【建筑节能】塑料门窗在建筑节能中的作用
〔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PVC塑料门窗与加快旧窗节能改造是促进建筑节能有效措施。一、国内外建筑门窗近20年发展变化 1.1 欧洲20世纪80年代门窗市场占有率：塑料门窗占40%，铝门窗占15%，木门窗占42%，，其他门窗占3%。到20世纪90年代，木门窗下降到40%，铝门窗下降到11%，塑料门窗上升到47%，其它门窗占2%。2002年欧洲门窗市场共销售1亿樘（每樘窗约1.69m2），其中：木窗占29.4%，塑料窗占42.2%，铝窗占24.3%，木铝窗占3.1%，其它窗占1.0%。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年代门窗市场占有率：铝窗占58%，木窗占40%，塑料窗占2%。到20世纪90年代铝窗占31%，木窗占49%，塑料窗占20%。2002年美国住宅门窗市场总量为6100万樘（美国的门窗市场分住宅门窗及非住宅门窗市场），在住宅门窗市场中：塑料窗占46%，木窗占40.5%，铝窗占11.5％，其它窗占2%。近20年美国门窗市场塑料窗占有率从2％上升到46％。 国外建筑门窗近20年发展变化可以看出：欧洲、美洲建筑门窗市场近20年变化是塑料门窗逐渐占主要份额，其次是木门窗、铝门窗，同时结合各类门窗的特点向复合材料门窗发展（如：塑铝门窗、木铝门窗等）。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/（m2·K），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）。在欧洲、美洲建筑门窗市场中塑、铝、木窗将长期共存。 1.2 我国1985年建筑门窗市场占有率：钢门窗占63.4％，铝门窗占4.8％，塑料门窗占0.3％，木门窗及其他门窗占31.5％。1995年钢门窗占39.1％，铝门窗占33.8％，塑料门窗占11.2％，木门窗及其他门窗占15.9％。2000年钢门窗占13.4％，铝门窗占40.4％，塑料门窗占25.5％，木门窗及其他门窗占20.7％。2002年塑料门窗在全国新建建筑市场占有率为35％。我国改革开放20年来，为改善国民的住房条件，不断扩大城市住宅建设规模，进行了住房制度改革，实现了住房商品化。城市人均住房面积从1987年的7m2扩大到2000年的17.2m2。住宅工程建设占建筑门窗市场总量的72％。住宅建设规模扩大，建筑节能和居室环境标准提高，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。《建设部建筑节能“十五”计划纲要》要求全面推行《民用建筑节能管理规定》，严寒和寒冷地区2001年前大中城市全面执行，2002年底前小城市普遍执行，2005年底各县城均予推行。夏热冬冷地区大中城市2001年10月1日起执行《夏热冬冷地区新建居住建筑节能设计标准》，2003年小城市普遍执行，2005年各县城均予执行。《夏热冬暖地区新建居住建筑节能设计标准》2003年大中城市开始执行，2005年小城市普遍执行，2007年各县城均予推行。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。二、各类建筑门窗建筑节能效果分析 2.1 门窗框扇用材建筑门窗选用的型材材质不同、型材结构不同，其保温性能差别很大，常用窗框材料的导热系数见表1。表1 常用窗框材料的导热系数 w/（m2·k）窗框材料 钢材 铝合金 PVC PA 松木 玻璃钢导热系数 58.2 203 0.16 0.23 0.17 0.52 ①塑料窗框的传热： PVC塑料窗框传热系数与窗框型材结构设计有关，不同结构窗框具有不同的保温性能。目前大多选用三腔结构和四腔结构的窗框设计。三腔结构的PVC塑料门窗框传热系数为1.9 W/（m2·K），四腔结构的PVC塑料门窗框传热系数为1.7W/（m2·K）。 ②普通铝合金窗框的传热铝合金与PVC塑料的导热系数相差约1270倍，但在铝合金窗框型材截面中贯通内外表面的金属实体部分所占比例很小，因此对整个窗框的保温性能影响程度降低。由热力学公式计算出普通三腔结构铝合金窗框的传热系数在6.2W/(m2·K)。 ③断热铝合金窗框传热断热铝合金型材的传热方式相当于两块金属之间由导热系数较小的断热桥和空气间隙联结。这种型材结构设计，大大降低了窗框的传热系数，由热力学公式计算出断热铝合金窗框的传热系数在3.75W/(m2·k)。由以上数据看出，同样为三腔结构的PVC塑料门窗型材、断热铝合金型材、普通铝合金型材他们的传热系数分别为：1.9W/（m2·K）、3.75 W/（m2·K）、6.2 W/（m2·K）。 2.2 玻璃 玻璃面积约占整窗面积的65％～70%，不同类型的玻璃，传热系数差别很大，玻璃的选用对门窗的保温性能起着重要的作用表2 不 同 玻 璃 的 传 热 系 数玻 璃 类 型 玻璃结构（mm） 传热系数K w/（m2·k）单层玻璃 － 6.2 双层中空玻璃 5×9×5 3.26 5×12×5 3.11 三层中空玻璃 5×9×5×9×5 2.22 5×12×5×12×5 2.08 Low－E中空玻璃 5×12×5 1.71 2.3 密封建筑门窗的保温性能与门窗的密封性能有密切的关系，空气渗透性能差的门窗，造成通风热损失大。保温性能良好的塑料窗空气渗透性能达到q0≤0.5m3/(m·h)，平开窗通常为两层密封结构，中间形成一个空气保温腔，三层密封的平开窗有效阻止空气渗透，保温性能优于两层密封。我国《民用建筑节能设计标准》规定在1～6层建筑中气密性不低于q0≤2.5m3/(m·h)，7～30层建筑中气密性q0≤1.5m3/(m·h)。据测算当窗户气密性为1.5m3/(m·h)时，保温系数K值将增大0.48W/（m2·K）。PVC塑料平开窗气密性优于铝合金窗可达到q1≤0.5m3/(m·h)，保温系数K值仅增大0.16W/（m2·K）。 2.4 常用各种窗户节能效果 ①各种窗户的传热系数表3 各种窗户的传热系数 W/（m2·K）窗框材料 普通铝合金窗 断热桥铝合金窗 PVC塑料窗窗框传热系数 6.2 3.75 1.9 窗框面积比％ 30 30 35 单玻 K=6.2 6.2 5.46 4.7 双层中空玻璃（5+9+5） K=3.26 4.14 3.4 2.78 双层中空玻璃（5+12+5） K=3.11 4.04 3.3 2.70 Low-E中空玻璃（5+12+5） K=1.71 3.06 2.32 1.78 ②各种窗户的节能效果从表3“各种窗户传热系数表”可以比较各种窗户的节能性能优劣，PVC塑料窗好于断热铝合金窗，断热铝合金窗好于普通铝合金窗。常用的各种窗户节能效果见表4。表4 常用各种窗户节能效果窗户 玻璃 窗框（扇）面积比％ 传热系数W/（m2·K） 节能效果％普通铝合金窗 单玻 30％ 6.2 0 （5＋9＋5）双层中空玻璃 4.14 33.3 （5＋12＋5）Low-E中空玻璃 3.06 50.7 断热桥铝合金窗 单玻 30％ 5.46 12 （5＋9＋5）双层中空玻璃 3.3 46.8 （5＋12＋5）Low-E中空玻璃 2.32 62.6 PVC塑料窗 单玻 35％ 4.7 24.2 （5＋9＋5）双层中空玻璃 2.78 55.2 （5＋12＋5）Low-E中空玻璃 1.78 71.3 ③从建筑门窗生产能耗比较，生产同样重量的PVC塑料的能耗是生产钢的1/4.5，生产铝的1/8.8。而且从建筑门窗的当前价格比较，同样性能的窗户，PVC塑料窗价格为断热桥铝合金窗的2/3。因此，无论从性能价格比以及我国当前消费水平，大力推广中空玻璃塑料窗对我国建筑节能和能源利用都具有现实意义。同时也佐证了欧美发达国家建筑门窗近20年的发展仍然是塑料门窗为主，塑、铝、木窗共同发展。推动各国建筑门窗结构变化的因素有一个永恒的主题――建筑节能，各国根据本国的资源、地域、文化等因素发展节能门窗，只有不断创新，不断改进材料、工艺、技术，才能使建筑门窗健康发展。三、塑料门窗的创新与发展 3.1 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/（m2·K），有的达到1.1～1.2W/（m2·K）。我国是能耗大国，随着国民经济的发展，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）。 3.2 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。2001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。 |
