干货来袭！泰诺风黄日勇：什么是完整意义的节能系统？
珍贵的能源是人类社会得以生存和发展的基础，但在经济高度发达的今天，能源危机的阴影一直笼罩着我们。近三四十年来，"开放与交流，舒适与自然，环保与节能"逐渐成为新世纪国际建筑的三大原则，建筑节能成为世界性潮流，绿色建筑概念大行其道。作为现代建筑的象征，玻璃幕墙在世界范围内得到了越来越广泛的应用，而包括幕墙、门窗在内的建筑外围护结构占建筑能耗的50%以上。所以，门窗、幕墙的节能和环保问题显得极为重要。
一、铝合金门窗幕墙的性能分类
根据GB/T 8478-2008《铝合金门窗》等相关内容，我们将铝合金门窗幕墙的相关性能进行了分类（如图1）。
图1 铝合金门窗幕墙的性能图例
第一类是基础性能，是能称之为“门”、“窗”或“幕墙”的一些基本要求，包括抗风压性能、水密性能、气密性能、采光性能和启闭性能等，是门窗幕墙性能的基石。
1、抗风压性能
分级指标值P3按表1规定。
表1 抗风压性能分级 单位为千帕
2、水密性能
分级指标值ΔP按表2的规定
表2 水密性能分级 单位为帕
3、气密性能
气密指标值q1，q2按表3的规定
表3 气密性能分级
4、采光性能
分级指示值Tr按表4规定。
表4 采光性能分级
5、启闭力
启闭力应不大于50N。
6、反复启闭性能
门的反复启闭次数应不小于10万次，窗的反复启闭次数应不小于1万次。
7、空气声隔声性能
分级指标值Rw按表5规定。
表5 空气声隔声性能分级 单位为分贝
8、保温性能
分级指标值K按表6规定。
表6 保温性能分级 单位：瓦每平方米开
在满足了以上性能以后，我们才能将其称之为“一扇门”、“一樘窗”或“一樘幕墙”。而在各气候区域必须满足其不同的最低要求值。基本性能是实现其它更高一级性能的前提保证。如果没有以上这些基本性能，那接下来的其它性能也就无从谈起。
第二类是附加性能，包括空气声隔声性能和保温性能。这类性能是建立在基础性能之上的，如果没有良好的抗风压性能、气密性能和水密性能，而来谈空气声隔声性能和保温性能都是白费。这类性能是舒适性和政策性的体现，是门窗幕墙性能的中坚。
第三类是高端性能，是门窗幕墙的一些个性要求，包括其个性化、智能化的需求。
二、铝合金门窗幕墙主要节能技术和应用
众所周知，热传递的三种方式是：传导、对流和辐射。因此所有门窗幕墙的节能技术都是围绕怎样克服这三种热传递方式。
根据GB 50178-93《建筑气候区划标准》中关于建筑保温和建筑隔热的解释：
建筑保温：指为减少冬季通过房屋围护结构向外散失热量，并保证围护结构薄弱部位内表面温度不致过低而采取的建筑构造措施。
建筑隔热：指为减少夏季由太阳辐射和室外空气形成的热作用，通过房屋围护结构传入室内，防止围护结构内表面温度不致过高而采取的建筑构造措施。
建筑外围护结构的节能是通过具体的保温和隔热技术实现的，其核心目标就是减少热量的传递。
而外围护结构节能技术的主要衡量指标是：传热系数和遮阳系数。其中传热系数K值（国外称U值）是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1K时，单位时间内通过单位面积的传热量，单位为W/（m2·K）。遮阳系数Sc是指实际通过窗玻璃的太阳辐射得热，与透过3mm厚透明玻璃的太阳辐射得热之比值。传热系数描述的是因温差而产生的热传递，作用机理是传导和对流，组成要素是玻璃、框和玻璃间隔条。遮阳系数描述的是太阳辐射产生的热传递，作用机理是辐射，组成要素只与玻璃有关。
根据EN ISO 10077《窗、门和百叶窗的热工性能》和JGJ/T151《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》中整窗U值的计算公式：
从公式中我们可以看出，整窗的U值与三个因素有关：玻璃、型材和玻璃周边。
下面我们就从这三个方面阐述节能技术的应用。
1、玻璃部分
从表7我们可以看到，6mm单片白玻其K值为5.98（在这里我们必须清楚玻璃的K值是指玻璃中心部位的传热系数，不包括玻璃周边部分），遮阳系数为0.98。因此其基本上是热的良导体和太阳辐射好的透过体。鉴于此，玻璃部分的节能技术需要解决的问题是：传热系数K值和遮阳系数Sc。
降低传热系数K值的技术措施：
1）普通中空玻璃：中空玻璃的两块玻璃之间充有一层热导率比玻璃小得多的气体（在温度为20℃时，空气的热导率为0．026W／m·K，而普通透明玻璃板的热导率为0．76W／m·K，其比值为l：29），因此普通中空玻璃的热导率比单片玻璃小很多。普通中空玻璃的传热系数K=3.00 W／m2·K左右(6+9A+6)，比单片玻璃可以降低K值50%左右；
2）中空玻璃填充惰性气体（如氩气）：惰性气体的热导率比空气低；
3）LOW-E中空玻璃：显著降低普通中空玻璃的K值；
4）真空玻璃、气凝胶玻璃等。
降低遮阳系数Sc的技术措施：
1）采用热反射或LOW-E等玻璃处理技术：高温物体向低温玻璃辐射的热量与物体的辐射发射率有关，玻璃的辐射发射率较大为0.82，如果在玻璃上镀一层热反射或低辐射膜，便可使其辐射的热量减少，起到保温隔热作用。采用热反射或LOW-E等玻璃处理技术可以降低玻璃的遮阳系数Sc到0.45左右。
2）辅助遮阳技术：外遮阳、内遮阳等。
下面是几种不同形式玻璃的数据对比
表7 不同形式玻璃的数据对比
影响中空玻璃的技术性能的因素：
（1）气体间隔层的厚度(4~27mm)：主要是通过对厚度的控制，使中空玻璃内部形成紊态气流的传热，尽量控制气体的冷热气体相互干扰或者说使其上升与下降的气流互相干扰来控制产生对流传热。气体间层的厚度增加到一定程度时，因上升气流与下降气流几乎不再相互干扰，其热阻就不再随气体间层厚度的增加而增加。实验证明，合理的中空玻璃的间隔厚度为12mm既能降低传导传热又能降低对流传热。
（2）空气层间的气体种类和湿度：在中空玻璃的内部充入的惰性气体，可以降低中空玻璃的隔热、隔音性能。如充入氩气提高中空玻璃的隔热、隔音性能。
（3）中空玻璃的边部密封情况：如果中空玻璃的边部密封不好，则水气通过密封胶层进入中空玻璃内部的比例应以增大，中空玻璃寿命就会减少。
随着科学技术的高速发展，各种新型建筑玻璃层出不穷，其节能环保技术含量也越来越高。比如：光谱选择透过性玻璃、透过率可调玻璃、自清洁玻璃等。
2、铝型材部分
铝合金的热导率非常大（达160 W／m·K），是热的良导体，因此由热传导方式通过铝合金型材的热量占总热量的50%以上（见图2）。在铝合金型材中毫无隔断的大空腔，又让空气对流带来了大量热量，占总热量的35%左右。而辐射方面对铝合金型材而言不存在太阳的直接辐射得热，只是高温侧加热后以远红外线的方式向低温侧辐射热量，占总热量的15%左右。这样的铝型材的K值至少在6.0以上。
图2 非隔热型材热传递方式图
图3 隔热型材热传递方式图
基于以上三个方面的问题，隔热型材中的隔热条就起到了非常重要的作用。其一，标准尼龙隔热条（材质为PA66GF25）的热导率为0.3 W／m·K，与铝合金的比值为1：533，它的“断热”效应，把热传导的路径给阻断了；其二，因为隔热条的采用，在热传递的路径上形成了多个空腔，这样对流和辐射的问题也解决了。这样从热传递的三种方式上有效的阻止了热量的传递。
Uf≤3.5W／m2·K Uf≤2.8W／m2·K
RMG 2.2 RMG 2.1
Uf≤2.0W／m2·K Uf≤1.6W／m2·K
RMG 1 NO RMG
图4 欧洲门窗幕墙行业四中典型系统
图4和表8是欧洲隔热门窗发展历史上的四种典型系统。随着门窗节能标准在欧洲的相继提出， Uf值从 1977年的 3.5 W/m2·K提高到 1995年的2.0 W/m2·K，到了2001年 为1.6 W/m2·K。欧洲的今天就是我们的明天，因此多少有点借鉴的意义。
从图4和表8中，我们可以看出，隔热型材K值的影响因素是：
1）隔热条的宽度；
2）隔热条形状的设计：C型、T型、空腔型等；
3）型腔设计及辅助措施：发泡材料、空腔密封条等。
表8 保温隔热等级和结构设计的标准
至于隔热型材的质量，必须满足国标GB 5237.6《铝合金建筑型材 第6部分：隔热型材》的各项要求。而隔热条的质量必须满足国家标准GB/T 23615.1-2009《铝合金建筑型材用辅助材料 第1部分：聚酰胺隔热条》的要求。
隔热条于节能门窗幕墙的定性认识：
1、隔热条两端分别与隔热铝材的里外两腔型材滚压复合，是唯一的传力构件，因此隔热条不仅是一个普通的功能件，还是一个重要的结构件。隔热条的强度和环境适应性决定了节能铝门窗的使用寿命；
2、如果隔热条失效、变形或发生断裂等质量问题，将直接导致隔热铝材的变形或断裂，从而也就导致隔热铝窗的质量问题如：渗水、透风、磕碰等，甚至直接导致窗体分离，坠窗等恶性事故；
3、一旦隔热条产生上述质量问题而导致整窗的使用性能“基本五性”（抗风压性、气密性、水密性、保温隔热性、隔声性）的破坏或丧失的话，唯一的补救措施就是拆除整窗换新窗，而不象门窗的其它组成部分如玻璃，五金件、密封条那样可以更换，因为隔热条的质量问题导致了隔热型材的性能失效（主要是强度及精度），而型材是门窗的结构框架部份，所以整窗使用性能也就无法保证，隔热条又是与铝材机械压合成一体的，所以这种不可替换的性质更加体现隔热条的重要性；
4、隔热条的投资占不到整窗的5%，却直接影响着整窗的质量。
因此隔热条的选择对隔热型材乃至节能门窗而言都是至关重要的。
隔热条的选择，首先要考虑的是材质，欧洲20年的经验已明确隔热条的材质为聚酰胺尼龙（PA66）加25%的玻璃纤维（GF）。其次是隔热条的尺寸稳定性，除了具备自身的尺寸精度（同一支条的不同部位以及不同支条之间的差异）外还必须要求隔热条在不同的气候及自然环境状况下，其尺寸精度不允许存在较大的变化，特别是吸水后的尺寸稳定性是非常关键的。最后就是隔热条的内部结构，如图5，左边的隔热条断面反映的隔热条内部结构紧密，玻璃纤维纵横交错；中间的反映隔热条内部结构疏松多孔，只有少量玻璃纤维纵向排列，且存在大量气泡；右边的隔热条断面图反映隔热条内部无玻璃纤维。
图5 隔热条断面的细部观察图
隔热条的投资占不到整窗成本的5 %，从这里我们还能节省什么？为此付出的代价又是什么？不言自明。90年代的塑钢窗（PVC）值得我们警示和借鉴！
另外考虑到技术和经济的合理性，应该使型材K值尽量接近玻璃K值。不应顾此失彼。
3、玻璃周边部分
在完成前两步（玻璃、型材）措施之后，中空玻璃周边（玻璃间隔条）的传热问题就凸显出来了。
图6 铝间隔条的传热示意图
在中空玻璃周边，由于密封系统与玻璃板紧密接触，所以此处是多层平壁之间的传导传热。间隔条材质的热导率对玻璃周边的热阻影响极大，在前面我们提到了铝合金的热导率是160W／m·K，铝间隔条的高热导率必然使得热量通过传导和中空玻璃两侧空气的对流而造成热量在此处流失。最直接的反映就是中空玻璃周边内外两侧温度趋于一致，当温度降到空气的结露温度时，就出现中空玻璃周边的结露结霜（如图7）、发霉等现象。这样既影响美观，又损害密封材料，最终导致中空玻璃失效。
图7 中空玻璃周边结露现象
独立的传热问题，需要独立的技术手段来解决。为改善中空玻璃四周部分热阻过小、容易结露结霜现象，研究方向集中在间隔条材质热工性能上。结果表明，采用热导率较低的材料替代传统的铝质间隔条，能使内层玻璃周边温度比过去高，避免内层玻璃边缘处的结露结霜现象。而且还能降低整窗U值计算公式（1）中的Ψ值，从而降低整窗的U值。于是就出现了暖边技术这一术语。
在欧盟标准EN 10077中暖边的定义是：
公式: ∑ (d x λ) = d1 x λ1 + d2 x λ2 + ……. + dn x λn ( ≤0.007 W/K) （2）
式中：dn表示n处材料的厚度；
λn表示n处材料的热导率。
图8 TGI暖边间隔条
下面我们以泰诺风公司的TGI暖边间隔条为例，介绍暖边的性能和应用。TGI暖边间隔条是由高质量的聚丙烯和0.1mm不锈钢薄层复合而成，大家知道聚丙烯是一种高强度低导热率的材料，它的导热率为0.22 W/ m·K，远低于铝合金导热率160W/ m·K，而不锈钢的导热率为20 W/ m·K，使用0.1mm不锈钢薄层的目的在于在保证整个间隔条的导热率很低的前提下，保证间隔条与玻璃边缘的紧密结合，形成一个良好的水密性和气密性屏障并同时加强间隔条整体的结构强度，保证了中空玻璃的效果。
根据公式（2）我们可以得到TGI暖边间隔条的∑ (d x λ)等于0.0020W/K，属于暖边范畴；而普通铝间隔条的∑ (d x λ)等于0.1120W/K，非暖边。
表10 使用不同间隔条玻璃内表面温度对比
表11 使用不同间隔条的热工数据对比
表10和表11是我们对不同间隔条、不同材质窗框进行的热工计算的数据表。从表中我们可以明显看见：使用TGI暖边间隔条后能有效提高中空玻璃内表面的温度，降低产生结露的可能；对整窗U值的贡献在5%~10%，就是在木窗上，在窗框Uf=1.40W/m2·K，玻璃Uf=1.10W/m2·K的情况下，也能较铝间隔条降低U值达5%左右。
另外TGI暖边间隔条具有积极正面的检测结果，优良的抗温变能力，抗紫外线能力，无雾化和抗压能力。超薄的金属薄膜保证了卓越的气密性，并保证了与丁基胶、密封胶的紧密粘接。具有可信赖的品质和长久的使用寿命。
三、什么是完整意义的节能系统？
完整的节能系统是：玻璃，边框，玻璃间隔条这三个环节都做了相应的技术处理。
泰诺风一贯以顾客为导向，关注客户的需求，重视客户的利益，为客户提供全方位的服务。我们不仅仅是高质量产品的提供商，还是门窗幕墙行业节能技术研发的合作伙伴，希望能与致力于门窗幕墙节能事业的朋友们携手共进，在中国日见广阔的节能环保领域中尽到自己的责任！做出自己的贡献！
