前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的節能門窗發展辦法論述，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
作者：楊輝 楊闖 郭興忠 楊庭貴 單位：浙江大學 浙江加蘭節能科技股份有限公司
推拉窗推拉窗無論在開、關狀態下均不占用額外的空間，并且生產工藝簡單、使用方便快捷，開窗面積為窗框總面積的1/2，但無論采用哪種材料制作推拉窗，窗扇與窗框間不可避免存有一定的間隙，室內外冷熱空氣對流造成較大熱損失。為提高推拉窗隔熱性能，設計生產人員安裝和改進了密封毛條，但隨著時間的延長，在使用過程中，密封毛條表面磨損，空氣對流逐步加大，節能效果不斷降低。針對推拉窗密封性差的缺點，李海洋[1]研究了塑料推拉窗的密封問題，分別分析了框與扇間、扇與扇間、紗扇與扇間的密封條的設計與選用。畢建光等[2]分析了無框推拉窗的應用前景，由于無框推拉窗省去窗扇的框結構，采用厚度較大的玻璃或雙層玻璃，通過特殊的粘貼工藝進行密封，具有采光性、密封性好的優點。近年來，發展了改進型推拉折疊窗，在多個窗扇連接處安裝滑輪，可將多個窗扇推至一側折疊，開啟時提高通風面積，閉合時提高氣密性（見圖1）。通過這種結構，可在一定程度上提高推拉窗的節能性能，但節能效果有限。為滿足更高氣密性要求，近來設計發明了平行推拉上懸窗，通過使用圖2所示的零件將門窗扇與門窗框連接起來，開啟時，門窗扇整體離開門窗框平面，通過上述特制零件在導軌內滑動，閉合時，整個門窗扇同時壓在框材上，借此提高推拉窗的氣密性，從而提升推拉窗的節能效果。
平開窗和固定窗平開窗分內開、外開2種。窗扇與窗框之間均使用橡膠密封壓條，在窗扇關閉后緊壓橡膠密封壓條，門窗氣密性良好。固定窗通過密封處理后，很難形成空氣對流，具有很好的水密性和氣密性。因此，平開窗與固定窗的熱量損失主要是玻璃和框扇型材本身的熱傳導和輻射散熱。近年來，為進一步提升平開窗與固定窗保溫隔熱等節能性能，不斷改進原材料，選用熱導率低的門窗型材、較低輻射系數的玻璃系統及性能更加優秀的五金件和密封條是新型節能門窗制作的發展方向。胡慶華等[3]分析美式平開窗特點，與歐式平開窗開啟方式不同，美式平開窗一般采用搖窗器開啟，窗扇可以停留在任意位置。并且窗扇無把手，關窗時無需將手伸出窗外，因此可以安裝固定式紗窗扇，進一步提高門窗密封性能。孫波[4]分析了外開平開窗摩擦鉸鏈的受力情況，從窗扇位移、開啟角度、窗扇高度和寬度等方面研究摩擦鉸鏈受力，總結影響鉸鏈使用壽命的因素，以此提高平開窗使用年限。除以上幾種門窗結構外，上懸窗、平開上懸、旋轉窗和中懸窗等也是國內外比較常見的門窗結構。隨著設計水平的進步和使用需求的提高，多種門窗結構及開啟方式將不斷開發，以滿足不同的氣候及施工條件下各種節能建筑的需求。
節能門窗關鍵材料及技術
門窗主要由窗框、玻璃、密封條及其它配套材料制作而成，各部分材料性能的優劣都直接影響門窗整體節能效果。
1窗框材料目前我國使用最廣泛的節能門窗主要有塑鋼門窗、木質門窗和鋁合金門窗等。
1.1塑鋼門窗塑鋼門窗是以聚氯乙烯（PVC）樹脂為主要原料，加上一定比例的穩定劑、著色劑、填充劑、紫外線吸收劑等，經擠出成型材，同時為增強型材的剛性，需在型材空腔內填加鋼襯。塑鋼門窗防火性能略差，燃燒時會有毒氣排放，在防火要求條件比較高的情況下，不適合使用。并且塑鋼門窗容易老化、變色、龜裂，影響使用壽命。針對塑鋼門窗的不足，黃國波[5]用馬來酸接枝順丁橡膠共混改性聚氯乙烯，并加入硬脂酸鋅，改性后的PVC復合型材斷裂強度比順丁橡膠/聚氯乙烯復合型材提高了50%。此外，針對PVC材料阻燃性能和抗紫外線性能的提升，科研人員也進行了大量的研究。蘇虎[6]使用水滑石/錫酸鋅改性的PVC材料，并研究其燃燒性能，研究發現采用水滑石制備PVC復合材料，可提高PVC材料阻燃抑性能煙近50%。除了改進塑料本身使用性能外，為進一步提高塑鋼門窗保溫性能，對塑鋼門窗型材設計和選材提出更高的要求。首先，增大型材厚度、壁厚及增加腔數。2010年德國紐倫堡國際幕墻展覽會中展出的8腔3道密封膠的塑料型材，通過增加腔室來分隔空氣層，如圖3所示。其次，采用發泡材料填充型材空腔。從而減少空氣對流，大幅提高門窗保溫性能。并且通過更換增強襯材降低型材傳熱能力。
1.2木質門窗我國傳統門窗幾乎都是采用木材作為原料。隨著塑料門窗和鋁合金門窗的興起，保溫性能和力學性能都不好的木質門窗逐步被市場淘汰。但近十幾年，我國部分企業從歐洲引進最新技術和裝備，使用集成木材制作門窗框扇。新型木質門窗起步高，雖然引進時間不長，但近年一直與國外先進水平同步發展。集成材木質門窗力學強度高、導熱系數低、制作工藝先進。并且木材環保、可再生。集成材木質門窗在發達國家的市場占有率達30%，而在我國，由于其生產成本較高，僅應用于高檔門窗。使用木材制作高檔門窗，需將木材進行切割、干燥除菌、膠合等預處理，制作集成木材后才能作為原材料用于門窗生產。陳澤軍等[7]先后用硫酸鋁和水玻璃溶液處理速生材杉木木材，處理后木材尺寸穩定性顯著提高，抗收縮系數可達34.21，穩定系數達80%以上。張玉萍和傅峰[8]研究了杉木、楊樹、巨桉等6種人工林木材的膠合性能，通過測試不同木材膠合后力學性能和木材破損率，研究不同膠粘劑對木材膠合性能的影響。
1.3鋁合金門窗鋁合金門窗于20世紀70年代進入我國，80年代后得到迅速發展。到90年代中期，隨著人們節能意識提高，保溫性能良好的塑鋼門窗發展迅速，鋁合金門窗的發展受到一定阻礙。隨后，斷橋技術的推廣使用彌補了鋁合金導熱系數高的不足。斷橋技術原理是利用塑料隔熱條，將室內外兩層鋁合金既隔開又緊密連接成一個整體，構成一種新的隔熱型的鋁型材，解決了鋁合金傳導散熱快的問題。這種創新結構設計，兼顧了塑料和鋁合金2種材料的優勢，同時滿足裝飾效果、門窗強度及耐老化性能的多種要求。為進一步提升斷橋鋁合金門窗節能性能，在設計生產中，增大塑料隔熱條寬度，并且在隔熱條之間空腔填充發泡材料。此外，為增強視覺美感、擴大應用范圍，近年來專業人員設計鋁木復合門窗，在斷橋鋁合金門窗室內側安裝木制板，從而提高門窗保溫性能，并且木質紋理起到良好的裝飾作用。
1.4其它材質門窗楊連飛[9]采用竹集成制作門窗，經分析測試，相比現有節能門窗，竹質門窗的節能性能及經濟性均有一定優勢。楊輝等[10]采用由廢舊塑料及木材加工廢料制作而成的木塑復合材料制作門窗，探索具有成本低、性能好、環保等優點的木塑節能門窗的制作工藝，降低現有節能門窗生產成本，拓展應用范圍。并嘗試采用竹木基復合材料取代鋼材作為塑料門窗內襯，或取代木材作為斷熱橋鋁合金門窗內襯材料。采用此種方法制作的門窗，可在保持門窗良好節能性能的同時，降低生產成本，并且通過回收利用廢棄材料，提高環保性能[11-12]。目前，結合不同氣候條件、民俗風格、傳統觀念、建筑元素，將現代門窗設計、性能要求與傳統風格相結合，開發多種可供選擇、經濟適用的門窗體系，已成為村鎮建筑門窗新的發展方向。#p#分頁標題#e#
2玻璃材料玻璃約占窗戶面積的80%，通過玻璃的熱量散失主要有熱輻射和熱傳導。因此，玻璃的選用對窗戶的節能效果有很大影響。普通透明玻璃能透過90%以上的太陽輻射。目前在節能門窗中廣泛使用的為Low-E玻璃和中空玻璃，就是分別從熱輻射和熱傳導2個方面減小熱量散失。Low-E玻璃又稱低輻射玻璃，是在玻璃表面鍍上多層金屬或其它化合物組成的膜系產品。其鍍膜層具有對可見光高透過及對中遠紅外線高反射的特性。中空玻璃是一種良好的隔熱、隔聲、美觀適用的新型建筑材料。使用高強度高氣密性復合粘結劑，將玻璃片與內含干燥劑的鋁合金框架粘結而制成的中空玻璃，具有高效隔聲隔熱性能。為達到更好的保溫隔熱效果，將2種技術復合使用，采用Low-E玻璃制作中空玻璃，并在玻璃間充氬氣或氦氣，可進一步提高玻璃的節能性能。高反射薄膜和密封膠性能的優劣直接決定Low-E玻璃和中空玻璃的節能性能。此外，中空玻璃空隙間距和玻璃層數也對玻璃隔熱性能有較大影響。提高可見光透射性的同時降低紅外光的反射能力，并且降低玻璃導熱系數是節能玻璃未來的發展趨勢。國內外針對節能玻璃各項性能有大量的研究。ElinHammarberg和ArneRoos[13]為提高Low-E玻璃的可見光透射能力，在玻璃表面涂覆SiO2薄膜，通過測試，采用這種薄膜使得Low-E的可見光透射率提高9.8%。GangXu和PingJin[14]研究在VO2薄膜的節能玻璃上涂覆ZrO2薄膜，使得可見光透過率從原來的33%提高到50.5%。鞠明祥[15]在玻璃基片上沉積TiNx/SiO2/Ag/SiO2復合膜制作Low-E玻璃，實驗結果顯示各薄膜厚度為（20nm）TiNx（/20nm）SiO2（/10nm）Ag（/20nm）SiO2時，玻璃的性能達到最高，可見光透射比為78%，輻射率0.11。郅曉[16]采用噴霧熱解法在玻璃基板上分別制備了F、Sb摻雜的SnO2薄膜及F、Sb同時摻雜的SnO2低輻射透明導電薄膜，對傳統玻璃進行表面改性研究，制備具有低輻射、防霧、光催化多功能Low-E玻璃。夏磊[17]采用2片5mm白玻制作中空玻璃，在中間20mm的空隙中用2種不同的薄膜將空氣分隔成（6mm+6mm+6mm）3個半封閉的空氣層，對這種內置遮陽膜的中空玻璃的熱工性能進行了研究。為提高現有建筑門窗節能性能，作者認為應大力發展普通玻璃透明涂膜技術，研究隔熱粉體表面改性和隔熱料漿制備工藝，探索透明隔熱涂料現場簡易涂裝技術并確定操作規范。在現有建筑門窗表面上涂覆隔熱涂料，以便快捷有效對既有建筑門窗進行節能改造。
3密封條及其它配套材料密封材料與五金件作為門窗結構中不可缺少的部分，其性能的優劣直接影響門窗密封性能、使用性能和年限，因而對門窗的節能性和經濟性有重要意義。門窗框扇之間的密封主要有2種形式：毛條密封和膠條密封。推拉窗一般采用毛條密封，而平開窗采用膠條密封。目前廣泛使用的密封膠條為三元乙丙橡膠，具有耐老化，耐腐蝕性好的優點。五金配件是各類門窗上所不可缺少的部件之一，它的優劣直接影響門窗的整體質量以及使用性能。特別是門窗的氣密性能、水密性能和抗風壓性能與所用五金配件的質量有著直接的關系。密封膠條和五金件的制作工藝簡單、技術成熟，但隨著新形勢下對節能門窗各項性能的要求不斷提高，對密封膠條和五金件的設計、制作和安裝也提出了新的標準。針對密封膠條和五金件制作時環保性、節能性及使用時抗老化性、耐候性，需要今后繼續更加深入的研究。
節能門窗及遮陽技術
在夏季建筑能耗中，由太陽輻射引起的負荷占很大的比重，遮陽系統可彌補節能門窗難以完全遮擋太陽輻射的不足。建筑遮陽是為了避免陽光直射室內，防止建筑物的外圍護結構吸收過量太陽輻射，從而防止產生局部過熱和眩光，以及保護物品而采取的一種必要的建筑措施[18]。從設立位置分類，建筑遮陽可分為內遮陽、外遮陽及中遮陽系統。作為夏季建筑隔熱中既經濟，又有效的措施，遮陽系統能夠吸收和反射大部分的太陽輻射，減少進入室內的太陽輻射熱量，從而大大降低夏季室內的空調能耗。除大型建筑外遮陽系統外，可在節能門窗中設計安裝小型遮陽裝置，配合節能門窗一起使用，降低通過門窗的熱輻射，形成節能門窗-遮陽系統一體化。從而進一步提升門窗的節能效果。此外，還可通過對遮陽裝置的智能控制，實現室內環境舒適化、節能化和智能化的統一。李躍群[19]選取研究建筑模型和確定模擬條件，然后采用實驗測試和數據模擬法等研究方法，討論遮陽構件對室內自然通風影響的具體表現，并通過對實驗和模擬結果的對比和分析，總結遮陽構件對建筑室內自然通風的影響規律。劉甜甜[20到]分別以公共建筑和居住建筑為對象，采用玻璃本體遮陽和建筑外遮陽2種方式，運用Dest模擬軟件，分析了北京地區不同朝向、不同遮陽系數對建筑綜合節能率的影響規律，對玻璃遮陽和建筑外遮陽產品的選擇具有指導意義。張連飛[21]利用Energyplus和Rediance模擬軟件，分析了天津地區不同遮陽形式對建筑節能和室內采光的影響，分析了幾種常見遮陽形式的綜合能效，有助于在建筑設計中選擇合適的遮陽措施。田智華[22]通過理論計算和小型實物測試，總結建筑遮陽節能效果實測技術。AnaI等[23]將大型遮陽裝置與水熱系統結合起來，在遮陽板內排布管道，將遮陽裝置吸收的太陽能用于加熱，為室內居住者提供熱水。經計算，4.5m2的遮陽加熱裝置，在20年的使用周期內，根據里斯本地區氣候條件，可減少二氧化碳排放量8.6t，有效降低能量損耗。為滿足室內視野需求和自然采光需求，節能門窗不能完全阻擋太陽輻射，需要依靠遮陽輔助降低通過輻射進入室內熱量。為綜合考慮節能門窗保溫、采光及遮陽裝置阻擋輻射等性能，節能門窗-遮陽系統一體化成為今后建筑節能行業一個重要的發展方向。AthanassiosTzempelikos等[24]認為遮陽系統應與門窗系統綜合考慮，在室內采光和減小太陽輻射間尋求平衡。針對遮陽裝置型式、性能和夏季建筑制冷與室內照明能耗進行模擬測量和分析。結果顯示，若使用智能遮陽控制系統，并結合室內燈光可調系統，建筑能耗可進一步降低?？追矤I等[25]設計發明了絕熱型雙層窗戶，在同一個建筑外窗洞口上安裝外層窗戶和內層窗戶，2個窗框用加強筋連接成一體，以提高整個窗戶的抗風壓性能；在外層窗戶和內層窗戶間空腔內安裝內置保溫簾和內置遮陽簾，提高整個窗戶的保溫性能。陳振基和黃彥文[26]發明了有外遮陽卷簾裝置的幕墻系統，將遮陽卷簾的收納裝置與幕墻系統一體設計，具有明框幕墻的裝飾效果。使用時，卷簾布放置在室外遮陽，阻攔部分太陽光能量的傳遞，降低太陽光透射率。王偉旵[27]將遮陽百葉設計安裝在中空玻璃中，通過轉軸、翻轉輪等機構控制遮陽百葉角度。王金友[28]將風速傳感器和雨傳感器設計安裝在遮陽系統控制器中。這樣，在風速過大和雨天環境中，將自動收起遮陽蓬，從而在惡劣環境下保護遮陽棚，延長其使用壽命。楊輝等[29]發明了智能門窗遮陽一體化裝置，如圖4所示，將遮陽百葉設計安裝在中空玻璃中，并且安裝光敏傳感器。使門窗遮陽一體化裝置可根據光線強弱自動控制遮陽百葉收起、展開及轉向角度，在遮陽擋熱和室內采光需求間取得平衡。#p#分頁標題#e#
節能門窗熱模擬技術
隨著計算機科學技術的發展，采用各種計算機軟件對門窗各項性能進行模擬分析可大幅提高設計效率，降低投資成本、縮短試驗周期，并通過模擬不同氣候、室內外條件，而擺脫地域限制，促進門窗行業的發展。國外針對門窗及建筑熱模擬發展較早，目前已有多款性能成熟的軟件，廣泛應用于建筑設計與節能評估領域，如美國的DOE系列、THERM、EnergyPlus及英國的Energy2等。我國建筑熱模擬起步晚，但發展迅速，由清華大學研發的DeST建筑模擬軟件得到眾多專業設計人員的認可。方珊珊[30]利用基于DOE-2的高級版模擬軟件eQUEST，對北京、長沙和深圳地區建筑外窗的經濟性及節能性進行了分析，總結各地區門窗玻璃熱工性能對建筑能耗的影響規律和外窗朝向及窗墻比的適宜范圍。馬曄等[31]人為尋求降低公共建筑能耗，采用DeST模擬北京地區門窗朝向、玻璃類型對公共建筑能耗的影響規律。龔春城[32]通過數值計算，模擬門窗等建筑圍護結構的節能性能。EnedirGhisi等[33]提出理想門窗的概念，認為節能門窗應該同時考慮自然采光和人工照明的能量需求和損耗，運用VisualDOE軟件模擬計算10種不同尺寸房間采光照明損耗。在照明強度為5000lux時，實驗中Leeds地區不同尺寸房間的能耗降低幅度為10.8%~44%。RijalH.B等[34]利用場分析，通過ESP-r模擬研究開窗對室內熱環境舒適度和建筑能耗的影響。MiyazakiT等[35]采用半透明的太陽能電池制作門窗，利用玻璃的半透光性作為門窗遮陽系統，通過EnergyPlus軟件模擬綜合分析建筑能耗、室內采光和所產生的電量之間的聯系。DariushArasteh[36]通過THERM模擬，更換保溫性能優異的材料，設計制作節能性更加突出的節能門窗，提出零能耗門窗的概念。計算機模擬技術將是推動節能門窗領域發展的一個手段，如何提高模擬結果與實測結果的符合度是模擬技術需要始終面對的問題。更加精準的算法優化、更符合實際情況的參數設置和更詳細環境因素的綜合考慮，有助于進一步提升計算機模擬技術的準確性。隨著人們對節能門窗產品要求的不斷提升，門窗設計的復雜程度不斷加深，計算機模擬技術作為門窗設計的重要手段，將迎來更加迅速的發展。
結論
“十二五”是我國實現節能減排戰略目標的重要階段，節能門窗進研發和推廣使用，將極大推動我國建筑節能的發展，促進我國能源節約型社會建設。目前節能門窗行業發展日漸成熟，但仍需進一步提升節能門窗保溫性能，優化門窗結構設計，研發和選用具有更好保溫性和耐久性的材料和配件；整合節能門窗、遮陽系統等建筑節能技術，實現節能門窗-遮陽一體化，并且綜合考慮室內熱環境舒適度、視覺舒適度和能量消耗，實現門窗與遮陽系統的智能控制；因地制宜地研發新型環保節能材料，推廣村鎮用經濟節能門窗產品；研究制備可現場涂覆的保溫隔熱涂料，對現有建筑門窗進行節能改造；進一步加深計算機模擬技術的研究，提升門窗節能設計的準確性。隨著門窗性能研究的深入，并且節能降耗意識的不斷強化和各項政策的落實，節能門窗將會迎來更大的發展，發揮更加重要的作用。
