前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的节能门窗发展办法论述，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
作者：杨辉 杨闯 郭兴忠 杨庭贵 单位：浙江大学 浙江加兰节能科技股份有限公司
推拉窗推拉窗无论在开、关状态下均不占用额外的空间，并且生产工艺简单、使用方便快捷，开窗面积为窗框总面积的1/2，但无论采用哪种材料制作推拉窗，窗扇与窗框间不可避免存有一定的间隙，室内外冷热空气对流造成较大热损失。为提高推拉窗隔热性能，设计生产人员安装和改进了密封毛条，但随着时间的延长，在使用过程中，密封毛条表面磨损，空气对流逐步加大，节能效果不断降低。针对推拉窗密封性差的缺点，李海洋[1]研究了塑料推拉窗的密封问题，分别分析了框与扇间、扇与扇间、纱扇与扇间的密封条的设计与选用。毕建光等[2]分析了无框推拉窗的应用前景，由于无框推拉窗省去窗扇的框结构，采用厚度较大的玻璃或双层玻璃，通过特殊的粘贴工艺进行密封，具有采光性、密封性好的优点。近年来，发展了改进型推拉折叠窗，在多个窗扇连接处安装滑轮，可将多个窗扇推至一侧折叠，开启时提高通风面积，闭合时提高气密性（见图1）。通过这种结构，可在一定程度上提高推拉窗的节能性能，但节能效果有限。为满足更高气密性要求，近来设计发明了平行推拉上悬窗，通过使用图2所示的零件将门窗扇与门窗框连接起来，开启时，门窗扇整体离开门窗框平面，通过上述特制零件在导轨内滑动，闭合时，整个门窗扇同时压在框材上，借此提高推拉窗的气密性，从而提升推拉窗的节能效果。
平开窗和固定窗平开窗分内开、外开2种。窗扇与窗框之间均使用橡胶密封压条，在窗扇关闭后紧压橡胶密封压条，门窗气密性良好。固定窗通过密封处理后，很难形成空气对流，具有很好的水密性和气密性。因此，平开窗与固定窗的热量损失主要是玻璃和框扇型材本身的热传导和辐射散热。近年来，为进一步提升平开窗与固定窗保温隔热等节能性能，不断改进原材料，选用热导率低的门窗型材、较低辐射系数的玻璃系统及性能更加优秀的五金件和密封条是新型节能门窗制作的发展方向。胡庆华等[3]分析美式平开窗特点，与欧式平开窗开启方式不同，美式平开窗一般采用摇窗器开启，窗扇可以停留在任意位置。并且窗扇无把手，关窗时无需将手伸出窗外，因此可以安装固定式纱窗扇，进一步提高门窗密封性能。孙波[4]分析了外开平开窗摩擦铰链的受力情况，从窗扇位移、开启角度、窗扇高度和宽度等方面研究摩擦铰链受力，总结影响铰链使用寿命的因素，以此提高平开窗使用年限。除以上几种门窗结构外，上悬窗、平开上悬、旋转窗和中悬窗等也是国内外比较常见的门窗结构。随着设计水平的进步和使用需求的提高，多种门窗结构及开启方式将不断开发，以满足不同的气候及施工条件下各种节能建筑的需求。
节能门窗关键材料及技术
门窗主要由窗框、玻璃、密封条及其它配套材料制作而成，各部分材料性能的优劣都直接影响门窗整体节能效果。
1窗框材料目前我国使用最广泛的节能门窗主要有塑钢门窗、木质门窗和铝合金门窗等。
1.1塑钢门窗塑钢门窗是以聚氯乙烯（PVC）树脂为主要原料，加上一定比例的稳定剂、着色剂、填充剂、紫外线吸收剂等，经挤出成型材，同时为增强型材的刚性，需在型材空腔内填加钢衬。塑钢门窗防火性能略差，燃烧时会有毒气排放，在防火要求条件比较高的情况下，不适合使用。并且塑钢门窗容易老化、变色、龟裂，影响使用寿命。针对塑钢门窗的不足，黄国波[5]用马来酸接枝顺丁橡胶共混改性聚氯乙烯，并加入硬脂酸锌，改性后的PVC复合型材断裂强度比顺丁橡胶/聚氯乙烯复合型材提高了50%。此外，针对PVC材料阻燃性能和抗紫外线性能的提升，科研人员也进行了大量的研究。苏虎[6]使用水滑石/锡酸锌改性的PVC材料，并研究其燃烧性能，研究发现采用水滑石制备PVC复合材料，可提高PVC材料阻燃抑性能烟近50%。除了改进塑料本身使用性能外，为进一步提高塑钢门窗保温性能，对塑钢门窗型材设计和选材提出更高的要求。首先，增大型材厚度、壁厚及增加腔数。2010年德国纽伦堡国际幕墙展览会中展出的8腔3道密封胶的塑料型材，通过增加腔室来分隔空气层，如图3所示。其次，采用发泡材料填充型材空腔。从而减少空气对流，大幅提高门窗保温性能。并且通过更换增强衬材降低型材传热能力。
1.2木质门窗我国传统门窗几乎都是采用木材作为原料。随着塑料门窗和铝合金门窗的兴起，保温性能和力学性能都不好的木质门窗逐步被市场淘汰。但近十几年，我国部分企业从欧洲引进最新技术和装备，使用集成木材制作门窗框扇。新型木质门窗起步高，虽然引进时间不长，但近年一直与国外先进水平同步发展。集成材木质门窗力学强度高、导热系数低、制作工艺先进。并且木材环保、可再生。集成材木质门窗在发达国家的市场占有率达30%，而在我国，由于其生产成本较高，仅应用于高档门窗。使用木材制作高档门窗，需将木材进行切割、干燥除菌、胶合等预处理，制作集成木材后才能作为原材料用于门窗生产。陈泽军等[7]先后用硫酸铝和水玻璃溶液处理速生材杉木木材，处理后木材尺寸稳定性显著提高，抗收缩系数可达34.21，稳定系数达80%以上。张玉萍和傅峰[8]研究了杉木、杨树、巨桉等6种人工林木材的胶合性能，通过测试不同木材胶合后力学性能和木材破损率，研究不同胶粘剂对木材胶合性能的影响。
1.3铝合金门窗铝合金门窗于20世纪70年代进入我国，80年代后得到迅速发展。到90年代中期，随着人们节能意识提高，保温性能良好的塑钢门窗发展迅速，铝合金门窗的发展受到一定阻碍。随后，断桥技术的推广使用弥补了铝合金导热系数高的不足。断桥技术原理是利用塑料隔热条，将室内外两层铝合金既隔开又紧密连接成一个整体，构成一种新的隔热型的铝型材，解决了铝合金传导散热快的问题。这种创新结构设计，兼顾了塑料和铝合金2种材料的优势，同时满足装饰效果、门窗强度及耐老化性能的多种要求。为进一步提升断桥铝合金门窗节能性能，在设计生产中，增大塑料隔热条宽度，并且在隔热条之间空腔填充发泡材料。此外，为增强视觉美感、扩大应用范围，近年来专业人员设计铝木复合门窗，在断桥铝合金门窗室内侧安装木制板，从而提高门窗保温性能，并且木质纹理起到良好的装饰作用。
1.4其它材质门窗杨连飞[9]采用竹集成制作门窗，经分析测试，相比现有节能门窗，竹质门窗的节能性能及经济性均有一定优势。杨辉等[10]采用由废旧塑料及木材加工废料制作而成的木塑复合材料制作门窗，探索具有成本低、性能好、环保等优点的木塑节能门窗的制作工艺，降低现有节能门窗生产成本，拓展应用范围。并尝试采用竹木基复合材料取代钢材作为塑料门窗内衬，或取代木材作为断热桥铝合金门窗内衬材料。采用此种方法制作的门窗，可在保持门窗良好节能性能的同时，降低生产成本，并且通过回收利用废弃材料，提高环保性能[11-12]。目前，结合不同气候条件、民俗风格、传统观念、建筑元素，将现代门窗设计、性能要求与传统风格相结合，开发多种可供选择、经济适用的门窗体系，已成为村镇建筑门窗新的发展方向。#p#分页标题#e#
2玻璃材料玻璃约占窗户面积的80%，通过玻璃的热量散失主要有热辐射和热传导。因此，玻璃的选用对窗户的节能效果有很大影响。普通透明玻璃能透过90%以上的太阳辐射。目前在节能门窗中广泛使用的为Low-E玻璃和中空玻璃，就是分别从热辐射和热传导2个方面减小热量散失。Low-E玻璃又称低辐射玻璃，是在玻璃表面镀上多层金属或其它化合物组成的膜系产品。其镀膜层具有对可见光高透过及对中远红外线高反射的特性。中空玻璃是一种良好的隔热、隔声、美观适用的新型建筑材料。使用高强度高气密性复合粘结剂，将玻璃片与内含干燥剂的铝合金框架粘结而制成的中空玻璃，具有高效隔声隔热性能。为达到更好的保温隔热效果，将2种技术复合使用，采用Low-E玻璃制作中空玻璃，并在玻璃间充氩气或氦气，可进一步提高玻璃的节能性能。高反射薄膜和密封胶性能的优劣直接决定Low-E玻璃和中空玻璃的节能性能。此外，中空玻璃空隙间距和玻璃层数也对玻璃隔热性能有较大影响。提高可见光透射性的同时降低红外光的反射能力，并且降低玻璃导热系数是节能玻璃未来的发展趋势。国内外针对节能玻璃各项性能有大量的研究。ElinHammarberg和ArneRoos[13]为提高Low-E玻璃的可见光透射能力，在玻璃表面涂覆SiO2薄膜，通过测试，采用这种薄膜使得Low-E的可见光透射率提高9.8%。GangXu和PingJin[14]研究在VO2薄膜的节能玻璃上涂覆ZrO2薄膜，使得可见光透过率从原来的33%提高到50.5%。鞠明祥[15]在玻璃基片上沉积TiNx/SiO2/Ag/SiO2复合膜制作Low-E玻璃，实验结果显示各薄膜厚度为（20nm）TiNx（/20nm）SiO2（/10nm）Ag（/20nm）SiO2时，玻璃的性能达到最高，可见光透射比为78%，辐射率0.11。郅晓[16]采用喷雾热解法在玻璃基板上分别制备了F、Sb掺杂的SnO2薄膜及F、Sb同时掺杂的SnO2低辐射透明导电薄膜，对传统玻璃进行表面改性研究，制备具有低辐射、防雾、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，在中间20mm的空隙中用2种不同的薄膜将空气分隔成（6mm+6mm+6mm）3个半封闭的空气层，对这种内置遮阳膜的中空玻璃的热工性能进行了研究。为提高现有建筑门窗节能性能，作者认为应大力发展普通玻璃透明涂膜技术，研究隔热粉体表面改性和隔热料浆制备工艺，探索透明隔热涂料现场简易涂装技术并确定操作规范。在现有建筑门窗表面上涂覆隔热涂料，以便快捷有效对既有建筑门窗进行节能改造。
3密封条及其它配套材料密封材料与五金件作为门窗结构中不可缺少的部分，其性能的优劣直接影响门窗密封性能、使用性能和年限，因而对门窗的节能性和经济性有重要意义。门窗框扇之间的密封主要有2种形式：毛条密封和胶条密封。推拉窗一般采用毛条密封，而平开窗采用胶条密封。目前广泛使用的密封胶条为三元乙丙橡胶，具有耐老化，耐腐蚀性好的优点。五金配件是各类门窗上所不可缺少的部件之一，它的优劣直接影响门窗的整体质量以及使用性能。特别是门窗的气密性能、水密性能和抗风压性能与所用五金配件的质量有着直接的关系。密封胶条和五金件的制作工艺简单、技术成熟，但随着新形势下对节能门窗各项性能的要求不断提高，对密封胶条和五金件的设计、制作和安装也提出了新的标准。针对密封胶条和五金件制作时环保性、节能性及使用时抗老化性、耐候性，需要今后继续更加深入的研究。
节能门窗及遮阳技术
在夏季建筑能耗中，由太阳辐射引起的负荷占很大的比重，遮阳系统可弥补节能门窗难以完全遮挡太阳辐射的不足。建筑遮阳是为了避免阳光直射室内，防止建筑物的外围护结构吸收过量太阳辐射，从而防止产生局部过热和眩光，以及保护物品而采取的一种必要的建筑措施[18]。从设立位置分类，建筑遮阳可分为内遮阳、外遮阳及中遮阳系统。作为夏季建筑隔热中既经济，又有效的措施，遮阳系统能够吸收和反射大部分的太阳辐射，减少进入室内的太阳辐射热量，从而大大降低夏季室内的空调能耗。除大型建筑外遮阳系统外，可在节能门窗中设计安装小型遮阳装置，配合节能门窗一起使用，降低通过门窗的热辐射，形成节能门窗-遮阳系统一体化。从而进一步提升门窗的节能效果。此外，还可通过对遮阳装置的智能控制，实现室内环境舒适化、节能化和智能化的统一。李跃群[19]选取研究建筑模型和确定模拟条件，然后采用实验测试和数据模拟法等研究方法，讨论遮阳构件对室内自然通风影响的具体表现，并通过对实验和模拟结果的对比和分析，总结遮阳构件对建筑室内自然通风的影响规律。刘甜甜[20到]分别以公共建筑和居住建筑为对象，采用玻璃本体遮阳和建筑外遮阳2种方式，运用Dest模拟软件，分析了北京地区不同朝向、不同遮阳系数对建筑综合节能率的影响规律，对玻璃遮阳和建筑外遮阳产品的选择具有指导意义。张连飞[21]利用Energyplus和Rediance模拟软件，分析了天津地区不同遮阳形式对建筑节能和室内采光的影响，分析了几种常见遮阳形式的综合能效，有助于在建筑设计中选择合适的遮阳措施。田智华[22]通过理论计算和小型实物测试，总结建筑遮阳节能效果实测技术。AnaI等[23]将大型遮阳装置与水热系统结合起来，在遮阳板内排布管道，将遮阳装置吸收的太阳能用于加热，为室内居住者提供热水。经计算，4.5m2的遮阳加热装置，在20年的使用周期内，根据里斯本地区气候条件，可减少二氧化碳排放量8.6t，有效降低能量损耗。为满足室内视野需求和自然采光需求，节能门窗不能完全阻挡太阳辐射，需要依靠遮阳辅助降低通过辐射进入室内热量。为综合考虑节能门窗保温、采光及遮阳装置阻挡辐射等性能，节能门窗-遮阳系统一体化成为今后建筑节能行业一个重要的发展方向。AthanassiosTzempelikos等[24]认为遮阳系统应与门窗系统综合考虑，在室内采光和减小太阳辐射间寻求平衡。针对遮阳装置型式、性能和夏季建筑制冷与室内照明能耗进行模拟测量和分析。结果显示，若使用智能遮阳控制系统，并结合室内灯光可调系统，建筑能耗可进一步降低。孔凡营等[25]设计发明了绝热型双层窗户，在同一个建筑外窗洞口上安装外层窗户和内层窗户，2个窗框用加强筋连接成一体，以提高整个窗户的抗风压性能；在外层窗户和内层窗户间空腔内安装内置保温帘和内置遮阳帘，提高整个窗户的保温性能。陈振基和黄彦文[26]发明了有外遮阳卷帘装置的幕墙系统，将遮阳卷帘的收纳装置与幕墙系统一体设计，具有明框幕墙的装饰效果。使用时，卷帘布放置在室外遮阳，阻拦部分太阳光能量的传递，降低太阳光透射率。王伟旵[27]将遮阳百叶设计安装在中空玻璃中，通过转轴、翻转轮等机构控制遮阳百叶角度。王金友[28]将风速传感器和雨传感器设计安装在遮阳系统控制器中。这样，在风速过大和雨天环境中，将自动收起遮阳蓬，从而在恶劣环境下保护遮阳棚，延长其使用寿命。杨辉等[29]发明了智能门窗遮阳一体化装置，如图4所示，将遮阳百叶设计安装在中空玻璃中，并且安装光敏传感器。使门窗遮阳一体化装置可根据光线强弱自动控制遮阳百叶收起、展开及转向角度，在遮阳挡热和室内采光需求间取得平衡。#p#分页标题#e#
节能门窗热模拟技术
随着计算机科学技术的发展，采用各种计算机软件对门窗各项性能进行模拟分析可大幅提高设计效率，降低投资成本、缩短试验周期，并通过模拟不同气候、室内外条件，而摆脱地域限制，促进门窗行业的发展。国外针对门窗及建筑热模拟发展较早，目前已有多款性能成熟的软件，广泛应用于建筑设计与节能评估领域，如美国的DOE系列、THERM、EnergyPlus及英国的Energy2等。我国建筑热模拟起步晚，但发展迅速，由清华大学研发的DeST建筑模拟软件得到众多专业设计人员的认可。方珊珊[30]利用基于DOE-2的高级版模拟软件eQUEST，对北京、长沙和深圳地区建筑外窗的经济性及节能性进行了分析，总结各地区门窗玻璃热工性能对建筑能耗的影响规律和外窗朝向及窗墙比的适宜范围。马晔等[31]人为寻求降低公共建筑能耗，采用DeST模拟北京地区门窗朝向、玻璃类型对公共建筑能耗的影响规律。龚春城[32]通过数值计算，模拟门窗等建筑围护结构的节能性能。EnedirGhisi等[33]提出理想门窗的概念，认为节能门窗应该同时考虑自然采光和人工照明的能量需求和损耗，运用VisualDOE软件模拟计算10种不同尺寸房间采光照明损耗。在照明强度为5000lux时，实验中Leeds地区不同尺寸房间的能耗降低幅度为10.8%~44%。RijalH.B等[34]利用场分析，通过ESP-r模拟研究开窗对室内热环境舒适度和建筑能耗的影响。MiyazakiT等[35]采用半透明的太阳能电池制作门窗，利用玻璃的半透光性作为门窗遮阳系统，通过EnergyPlus软件模拟综合分析建筑能耗、室内采光和所产生的电量之间的联系。DariushArasteh[36]通过THERM模拟，更换保温性能优异的材料，设计制作节能性更加突出的节能门窗，提出零能耗门窗的概念。计算机模拟技术将是推动节能门窗领域发展的一个手段，如何提高模拟结果与实测结果的符合度是模拟技术需要始终面对的问题。更加精准的算法优化、更符合实际情况的参数设置和更详细环境因素的综合考虑，有助于进一步提升计算机模拟技术的准确性。随着人们对节能门窗产品要求的不断提升，门窗设计的复杂程度不断加深，计算机模拟技术作为门窗设计的重要手段，将迎来更加迅速的发展。
结论
“十二五”是我国实现节能减排战略目标的重要阶段，节能门窗进研发和推广使用，将极大推动我国建筑节能的发展，促进我国能源节约型社会建设。目前节能门窗行业发展日渐成熟，但仍需进一步提升节能门窗保温性能，优化门窗结构设计，研发和选用具有更好保温性和耐久性的材料和配件；整合节能门窗、遮阳系统等建筑节能技术，实现节能门窗-遮阳一体化，并且综合考虑室内热环境舒适度、视觉舒适度和能量消耗，实现门窗与遮阳系统的智能控制；因地制宜地研发新型环保节能材料，推广村镇用经济节能门窗产品；研究制备可现场涂覆的保温隔热涂料，对现有建筑门窗进行节能改造；进一步加深计算机模拟技术的研究，提升门窗节能设计的准确性。随着门窗性能研究的深入，并且节能降耗意识的不断强化和各项政策的落实，节能门窗将会迎来更大的发展，发挥更加重要的作用。
