我国既有住宅中空玻璃管热的历史演变

我国既有住宅中空玻璃管热的历史演变

中国面积大，气候差异大。《民用建筑热工设计规范》(GB50176—93)将全国划分为五个区域,即严寒地区,寒冷地区,夏热冬冷地区,夏热冬暖地区和温和地区。其中寒冷地区包括北京在内的广大华北地区,北线大致在长城内外,南到淮河秦岭一带,西至青藏高原边缘。寒冷地区的气候特征表现为冬季漫长,寒冷干燥,冷空气活动频繁,与世界同纬度地区相比的一月平均温度要低14~18度,对我们提出了更高的建筑节能要求。1995年建设部批准发布了《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》(JBJ26—95),要求在1980~1981年当地通用设计基础上节能50%。该标准规定:窗户面积不宜过大,不同朝向的窗墙面积比北向不应超过25%,东西向不应超过30%,南向不应超过35%。在此条件下,窗户的传热系数U(w/m2·k)见表1。其中D值为外墙的热惰性指标。由于现在大多数建筑外墙都达不到传热系数U≤1.0的要求,所以只能要求窗户的传热系数U≤4.0。在上述国家节能标准的基础上,1999年北京市进一步做出规定,要求各类住宅建筑外窗传热系数U≤3.5。在寒冷地区,历史上人们习惯使用单层玻璃窗。从最早的木窗到后来的钢窗,铝合金窗,以至于今天广泛使用的PVC塑料窗。单层玻璃窗虽然结构简单,造价低廉,但保温隔热效果很差,其传热系数见表2所示。这里我们看到,铝合金玻璃窗的保温隔热效果很差,即使采用了在内外窗框之间加入传热系数很低的工程塑料与铝合金复合成型的阻断热桥技术,保温隔热效果依然较差。对于保温隔热效果最好的塑料窗来说,在大多数情况下还是达不到1995年建设部规定的建筑节能50%的要求。今天,在许多新建住宅房屋中,人们开始采用密封性能更好的中空玻璃窗。与单片玻璃相比,中空玻璃的传热系数显著降低了,明显改善了对冬季暖气的保温效果,非常适用于以暖气能耗为主的北方寒冷地区的民用住宅。根据重庆大学建筑技术科学研究所发表的文献资料,中空玻璃窗的传热系数如表3所示。显然铝合金的中空玻璃窗就完全可以满足节能50%的要求,而断热桥铝合金窗和PVC塑料中空玻璃窗的传热系数在3.5w/m2·k以下,可以进一步满足节能65%的要求。三种常用材料的窗户价格如表4所示。从以上分析我们看到:尽管中空玻璃窗是一种值得推广的先进节能技术,但是中空玻璃本身较厚,窗框结构复杂,致使其造价较高,在使用上受到一定的限制,在大中城市有时甚至需要通过政府的建筑节能法令来强制推行。这里我们积极推荐一种简单易行的建筑节能技术,就是在寒冷地区推广使用两个单层玻璃窗的组合,即通常所说的双层玻璃窗。在两个单层玻璃之间,存在一个大约100mm的静止空气层,它具有十分良好的保温隔热效果,根据《民用建筑热工设计规范》(GB50176—93)其热阻值如表5所示。对于双层玻璃窗来说,其传热系数的计算公式为:这里Us是双层玻璃窗整体的传热系数,而Uw和Un分别是其外窗和内窗的传热系数,Rz是空气间层热阻值。我们分别计算出三种常用材料的单层玻璃窗,在不同外窗和内窗组合情况下的双层玻璃窗传热系数的取值范围,如表6所示。表中传热系数的最大值对应于不考虑空气间层热阻值的情况,即Rz=0;而最小值对应于空气间层热阻值最大的情况,即Rz=0.18。这里我们看到:铝合金材料的双层玻璃窗,其最大传热系数在3.10m2·k/w以下,完全可以满足建筑节能65%的要求;断热桥铝合金组成的双层玻璃窗,其传热系数与塑料中空玻璃窗相当或更小,节能效果更好;而断热桥铝合金和PVC塑料组合的双层玻璃窗,节能效果最好,其最大传热系数达到2.51m2·k/w以下,甚至可以在大多数严寒地区使用。我们都知道在建筑节能方面,新技术一般都是节能的,但节能不一定必须要用新技术。双层玻璃窗虽然是传统技术,但是仍然具有很好的节能效果,除了具有良好的保温隔热性能外,双层玻璃窗还有以下优点:(1)由于双层玻璃窗结构简单,所以造价低廉。两层优质铝合金单框玻璃窗造价为500~700元/平方米,远远低于中空玻璃窗的造价;两层断热桥铝合金窗和PVC塑料窗的造价也达不到中空玻璃窗的造价,但保温隔热效果却比它们好得多。而且单框单层玻璃窗使用广泛,取材容易,加工与安装都十分方便,建筑成本很低。不仅在大城市可以使用,更容易在中小城市和农村地区推广,有着十分广泛的发展空间。(2)由于两个单框玻璃窗可以采取铝合金窗,断热桥铝合金窗和塑料窗的不同组合,兼具它们的不同优点,所以还有一定的装饰效果,能够满足各种建筑的不同需要。如果使用5~6mm的较厚玻璃,双层玻璃窗与仅有的单层玻璃窗相比,也许具有更好的防盗性能。(3)在单层玻璃窗的使用实践中发现:较宽的窗洞与较窄的窗框之间实际上存在着一个热桥效应。我们过去评价窗户的保温隔热性能时,只是单独考虑了窗户本身的传热系数,往往忽略了这个热桥效应的存在。显然,在两个单框玻璃窗中可以保留一个宽度100mm的空气间距,使两个窗框之间占据一个较宽的窗洞位置,就可以最大限度地减轻这个热桥的影响,进一步提高双层玻璃窗的保温隔热性能。(4)一个现代化的城市,尤其在繁华商业区和交通干线附近,环境噪音非常大,通常可以达到75~85分贝,使人感觉非常不舒适。一般单层窗可以将噪音降低25分贝左右,而双层窗至少还可以再降低10个分贝,将环境噪音降低到40~50分贝,相当于郊区环境噪音的水平。在使用中为了避免两层玻璃之间产生的共振,一般在外侧选用较厚的玻璃,内侧选用较薄的玻璃即可。我国严寒地区占国土面积的40%左右,寒冷地区占国土面积的30%左右。历史上,我们已经习惯于在严寒地区使用双层玻璃窗,而在