建筑應如何配置門窗

一．門窗的組成

構成窗戶的材料包括：

a．窗框材料包括構成窗戶主體的框材料、扇材料等；

b．五金件包括指手、連接件、傳動件等等；

c．輔助材料包括壓條、密封條、玻璃墊塊，對于PVC型材來說，還要包括襯鋼等材料；

d．玻璃，包括各種可以使用的平、彎玻璃，透明或者不透明的玻璃等等；

e．從建筑外維護角度來看，構成門窗系統的材料還包括窗框填縫材料如巖棉、泡末等密

封材料；

二．認識的誤區

    一段時期以前，人們對窗戶的認識停留在遮風擋雨及采光功能上，但是隨著建筑節能

產品應用技術的推廣，對門窗節能的要求也越來越高，優異門窗、節能門窗應運而生，所

有門窗又全部向節能門窗靠攏。普遍認為，只要門窗采用隔熱材料，那么生產的門窗一定

的節能門窗，其實這種認識是錯誤的;

三．門窗節能工作原理

    安裝在建筑上的門窗，主要的功能是在獲得足夠采光功能條件下，需要時控制門窗在

有太陽光照射時合理得到熱量，而在沒有太陽照射時減少熱量流失。

1.影響門窗獲得能量的因素

影響窗戶獲得太陽熱能力的因素有幾個，他們包括

1)窗戶的位置和方向；

2)窗戶產品的設計(窗戶孔道的數量)

3)使用的玻璃種類4)內部和外部陰影的數量。下面分別敘述：

a．位置和方向

    窗戶朝向太陽方向靠前位因素是從太陽得熱,雖然任何方向都可以得到天空中的陽光漫

射熱。在冬季，正午天空中太陽升的較低，使陽光可以通過南面的窗戶進入室內，見圖1。

這些太陽熱獲得可以幫助減少冬天的室內加熱費用。在夏季正午，當太陽生到非常高的時候，

非常少的陽光直接照射到南面的窗戶上，（見圖2)，太陽光以如此低的角度照射到窗上，基

本被反射回去了。遮雨蓬或者適當的屋檐遮蔽在南面窗戶上，可以使窗戶得到較小的得熱，

即使將來也是如此。適當放置，這樣的遮陽蓬在冬季不會影響陽光得熱的。夏天，朝西的沒

有遮蔽的窗戶往往會得到過多的熱量，在一個較小的范圍，朝東向的窗戶，令人滿意的落葉

樹木將減少夏天的陽光得熱而允許冬天熱獲得。

b．窗戶設計

    窗戶的設計和熱獲得系數也將是衡量窗戶得熱能力的關系。一個具有寬的窗框和使用豎

框或者格柵隔開成許多小窗戶的窗，具有很少的玻璃面積獲得太陽能，與此形成對照的是，

在洞口中使用薄的窗框材料以及一個大的玻璃，與窗框比較，具有非常大的玻璃比例，將允許

較多的太陽光進入室內。（見圖3）

c.玻璃選擇

    玻璃層的數量也會影響陽光得熱，例如在相同面積情況下，使用三層中空玻璃窗較使用

單層玻璃窗可以減少20%的陽光獲得；兩層中空玻璃大約減少10%的陽光獲得（見圖4）。

鍍膜玻璃和彩色玻璃也不同，白玻傳遞較多的太陽能進入建筑，彩色玻璃和特殊隔熱的Low-E

玻璃較白玻可以減少1/3以上的陽光獲得。例如，玻璃面積相同，使用雙層Low-E中空玻璃較

使用雙層白玻中空玻璃的窗戶可以減少20%的陽光進入室內（見圖24）。不同種類的Low-E鍍

膜玻璃對陽光獲得的影響也不同，分別適合于南方和北方地區，起不同的作用。

d．陽光遮蔽

    窗戶遮蔽，可以從室內的窗簾、帷幔或者外部風景如樹等都可以影響陽光獲得的數量。在

冬季陽光明媚的時間，將窗簾打開，允許盡可能多的陽光進入室內。記住，在房間周圍種植的

樹木和灌木種類對冬季陽光獲得具有潛在的影響。在房間的南面，選擇落葉樹而且具有少的分

枝，這樣可以在夏天具有陽光遮蔽而秋天落葉后允許太陽光通過。

2．影響門窗熱損失的因素

    有幾種方法可以影響通過窗戶結構熱流失的速率，這些方法遵循基本自然定律：熱能往往

是從暖的一面流向冷的一面，構成能量損失的主要因素。我們能夠通過合理配置，將這個過程

減慢。在窗戶上的能量傳遞方式主要是：輻射傳遞、對流傳遞、傳導傳遞，另外空氣滲漏也是

窗戶能量損失的重要組成部分。

a．輻射、對流和傳導傳遞

    窗戶上中空玻璃室內側單片玻璃吸收了熱量，熱量移動到冷的外面玻璃上并釋放到外面。

通過玻璃（以輻射形式）、通過分開兩片玻璃的間隔層材料和邊部的密封條、窗框（以傳導形

式）、通過兩片玻璃中間氣體的運動（以對流形式）以及通過開啟扇、窗框結構（以空氣滲漏

形式）在窗戶上發生（見圖）。窗戶中通過玻璃的輻射熱損失占窗戶總的熱損失的2/3左右，因

為普通的玻璃很容易發射熱到冷的表面（具有高的發射率）。將玻璃表面的發射率降低可以減

少玻璃的輻射傳熱即使用Low-E玻璃可以減少輻射傳熱。窗戶上的傳導損失主要是通過中空玻璃

邊部和窗框發生的，通過改進邊部材料，使用更絕緣的邊部密封材料如采用Swiggle暖邊密封系

統和隔熱窗框材料，以及改進門窗型材設計可以有效地減少這些熱損失。對流熱損失主要在通

過中空玻璃內部間隔氣體運動產生的，如果間隔層太小通過空氣的熱傳導是很大的。如果空氣

間隔層太大，那么在室內側暖玻璃表面的暖空氣就會上升而室外側冷玻璃表面的冷空氣就會下

降，形成對流，將室內的熱量流失。能夠達到較小對流損失的較好的中空玻璃間隔層厚度應該

在12-16mm之間。通常使用特殊氣體如氬氣、氪氣減少對流損失，這些氣體分別適用于不同的

間隔層厚度。

b.空氣滲漏

    不論冬季還是夏季，多數的能量費用是因為空氣滲漏造成的，對開啟窗來說，大多數空氣

滲漏是在扇和框之間發生或者兩個推拉扇之間（見圖6）。非常大面積的窗往往泄露少的空氣，

在結構裝配很差的固定窗上，主要在中空玻璃與扇之間密封處也會發生空氣滲漏。（所有窗的

排水孔也會發生空氣滲漏）。固定窗(也就是不能活動的窗）往往具有較低的空氣滲漏速率。

可以操作的窗有很多種類，在所有開啟窗中，空氣滲漏較小的是上懸窗、平開窗和類似的使用

特殊壓條的推拉窗。如果開啟窗戶很差而且安裝粗糙，空氣滲漏在能量流失非常大的問題。如果

窗框周邊和洞口之間沒有很好地堵縫或者使用泡沫絕緣密封，也會發生空氣滲漏，在窗戶完全

安裝完成前，這些部位應該密封和絕緣處理。

四．合理配置門窗的措施

    從上面的分析我們知道，大量的能量是雙向通過窗戶的，白天，南面窗戶通常以輻射形式

獲得太陽能；而在夜晚通過對流、輻射和傳導會流失能量。北面窗通常是通過對流和傳導流失

能量；東面和西面窗在加熱的季節往往是不確定的，然而在夏季，西面窗是純粹獲得能量，引

起過熱。我們在不考慮門窗安裝朝向的情況下，通過合理配置門窗組成，可以提高門窗的隔熱

節能特性，這些措施包括：根據不同的使用地點，選擇合理的陽光遮蔽玻璃，控制通過門窗的

輻射傳熱、加大中空玻璃間隔層內氣體比重，降低對流傳熱、選擇低傳導的中空玻璃邊部間隔

材料和隔熱窗框材料，控制通過門窗的傳導傳熱等等，具體分析如下：

a．合理選用原片玻璃，控制通過門窗的輻射傳熱

    透明窗戶玻璃很容易使太陽光通過，然而，因為透明玻璃具有較高的輻射率，在晚上同樣

會以輻射熱流失的形式向室外發射紅外線能量。在選擇原片玻璃時，應該根據不同的地區選用

不同的玻璃形式。如陽光照射強的地區，選用低透過的鍍膜玻璃或吸熱玻璃作為原片玻璃，控

制陽光進入室內而較寒冷地區，選擇高透過的白玻或鍍膜玻璃，尤其是Low-E玻璃做原片，防止

室內熱量流失，從而提高中空玻璃的使用效果。

    我們以上海地區為例，采用鋁合金斷橋門窗，U值為3.43W/m2.K，選取冬季室內溫度為18℃，

室外平均溫度為5℃，較低溫度天數為56天，冬季陽光照度為135W/m2；夏季室內溫度為26℃，

室外平均溫度30度，較高溫度的天數為180天，陽光照度為580 W/m2，在一棟4000平方米的住宅，

采用陽光遮蔽系數為0.30的玻璃，取暖費用消耗費用為99963元，制冷費用為150058元；而選用

陽光遮蔽系數為0.50的原片玻璃，取暖費用為93358元/年，制冷費用為217168元/年。兩者比較，

取暖費用相差的費用為6605元/年，而制冷費用相差為67110元/年，兩者綜合，選用低遮蔽系的

玻璃較高遮蔽系數的玻璃每年可以節省電費60506元/年，由數據我們可以看出，南方地區，適合

使用帶顏色的中空玻璃，因為雖然改變了玻璃的顏色，但是中空玻璃的U值是沒有變化的，僅僅

是改變了玻璃的遮陽系數，也就是說，使用顏色玻璃僅僅起到控制陽光的作用。而在我國北方地

區，考慮的多數是冬季采暖問題，對于控制陽光進入室內是不可取的，應該選擇高透過率的原片

玻璃。我們以哈爾濱地區為例，選取鋁合金斷橋門窗，U值為3.43W/m2.K，選取冬季室內溫度為

18℃，室外平均溫度為-10℃，較低溫度天數為179天，冬季陽光照度為120W/m2；夏季室內溫度

為26℃，室外平均溫度28度，較高溫度的天數為30天，陽光照度為620 W/m2，在一棟4000平方米

的住宅，采用陽光遮蔽系數為0.30的玻璃，取暖費用消耗費用為383296元，制冷費用為22051元；

而選用陽光遮蔽系數為0.50的原片玻璃，取暖費用為373419元/年，制冷費用為34007元/年。兩

者比較，取暖費用相差的費用為9877元/年，而制冷費用相差為11956元/年，兩者綜合，選用低

遮蔽系數的玻璃較高遮蔽系數的玻璃每年可以節省電費2079元/年。雖然在北方地區，選用低遮

蔽系數的玻璃同樣節省電費，但是在冬季取暖期內，低遮蔽系數的玻璃較高遮蔽系數的玻璃費用

高，所以建議在取暖為主的地區，一般選取較高遮蔽系數的玻璃。

    使用Low-E鍍膜玻璃通常會損失一些太陽光，略微減少陽光熱獲得，但是通過夜晚優異的隔

熱性能改進，這些損失可以大大地得到補償。另外使用Low-E鍍膜玻璃還可以減少紫外線的通過，

可以減少室內物品褪色的可能。

b．改進中空玻璃間隔層內氣體性能

    門窗及中空玻璃技術的一個改進是中空玻璃內部充入氣體，充入氣體的條件是具有化學穩定

性和不反應的，氬氣和氪氣是普遍的選擇。氬氣很普通而且便宜的，在兩層玻璃之間充入氬氣能

夠做兩件事情：1)可以減少熱傳導損失，因為氬氣比空氣具有低的傳導率，2)減少對流損失，因

為氬氣比空氣重，在玻璃層之間不流動。氪氣的性能較氬氣稍微好一些而且在小的間隔層內使用

（約8mm），效果較好，但是氪氣價格較貴。相對窄的間隔層需要的氣體量少，而且多層窄的間

隔層可以減小壓力破碎的可能。一般來講，在中空玻璃間隔層內充入足夠比例（約90%）的氬氣，

可以降低U值約5%，這樣，上述在哈爾濱地區例子中，選用充入氬氣的中空玻璃，每年取暖期可

以節省電費約18600元。

c．選用低傳導間隔層

    在Low-E鍍膜減少輻射損失、充氣減少對流和傳導損失時，窗戶玻璃周邊的間隔條成為弱的

熱鏈接。大多數間隔條使用的是傳統的鋁管，雖然重量輕，但是十分不幸的是這樣的金屬具有很

好的熱傳導性能。從能量效率觀點出發，低傳導間隔條是主要的改進方法。市場上出現很多不同

的方法和材料，相應改進了性能。一般來說，將傳統鋁條更換成暖邊Swiggle膠條做中空玻璃密

封，可以提高近5%的隔熱性能，而在充入氬氣或者采用Low-E的中空玻璃上改變密封方式，可以

提高15%-20%的隔熱性能，相應節省20000元/年的費用。而且這些暖邊密封間隔條也能夠提高內

部玻璃表面周邊的溫度并減少熱應力，減少玻璃炸裂，在冬天可以減少80%結露的可能。下面表

格是各種不同邊部密封材料的熱傳導率數值。

         密封形式        雙封鋁條      熱熔丁基/U形    Swiggle/鋁隔帶    不銹鋼Swiggle

        傳熱系數W/m ℃     10．8        4．43            3．06             1．36

d．選用隔熱性能好的窗框材料

    窗框材料是整個窗戶中另外一個弱的鏈環，整個窗戶中約1/4面積是窗框材料，高性能的裝

配較傳統的窗框材料具有更好的隔熱性能。窗框是不同材料的組合，如果選擇門窗已經決定使

用Low-E鍍膜、充氣和低傳導間隔條中空玻璃，那么窗框材料就應該選擇較低傳導熱損失的材料，

這是窗框材料選擇的基本條件。窗框材料對中空玻璃的性能影響非常大，門窗的U值一般是由三部

分的值經過加權平均計算出來的，這三部分分別為：窗框材料面積的U值、玻璃邊部的U值及玻

璃中點的U值組成。如果選用的窗框材料不同，那么整個門窗的U值的數值也不同，而且差別較

大。下表中的數值是通常情況，不同窗框材料配白玻中空玻璃的隔熱系數表：

    窗框材料     鋁合金     熱隔斷鋁合金     PVC

    U值W/M2k     4．49        3．63       2．78

從數值上來看，窗框材料的隔熱性能好，那么整個窗的U值就好，如果使用PVC窗而選用不同的開

啟形式，整個門窗U值也不相同。

從上述數據，我們可以看出，不是一提到玻璃U值的大小或者選用的窗框材料的隔熱性能好壞就斷

定門窗整體保溫性能的好壞，而是要根據門窗的形式及綜合配置而定。同樣需要注意，窗框材料

對陽光獲得具有重要的影響，一般強度大的材料可以制成窄的框、扇面積，象斷橋鋁合金和玻璃

鋼材料，這樣可以允許更多玻璃面積的陽光獲得，這種型材被稱為低斷面型材，一般金屬型材的

設計要更多地考慮這個因素。

五．建議門窗設計要點

1．對于使用較好導熱性能的窗框材料如鋁合金窗框材料，大面積的玻璃較小面積的玻璃好，因

為大面積玻璃減少窗中窗框材料的比例，通過合理配置中空玻璃的結構，可以使整窗的性能非常大

優化；

2．高性能窗的熱性能弱點是窗框材料和玻璃邊部材料，因為玻璃中心是效率高率的，窗框和玻璃

邊部傳導相對較高，應該選擇絕緣間隔條（沒有金屬/很少金屬）及熱隔斷、低斷面的窗框材料；

3．避免大面積西曬玻璃的使用，日落是很好的，但是進行空氣調節的費用是很高的；

4．開啟窗要求應考慮通風設置及防止空氣滲漏，以及緊急出口設置，平開窗可以較推拉窗獲得

高的通風能力，但是開啟形式設計需要考慮風壓作用；

5．加大版面設計，減少窗框和扇的材料面積,提高整窗的視野通透及性能；