48)层9层3层(48)层9层外墙0.250.400.500.300.450.550.350.500.60外窗窗墙面积比0.22.02.52.52.02.52.52.02.52.50.2比0.31.82.02.21.82.22.21.82.22.20.3比0.41.61.82.01.61.92.01.62.02.00.4比0.451.51.61.81.51.71.81.51.81.8阳台门下部门芯板1.21.21.2围护结构传热系数限值(传热系数K W/(m2K) 和遮阳系数SC（东、西向/南、北向）气候分区寒冷（A）区寒冷（

11、B）区代表性城市唐山、太原、兰州、青岛、拉萨、张家口、丹东、大连、朝阳、锦州、营口、银川、承德、阳城、延安、宝鸡北京、天津、石家庄、济南、德州、郑州、安阳、西安、徐州、保定、运城、围护结构部位传热系数传热系数遮阳系数SC（东、西向/南、北向）3层(48)层9层3层(48)层9层3层(48)层9层外墙0.450.600.700.450.600.70外窗窗墙面积比0.22.83.13.12.83.13.10.2比0.32.52.82.82.52.82.80.3比0.42.02.52.52.02.52.50.45/0.45/0.45/0.4比0.451.82.02.31.82.02.30.35/0.

12、35/0.35/阳台门下部门芯板1.71.7说明有外遮阳时，遮阳系数=玻璃的遮阳系数外遮阳的遮阳系数；无外遮阳时，遮阳系数=玻璃的遮阳系数。3.5 外窗及敞开式阳台门应具有良好的密闭性能，气密性能等级不应低于GB/T 7106-2008建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法的规定，其值是：地区气密等级气密性能限值单位开启缝长q1( m3/(m.h)单位面积q2/(m3/(m2.h)严寒地区61.5q11.04.5q23.0寒冷地区16层42.5q12.07.5q26.07层及7层以上61.5q11.04.5q23.03.6 楼梯间及外走廊与室外连接的开口处应设置窗或门，且该窗和门应能密

13、闭。严寒（A）区和严寒（B）区的楼梯间宜采暖，设置采暖的楼梯间的外墙和外窗应采取保温措施。3.7 居住建筑不宜设置凸窗。严寒地区除南向外不应设置凸窗，寒冷地区北向的卧室和起居室不得设置凸窗。设置的凸窗凸出不应大于400mm，其传热系数比普通窗降低15%，且其它不透明部分和外墙传热系数相等。3.8 阳台和直接连通的房间之间应设置隔墙和门、窗。当阳台和直接连通的房间之间不设置隔墙和门、窗时，应将阳台作为所连通房间的一部分按相关规定设计。当阳台和直接连通的房间之间设置隔墙和门、窗，并符合相关规定的限值时，可不对阳台外表面作特殊热工要求；当大于相关规定的限值时，不透明部分应不大于相关规定的限值的120

14、%，严寒地区阳台窗的传热系数2.5 W/(m2K)，寒冷地区阳台窗的传热系数3.1 W/(m2K)，阳台外表面窗墙比3mm，为此必须提高框扇的强度来满足抗风压和温差变形对强度要求，也就是在强度设计过程中在寒冷和严寒地区同时要考虑温差变形。2 季节温差引起的窗框、扇的伸缩与墙体接缝处理由于严寒或寒冷地区一年之中季节的温差变化较大，使得窗外形尺寸在一年内产生变化，从而要处理窗框扇的伸缩问题，特别是与墙洞口的安装缝隙、连接、密封处理非常关健。窗框在夏季时的伸长量：（+L）=（th-t工）L窗框在冬季时的伸长量：（-L）=（t工 tl）L式中：th夏季时窗外表面温度 tl冬季时窗外表面温度 t工工厂生

15、产窗的环境温度窗与墙洞口之间的接缝宽度：F= L+（tS t安）L/+ CT/2式中：两侧伸缩取2，一侧伸缩取1 t安窗安装时的现场的的温度，一般在5-30范围 CT窗的制造、安装、墙洞口施工误差 密封胶的位移能力%在严寒和寒冷地区必须按上式计算出窗与洞口之间的接缝宽度，保证窗与墙体之间有良好的接缝处理和弹性联接，是保证门窗质量最后而最关键的环节。3、室内健康环境 3.1 温度、相对湿度、结露点温度的关系在严寒和寒冷地区的窗好坏，就是结露问题，为了避免窗结露，必须弄清表面结露与室内外温度、室内相对湿度和窗的传热系数K值的关系。 在给定温度的空气中，只能含有一定数量的水蒸气，当不能再含有更多的水

16、分时，所达到的状态，称为饱和状态。空气达到饱和以前所能含有的水分量，是随空气温度升高而增加。 20时1立方米的空气水汽含量达到18克时，就达到饱和了，这时空气的湿度为100%。如果没有达到饱和，仅含7.2克的水汽，这时的空气的相对湿度为40%。在室外温度、门窗的隔热性能、室内温度、室内空气的相对湿度等条件下，空气的相对对湿度达到100%，而空气仍被继续冷却，这时就形成露水。所谓露点就是指空气温度下降使空气的相对湿度达到100%时的温度，既最初产生露水（冷凝水）时的温度。露点在0以下，就会在室内角落处墙内壁凝结成霜，玻璃内表面会冻结成晶莹的窗花。相对湿度（RH）=空气中的水蒸气含量/同温度空气达

17、到饱和时水蒸气含量100%从相对湿度、温度与水蒸汽之间的关系图表中只要知道温度、相对湿度、结露点温度中二个数据，就可以从表中查得另外一个数据。例：设温度为10，RH=80%，求露点温度及含湿量，若温度升至20时含湿量保持不变，求这时的相对湿度RH是多少。从相对湿度、温度与水蒸汽之间的关系图表中查得，露点温度为6.5，含湿量为6.1克/千克干空气，若温度升至20时，查得的相对湿度为RH=42%露点、温度和相对湿度的关系值表（表1）3.2 窗表面结露窗表面结露与室内外温度，窗的传热系数K值及室内外相对湿度RH有关。T露=ti-（ti- t0）RiKt0 = （T露-ti+ti RiK ）/ RiK

18、例：设室内气温ti =20，RH=50%，传热系数K=2W/m2K，求窗内表面结露时室内外气温是多少。从相对湿度、温度与水蒸汽之间的关系图表中查得，露点温度为9.5，t0 = （T露-ti+ti RiK ）/ RiK =（9.5-20+0.125220）/0.1252=-22上例中若相对湿度HR=40%时，从相对湿度、温度与水蒸汽之间的关系图表中查得，露点温度为6，t0 = （T露-ti+ti RiK ）/ RiK =（6-20+0.125220）/0.1252=-36上式说明在K值为2W/m2K的窗，室内温度为20时，相对湿度40%时，室外气温高于零下36时，室内窗表面不会结露。3.3 控制

19、通风可以防止产生室内结露或潮湿在居住和工作的一些房间内，会经常因人的呼吸、饮食、洗澡、洗衣、浇花等产生水蒸汽，一般三口人之家每天可产生6升以上的水蒸汽，这些肉眼看不到的水蒸汽，保留在室内空气中，这些水蒸汽由热转为冷过程，既冬季由室内向室外，向温度较低的室内表面聚集，在这些地方形成露点而结露聚集成冷凝水、霜或冰。饱和湖湿空气的含水量见下表（表3）温度-15-10-50+5+10+15+20含水量g/m31.392.143.254.846.799.3912.8417.29如温度在20的条件下，空气的相对湿度为100%时，如果将温度下降到0的情况下，就会产生17.29-4.84=12.45 g/m3

20、的冷凝水。起居室在20的温度条件下，相对湿度在40%60%较为舒适；相对湿度达到70%就会感到“闷热”和当相对湿度在30%就会感到“干燥”，使人感到不舒适，这样就要采取通风来调解。例：若室外温度为-15时，冬季晴天的相对湿度为40%与室内温度为20时相对湿度为70%，若通风交换出室内空气的三分之一时，室的的相对湿度为多少？-15时的空气中饱和含水量经查表得1.39 g/m3，在相对湿度为40%的含水量为1.39 0.4=0.56 g/m3。用此冷空气与室内空气交换1/3后室内的相对湿度为：（20.7+0.56/17.3）/3100%=48%。上述例子计算说明，采取有控制的通风将室内的相对空气湿

21、度控制在适宜的范围与卫生和健康要求的换气的要求是一致的。也就是说室内有控制的通风，既解决了室内的空气污染也解决了室内的结露（准凝水）潮湿问题。4、窗的保温在严寒和寒冷地区门窗的保温性能是由传热系数K值来决定的，根据JGJ/T 151-2008建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程整樘门窗的传热系数可按下式计算Ut=(AgUg+AfUf+l)/At 式中：Ut整窗的传热系数（W/m2K）At窗面积（m2）Ag玻璃面积（m2） Af窗框总面积（m2）l玻璃区域边缘长度（m） Ug玻璃的传热系数（W/m2K）Uf窗框传热系数（W/m2K）框与玻璃结合处的线传热系数( W/mK) 4.1 几个有关保温性能的参数

22、及关系 4.1.1 传热系数K：当材料层内外温差为1K时， 在单位时间1h内通过单位表面积1通过的热量；单位为（W/m2K）。4.1.2 导热系数：当材料层单位厚度1m内的温度为1K时，在单位时间1h内通过单位单位表面积1通过的热量；单位为（W/mK）。 4.1.3 传热热阻R：热量从平壁一侧空间传递到另一侧空间所受到的阻碍的大小。单位为（m2K / W）。热阻与传热系数是互为倒数的关系。 4.1.4 体型系数：建筑物与室外大气接触的外表面面积（不计算地面）与其所包围的建筑体积之比。系数越大，能耗越多，一般宜控制在0.3以下。 4.1.5 窗墙比：是指不同朝向上的窗、阳台门和透明部分的总面积与

23、所在朝向建筑的外墙面的总面积（包括该朝向上的窗、阳台门和透明部分的总面积）之比 。4.2 热阻计算4.2.1 单一层材料热阻R=/ 式中：R：材料层的热阻（m2K / W）；：材料层的厚度（m）；：材料的导热系数（W/mK）。建筑材料导热系数：（W/mK）（表4）材料种类导热系数材料种类导热系数材料种类导热系数钢筋混凝土1.74水泥沙浆0.93铝237碎石、卵石混凝土(p0=2300kg/m3)1.51石灰水泥沙浆0.87铝合金160碎石、卵石混凝土(p0=2100kg/m3)1.28石灰沙浆0.81建筑钢材58.2加气混凝土(p0=700kg/m3)0.22石灰石膏沙浆0.76不锈钢17加气

24、混凝土(p0=500kg/m3)0.19保温沙浆0.29三元乙丙0.25重砂浆砌筑粘土砖墙体0.81玻璃钢型材0.30聚氯乙稀0.16轻砂浆砌筑粘土砖墙体0.76平板玻璃0.76聚铣胺0.25矿棉、岩棉(p0=70以下kg/m3)0.05建筑玻璃1.0PVC0.43矿棉、岩棉(p0=70-120kg/m3)0.045尼龙66+25%玻纤0.30花岗石3.494.2.2 多层围护结构材料热阻R=R1+R2+Rn 式中：R1、R2、Rn各种材料层的热阻（m2K / W）。4.2.3 围护结构材料热阻R0=Ri+R+Re式中：R0：围护结构的热阻（m2K / W）Ri：内表面换热阻（m2K / W）

25、R：围护结构的热阻（m2K / W）Re：外表面换热阻（m2K / W）表面换热系数和换热阻(表5)适用季节内表面特征i：（W /m2K）Ri：（m2K / W）冬季和夏季墙面、地面、表面平整或有肋状突出物的顶棚，当h/s0.37.60.13适用季节外表面特征e：（W /m2K）Re：（m2K / W）冬季外墙、屋顶与室外空气直接接触的表面23.00.04与室外空气相通的不采暖地下室上面的楼板17.00.06闷顶、外墙上有窗的不采暖地下室上面的楼板12.00.08外墙上无窗的不采暖地下室上面的楼板6.00.17夏季外墙和屋顶19.00.054.2.4 空气间层热阻封闭空气门层的热阻值(表6)位

26、置、热流状态及材料特征冬季状况夏季状况间层厚度(mm)间层厚度(mm)51020304050605102030405060一般空气间层热流向下（水平、倾斜）0.100.140.170.180.190.200.200.090.120.150.150.160.160.15热流向上（水平、倾斜）0.100.140.150.160.170.170.170.090.110.130.130.130.130.13垂直空气间层0.100.140.160.170.180.180.180.090.120.140.140.150.150.15例：求6+12A+5中空玻璃的传热系数K值解：查表得内表面换热阻Ri=0.

27、11 m2K / W 冬季外表面换热阻Re=0.04 m2K / W 夏季外表面换热阻Re=0.05 m2K / W 冬季12mm空气层热阻R空=0.144 m2K / W 夏季12mm空气层热阻R空=0.124 m2K / W冬季热阻R0=Ri+R1 +R空+R2+Re= 0.11+0.005/0.76+0.144+0.006/0.76+0.04=0.30847夏季热阻R0=Ri+R1 +R空+R2+Re= 0.11+0.005/0.76+0.124+0.006/0.76+0.05=0.29847冬季传热系数K=1/R0= 1/0.30847=2.82 W/ m2K夏季传热系数K=1/R0=

28、 1/0.29847=2.87 W/ m2K例2：求5+12A+5+12A+5中空玻璃的传热系数K值解：查表得内表面换热阻Ri=0.11 m2K / W 冬季外表面换热阻Re=0.04 m2K / W 夏季外表面换热阻Re=0.05 m2K / W 冬季12mm空气层热阻R空=0.144 m2K / W 夏季12mm空气层热阻R空=0.124 m2K / W冬季热阻R0=Ri+R1 +R空+R2 +R空+R3+Re= 0.11+0.005/0.76+0.144+0.005/0.76+0.144+0.005/0.76+0.04=0.45774夏季热阻R0=Ri+R1 +R空+R2+R空+R3+R

29、e= 0.11+0.005/0.76+0.124+0.005/0.76+0.124+0.005/0.76+0.05=0.42774冬季传热系数K=1/R0= 1/0.45774=1.8 W/ m2K夏季传热系数K=1/R0= 1/0.42774=1.85W/ m2K通风良好的空气间层，其热阻可不考虑，这种空气间层的间层温度可取进行气温度，表面换热系数可取12（m2K / W）4.3 建筑物体型系数对保温K值的要求4.3.1 影响建筑物热损失的因素Q=Q0+QV=AKt+CVt=AKt+C(Vin/3600)t=AKt+ (Vin/3)t式中：Q：建筑物热损失量（W）Q0：外围护结构的热损失量（

30、W）QV：通风的热损失量（W）A:外围护结构表面积总和()K：外围护结构表面的传热系数（W /m2K）t：室内外温差C：空气比热（kj/kgK） ：空气密度 （kg /m3）(工程上常用C值取1.2kj/m3K计算) V：通风率（m 3/s） Vi：为封闭空间的体积 n:为每小时换气量从上式可知建筑物的热损失与外围护结构的总面积、传热系数K值、室内外温差、建筑物体积有密切关系，当体积不变，改变几何尺寸可得到不同的总表面积，这样外围护结构的热损失量也就不同，为此提出了体形系数A/ Vi要求。4.3.2 建筑物表面积与体积的关系Q=Q0+QV=AKt+ (Vin/3)tQ/t =AK + Vin/

31、3Q/（tVi ）=AK/ Vi +n/3从AK/ Vi不难看出，此项量的大小不但取决于K值，且受A/ Vi既体形系数的制约，因此建筑物体形系数越大，单位建筑面积对应的外表面面积越大，传热损失越大，为此K值要求越小。4.4 建筑物窗墙面积比对门窗保温K值的要求 由于窗和墙的传热系数K值相差较大，故对窗墙面积的不同比例，对窗的K值有不同的要求，窗墙面积比越大，对窗的K值要求越小，以减少热量损失。4.5 “气密性能”对窗的保温性能的影响保温K值的测得是 “在对试件缝隙进行密封处理”后测得的，为此保温窗必须有二个指标要求，既传热系数K值和气密性能等级。下面用计算数据来说明：Q=Q1+Q2=K（Ti-

32、T0）A+q（Ti-T0）A=（K+q）（Ti-T0）A式中：Q：窗的总热损失（W）Q1：窗的热传导热损失（W）Q2：窗的密封性能热损失（W）K：窗的传热系数（W /m2K）q：单位面积的缝隙热损失（W /m2K）Ti：室内温度T0：室外温度A：窗的面积（）俗话说：“针大的眼，斗大的风”，因单位面积的缝隙而造成的热损失q是不可忽视的。q=C式中：C：空气比热（千焦/千克K） ：空气密度 （千克/米3） ：漏气量（米3/米2秒） 工程上常用C值取1.2千焦/米3K例：若窗的气密性能为6级，既在10Pa压差下其漏气量4.5（m3/m2h）,则缝隙的热损失量为：q=12004500/3600=1.5

33、(J/S) /m2K=1.5W/m2K，如果窗的K=2.5W/m2K，实际加上缝隙热损失则为1.5+2.5=4.0 W/m2K。这是在室内外压差在10Pa的情况下得出的数据，如果在建筑物的高层上，压差大于10Pa时，漏气量还会更大，这充分说明了在严寒和寒冷地区的设计过程中必须按传热系数K值和气密性能等级要求进行。综上所述，对严寒和寒冷地区的门窗在设计过程中如何正确选择保温K值和气密性能，减少热量损失尤其重要。在实际工作中，一是建筑设计在节能计算书或设计图纸中直接提出了门窗保温K值和气密性能等级的要求，在设计过程中按要求留有余地进行设计；二是建筑设计在设计中对门窗保温K值和气密性能等级的要求不全

34、或没有要求时，在设计过程中要求建筑设计提供相应的要求或数据，依据国家标准和地方标准进行设计，同时也要留有余地。在门窗保温K值和气密性能等级选择时要注意建筑体形系数、窗墙比、朝向等，要直接用数据提出要求，不要用等级提出要求，如若用等级提出要求时，必须要高于一个等级，才能保证最低值达到要求。四、寒冷和严寒地区门窗节能解决方案1 门窗用玻璃的选择玻璃是非金属材料，导热系数0.8-1（W/mK），远远低于金属，窗玻璃厚度一般为4-6mm，自身热阻非常小几乎可以忽略不计，但占整窗面积65%-75%的窗玻璃传热量则是窗节能的关键，在寒冷和严寒地区门窗玻璃需要有较高的采光能力同时要有较好的保温性能，为此玻璃

35、宜采用高透光的无色透明玻璃，通过中空玻璃或真空玻璃来实现；不宜采用镀膜玻璃或玻璃贴膜，而减少光照。玻璃结构有单层玻璃，双层中空玻璃，三玻双层中空玻璃，真空玻璃等。1.1 中空玻璃是对两片或多片玻璃以有效支撑隔开并周边粘接密封，使玻璃层间形成有干燥气体空间，具有节能、隔音功能的玻璃制品。1.1.1中空玻璃的节能原理，是对中空玻璃辐射传递、传导传递、对流传递的三种方式的能量传递过程进行控制，实现节能。辐射传递是能量通过射线以辐射的形式进行的传递，这种射线包括可见光、红外线和紫外线等的辐射。合理配置的中空玻璃基片和间隔层厚度，可以最大限度的降低能量通过辐射形式的传递，从而降低能量损失。传导传递是通过

36、物体分子的运动，带动能量进行运动，而达到的传递目的。中空玻璃对能量的传导传递是过玻璃和其他内部的介质气体来完成的。对流传递是由于在玻璃的两侧具有温度差，造成空气在冷的一面下降而在热的一面上升，产生空气的对流，而造成能量的交换。主要包括玻璃与周边的框架系统的密封不良造成窗框内外的气体能够直接进行交换产生对流，导致能量的损失；中空玻璃内部空间结构设计的不合理，导致中空玻璃内部的气体因温差的作用产生对流，带动能量进行交换，从而产生能量的流失；构成整个系统的窗的内外温差较大，致使中空玻璃内外温差也较大，空气借助冷辐射和热传导作用，首先在中空玻璃的两侧产生对流，然后通过中空玻璃整体传递过去，形成能量的流

37、失。合理的中空玻璃设计，可以降低气体的对流，从而降低能量的对流损失。辐射传递占整个能量传递的约60%，其数值取决于两片玻璃内表面的温度差和间隔层气体的辐射率；传导传递占整个能量传递的约37%，其数值取决于玻璃气体间隔层的厚度和玻璃板面尺寸的大小；对流传递占整个能量传递的约3%，其数值取决于玻璃气体间隔层的厚度和温度。1.1.2 合理选择中空玻璃基片玻璃的厚度：基彼玻璃是组成中空玻璃的主要材料，玻璃厚度与玻璃热阻的乘积和中空玻璃的传热系数有着直接的联系，当玻璃厚度增加时，必然会增大该片玻璃对热量传递的阻挡能力，从而降低整个中空玻璃系统的传热系数。从下二个表可以看出增加玻璃厚度对降低中空玻璃的传达

38、室热影响很小。不同厚度单层玻璃的传热系数（表7）玻璃厚度3mm5 mm6 mm12 mm19 mm传热系数K( W/ m2K)5.85.755.75.54.86玻璃厚度变化与传热系数的关系数据（表8）序号玻璃厚度（mm）传热系数K( W/ m2K)15mm无色透明玻璃+12A（空气）+5 mm无色透明玻璃2.8426mm无色透明玻璃+12A（空气）+6mm无色透明玻璃2.8338mm无色透明玻璃+12A（空气）+8 mm无色透明玻璃2.80410mm无色透明玻璃+12A（空气）+10 mm无色透明玻璃2.771.1.3适当加大中空玻璃的板面尺寸：从能量传递传导方式来看，加大中空玻璃的板面尺寸，

39、可以减少中空玻璃单位面积通过中空玻璃边部间隔层边框系统的热损失，从而降低整个中空玻璃系统的传热系数，提高中空玻璃整体隔热节能效果。1.1.4 选用合理中空玻璃密封系统：中空玻璃密封系统由间隔条、干燥剂、密封胶等组成，其作用是将双片玻璃之间通过间隔条有效支撑隔开，形成有效的干燥气体空间，达到保温的目的。间隔条有铝隔条、塑料隔条、不锈钢隔条：密封胶有聚硫胶和丁基胶；密封方式有单道密封和双道密封等。密封胶和干燥剂性能的好坏对中空玻璃的使用寿命影响较大；而间隔条和密封胶的热传导性能的好坏直接影响中空玻璃边部的隔热性能，从而影响中空玻璃的整体节能性能。中空玻璃的间隔条不同、密封方式不同、检测位置不同其传

40、热系数不同，详见下表中空玻璃密封系统不同的传热系数K( W/ m2K)（表9）玻璃中央玻璃边缘边缘密封综合值双道密封弹性硅硐胶隔条2.972.913.382.86单道密封不锈钢U型间隔条2.973.064.052.92双道密封不锈钢U型间隔条2.973.074.132.94单道密封铝带/丁基胶合成胶条2.793.164.572.79双道密封铝隔条2.793.565.193.08中空玻璃边部密封系统的传热系数K( W/ m2K)（表10）密封形式双封铝条热融丁基/U型Swiggle/铝隔带不锈钢Swiggle传热系数K( W/ m2K)10.84.433.061.361.1.5 根据气体性质选择

41、合理的气体间隔层厚度：中空玻璃间隔层常用厚度为6A、9A、12A、15A和16A等。通过气体间隔层厚度的控制，使中空玻璃内部形成紊态气流的传热，昼控制气体的冷热气体相互干扰或者说使其上升与下降的气流互相干扰来控制产生对流传热。从下表可以看出气体层隔层厚度与传热系数的大小有直接关系，在相同条件下，气体间隔层越大，传热阻越大，但气体层的厚度达到一定程度后，传热阻的增长率就很小了，因这当气体层厚度达到一定程度后，气体在玻璃之间温差的作用下就会产生一定的对流过程，从而减低了气体层增厚的作用。双层玻璃传热系数与隔条宽度的关系（表11）隔条宽度（mm）691215182124传热系数K( W/ m2K)2

42、.732.762.482.512.522.482.391.1.6 选择合适的气体类别并确保充气量：中空玻璃内部充填的气体除空气之外，在中空玻璃的内部充入的惰性气体（气体填充量90%），可以有效提高中空玻璃的隔热、隔音性能。由于充入的的导热系数很低，（空气0.024 W/ m2K；氩气0.016 W/ m2K；氪气；六氟化硫），因此大大提高了中空玻璃的热阻性能。详见下表：中空玻璃气体间隔层厚度、类别与传热系数的关系数据（表12）序号玻璃厚度（mm）传热系数K( W/ m2K)充气量（体积百分比）15mm无色透明玻璃+6A（空气）+5 mm无色透明玻璃3.2725mm无色透明玻璃+6A（氩气）+5

43、 mm无色透明玻璃3.0490%以下35mm无色透明玻璃+6A（氪气）+5 mm无色透明玻璃2.7790%以下45mm无色透明玻璃+9A（空气）+5 mm无色透明玻璃3.005mm无色透明玻璃+9A（氩气）+5 mm无色透明玻璃2.8290%以下5mm无色透明玻璃+9A（氪气）+5 mm无色透明玻璃2.6190%以下5mm无色透明玻璃+12A（空气）+5 mm无色透明玻璃2.845mm无色透明玻璃+12A（氩气）+5 mm无色透明玻璃2.6990%以下5mm无色透明玻璃+12A（氪气）+5 mm无色透明玻璃2.5990%以下5mm无色透明玻璃+16A（空气）+5 mm无色透明玻璃2.735mm

44、无色透明玻璃+16A（氩气）+5 mm无色透明玻璃2.6290%以下5mm无色透明玻璃+16A（氪气）+5 mm无色透明玻璃2.6190%以下5mm无色透明玻璃+18A（空气）+5 mm无色透明玻璃2.735mm无色透明玻璃+18A（氩气）+5 mm无色透明玻璃2.6290%以下5mm无色透明玻璃+18A（氪气）+5 mm无色透明玻璃2.6190%以下1.2 真空玻璃是指将两片或两片以上玻璃四周用玻璃钎焊料密封，中间抽真空，真空层厚为0.1-0.2mm，其中有规则的的微小支撑物来承受大气压力以保持间隔的玻璃制品。由于结构不同，真空玻璃与中空玻璃的传热机理也不同，真空玻璃中心部位传热由辐射传热和

45、支撑物传热构成，其中忽略了残余气体传热，而中空玻璃则由气体传热（包括传导和对流）和辐射传热构成，为此具有更好的保温性能。其传热系数详见下表（表13）真空玻璃品种普通Low-e半钢和钢化Low-e 中空+真空玻璃传热系数K( W/ m2K)2.30.6-0.90.2-0.60.1-0.51.3 综合上述论述，可根据下表给出了常用玻璃的传热系数K值进行选择，供设计时参考（表14）玻璃品种传热系数K( W/ m2K)单片透明玻璃5mm5.756mm5.712 mm5.5中空透明玻璃5+12空气+52.86+12空气+62.85+12氩气+52.76+12氩气+6 2.66+12氩气+6暖边（泰诺风）

46、2.14+6空气+4+6空气+42.34+9空气+4+9空气+41.94+12空气+4+12空气+41.84+12氩气+4+12氩气+41.7真空透明玻璃N4+V+N4+ A 9+T51.8N4+V+L4+ A 9+T50.8T5+A6+N3+V+L3+ A 9+T50.72 门窗用型材的选择及结构对寒冷和严寒地区门窗应选用强度高，导热系数低、耐候性能强的玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）型材。玻璃钢型材具有轻质高强的优良性能（详见下表），其拉伸强度是铝合金的二倍，接近于钢材，比强度是钢或铝的四倍，为此玻璃钢门窗不需增加钢衬，就有足够的抗压、抗折、不变形、不弯曲等抗变形强度保证了门窗性能需要。由于具有

47、如此好的强度，可以抵遇因寒冷温差而导致的热胀冷缩变形，弥补了塑钢门窗强度低易变形的缺点。可在寒冷、严寒、台风多发区使用。项目单位玻璃钢铝合金PVC钢密度1000Kg/m31.72.91.57.8拉伸强度Mpa38815050420弯曲弹性模量Mpa2090070000196020600比强度 220533653玻璃钢型材的与其它型材比较相对较低（见下表），从导热系数上比铝合金降低了43%；比PVC塑料降低了30%；比钢材降低了99.3%，玻璃钢型材采用了三腔的保温空腔结构，不用内置钢衬而影响玻璃钢型材的导热系数，所以玻璃钢型材是最佳的门窗保温材料，经实测玻璃型材框的保温K值在0.8-1.2（W

48、/m2K）。项目单位玻璃钢铝合金隔热型材PVC钢导热系数W/m.0.300.530.4358.2玻璃钢型材属热固性塑料，树脂交联后即形成三维网状分子结构，变成不熔不溶体，既使受热也不会熔化，热变形温度为200，耐高温。玻璃钢型材随着温度的下降，分子运动减速，分子间距离缩小并逐步固定在一定的位置上，分子间引力加中，所以低温不变形，并具有不吸水等特点（祥见下表），在冷热温差变化较大环境下，不易与建筑物及玻璃之间产生缝隙，保证尺寸稳定，可大大提高玻璃钢门窗的密封性能。项目单位玻璃钢铝合金PVC钢耐热性热变形温度200耐高温维卡软化温度83耐冷性低温下强度提高无低温脆性脆化=-40吸水性不吸水不吸水0

49、.8(100,24h)从保温角度，型材断面最好设计为多腔型材，腔壁垂直于热流方向分布。因为型材内的多道腔壁对通过的热流起到多重阻隔作用，腔内传热（对流、辐射、传导）相应被削弱。特别是辐射传热强度随腔体数量增加而成倍减少。同时多腔结构可以实现排水、隔热、增强三个功能。腔数增加传热系数降低，但不是绝对的，腔体达到三腔后，传热系数变化就不明显了，为此型材腔体在3-4腔为最佳节能腔体。而现行的玻璃钢型材腔体随着拉挤技术的不断成熟，现在已经能够实现三腔型材和四腔型材。3 门窗玻璃周边的密封及结构门窗玻璃的周边对寒冷和严寒地区是保温的一个薄弱环节，结露和结霜都出现此处，究其产生原因一是组成中空玻璃的框边材

50、料及密封效果；二是玻璃与窗框之间的腔体间的处理；三是玻璃与框之间的密封，以此为途径解决渗透和热传导带来的热量交换及渗漏造成的对流放热损失。中空玻璃采用暖边双道密封来保证，再这里就不再重述。玻璃周边与玻璃钢框间的空隙采用类似H型的三元乙丙包条式结构，一可以实现二腔或三腔，形成间隔来阻断冷热空气交换和渗透，二是保证玻璃与框之间弹性接触，防止玻璃因硬接触而破损。也可以采用在玻璃周边与玻璃钢框间的空隙内灌注聚氨脂发泡剂来保证腔体的密封和保温。门窗的玻璃与玻璃钢框室内侧采用了三元乙丙胶条进行了密封，室外侧采用中性密封胶进行密封，三元乙丙胶条和中性密封胶具有较强耐候性和抗老化能力，较长的使用寿命保证了门窗的长期密封性能。三元乙丙(EPDM )密封条是乙烯、丙烯及少量第三单体的共聚物，因具有如下表的优异物理化学性能，可以做到与门窗同寿命。4 门窗开启扇的密封与