建筑门窗的优化设计

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建筑门窗保温性能的基本原理是减少门窗框的热传导能量损失、采光玻璃辐射和传导损失等，具体的优化设计内容包括：

1门窗框的合理设计

框架作为门窗的重要组成部分，起到支撑的作用，常见的门窗框材料有金属型材、非金属型材和复合型材等，金属型材和非金属型材的热工特性具有很大的差别，其中材料的导热系数是形成这些材料热传能力差别的主要影响因素，据了解，铝、钢、PVC塑料、木材、玻璃钢的导热系数分别为203W/m•K、58W/m•K、0.14W/m•K、0.20-0.28W/m•K、0.4-0.5W/m•K，而试验表明导热系数越大，材料的传热能力就越强，因此从保温的角度，门窗框的型材断面，要尽量设计成多腔型材，并让热流方向垂直分布于腔壁，型材的腔壁数量增加之后，阻隔热流的作用就越强，腔内的对流、辐射和导热等就能够降低。金属框架传热的减少，需要用非金属材料作为断热桥，为金属型材作断热处理，或者将非金属型材和带腔金属制成复合型材，同时加大非金属型材的厚度，提高型材的热阻。除此之外，门窗框的材料科选择PVC塑料型材、铝合金断热桥窗框材料、玻璃钢型材等低导热系数材料，从根本上对金属门窗框热传导热量损失进行改善。

2改善门窗玻璃保温性能

玻璃相比于金属材料，热传导系数仅有0.8-1.0W/m•K，厚度为3-6mm，热传量为65%-75%，在玻璃质量方面提高门窗保温性能，具有较大的操作空间。（1）单玻相比于双玻和三玻，后两者的保温性能更高，因此可以从玻璃结构的角度，将单玻改成双玻和三玻，以形成密闭的空气层，提高玻璃的热阻水平，也就是说，保温性能和玻璃的厚度没有直接关系，只有玻璃的空气层厚度改变之后才会改变。（2）玻璃当中加入镀膜，以降低玻璃之间的辐射传热。根据实验显示，中空玻璃加入辐射膜之后，明显改善了热工性能，相比于普通中空玻璃，后者的热传系数为3.0-3.1，而前者降低到1.7-2.3。如果低辐射中空玻璃当中的空气层厚度为12mm，即PVC塑料窗和铝合金断热窗的标准，传热系数基本能够满足北方严寒区域的门窗保温需求。（3）控制中空玻璃铝隔条对传热的影响，这种材料是良导体，会提高中空玻璃的传热强度，据试验，中空玻璃的铝隔条长度和中空玻璃面积的比值P增大之后，铝隔条的传热比重随着增大。因此，中空玻璃的铝隔条要尽量埋设在门窗框的沟槽内部，减少在空气中的暴露面积，同时尽可能选择P值比较小的中空玻璃。

3合理设计门窗框的比例

门窗框的比例是门窗框的表面和门窗面积的比值，该比值和门窗立面设计、表面积、门窗面积有直接关系，一般比例为25%-35%，在门窗框比例改变之后，门窗框的感热面和放热面也随着改变。如果金属型材门窗的框断面尺寸太大，会对门窗保温性能产生不利影响，因此在满足门窗基本功能的前提下，要控制门窗立面的分割，大断面的金属型材不适合作为面积较小的门窗。另外，还要增加玻璃层数和玻璃之间空气层厚度的距离，可以采用镀膜玻璃，提高玻璃热阻。总之，门窗框比例的合理设计，直接影响门窗的保温性能，尽管相关的比例大小与业主的实际需求相关，但在设计的时候，仍然需要尽量趋向于节能环保方向。

综上所述，住宅采暖过程中，门窗的传热热损失和空气渗透热损失，大约占所有能耗的50%左右，建筑门窗保温性能的基本原理是减少门窗框的热传导能量损失、采光玻璃辐射和传导损失等，需要对其进行优化设计，一方面是合理设计门窗框，从根本上对金属门窗框热传导热量损失进行改善，另一方面是改善门窗玻璃保温性能，以及合理设计门窗框的比例，以全面实现门窗的保温节能，减少建筑门窗装修的成本。（本文作者：金烽、曹叶成 单位：华汇工程设计集团股份有限公司）