浅谈如何提高PVC-U塑料窗的保温性能

一、前言

早在20世纪70年代，建筑节能概念就被正式提出。建筑节能的核心是减少建筑耗能，提高建筑设计和使用过程的能源综合利用效率。当然，建筑节能的前提是以不影响人们感觉舒适度为条件，即室温在冬季不低于18℃，夏季不高于26℃。随着时间的推移，我国建筑能耗的总量逐年上升，在能源总消费量中所占的比例已从20世纪70年代末的10%，上升到近年的27.45%，而发达国家的建筑能耗一般占全国总能耗的33%左右。有关研究显示，随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善，我国建筑耗能比例最终还将上升至35%左右。如此大的比重，建筑耗能已成为我国经济发展的软肋。我国正面临一场真正的能源危机，建筑节能迫在眉睫。而建筑保温在建筑节能序列中又占据重要的位置，其中作为门窗系列的PVC-U塑料窗的保温性能又直接影响着建筑保温的好坏，因此，我们有必要研究影响PVC-U塑料窗保温性能的因素，并采取适当措施，提高窗户保温性能。

二、提高窗框的隔热性能

窗框型材断面设计型材的断面形式是影响PVC-U塑料窗保温性能的重要因素之一。框不仅是门窗的支撑体系，而且是塑料窗整体传热重要部件之一，所以在PVC-U塑料窗的框型材设计时应考虑框的受力和传热系数两方面因素。由此PVC-U塑料窗框型材设计上有单腔、双腔、多腔之分，单从保温角度看，型材断面最好设计为多腔型材，腔壁垂直于热流方向分布。型材内的多道腔壁通过封闭空腔起到多重阻隔作用，腔内传热（对流、辐射和导热）相应被削弱，特别是辐射传热强度随着空腔数量的增加而成倍减少。因而沿热流传导方向分割为双腔或多腔对提高窗框的隔热性能有利。单腔结构和二腔结构窗框设计已逐步淘汰，目前大多选用三腔结构和四腔结构的窗框设计。表1可以看出不同结构窗框具有不同的保温性能。

三、降低玻璃的传热系数

玻璃是非金属材料,虽然它的导热系数仅为0.8W/(m·K）-1.0W/(m·K），远远低于金属，但由于玻璃厚度一般为3mm~6mm，自身热阻非常小，几乎可以忽略不计，因此降低玻璃的传热性能是改善PVC-U塑料窗保温性能的重要途径之一。玻璃面积约占整窗面积的60%~70%，由于不同玻璃的传热系数差别很大，因此设计不同保温性能的建筑外窗应选择不同传热系数的玻璃。窗户玻璃由单玻变成双玻。 表1 不同结构PVC-U塑料窗的传热系数结构形式框型材结构窗框传热系数K W/(m·K）单腔结构2.5 二腔结构2.1 三腔结构1.8 四腔结构1.6 （或中空玻璃）和三玻（或两玻加膜），玻璃的保温性能会得到明显提高。事实上，此刻玻璃的保温性能的提高并不是玻璃厚度增加的缘故，而是两玻或三玻之间形成的密闭空气层具有良好的保温性能；由于密闭的空气层具有一定的热阻，但是它是随着空气层厚度的改变而变化，见表2。 表2 不同间距中空玻璃的传热系数玻璃类型玻璃间隙距离mm传热系数K W/(m2·K）单层玻璃——6.4 双层中空玻璃63.4 123.0 三层中空玻璃122.0 双层低辐射镀膜中空玻璃121.6 玻璃镀低辐射膜可以大大降低玻璃之间的辐射传热，试验证明，中空玻璃带辐射膜（或其中一块玻璃镀膜）后，中空玻璃的热工性能可以得到明显改善，传热系数达到3.0W/(m2·K）-3.1W/(m2·K）。即在热室冷室温度分别为18℃和-20℃的试验条件下，里层玻璃内表面的温度由4℃上升到9℃，用空气厚度为12mm的低辐射中空玻璃制作成的PVC-U塑料窗（单块玻璃镀膜），传热系数可以降低到1.7W/(m2·K）~2.0W/(m2·K），基本上可以满足我国北方严寒地区的保温要求。 中空玻璃周边铝隔条是热的良导体，使中空玻璃周边传热强度远远大于中部，这就是在严寒冬季常出现中空玻璃内表面周边结露现象的内在原因。所以技术要求中空玻璃安装时，铝隔条应尽量埋在门窗型材的沟槽内，使铝隔条处内外玻璃表面不暴露在空气中，以减少或消除铝隔条内层玻璃表面结露。中空玻璃铝隔条长度与中空玻璃面积之比愈大，铝隔条传热所占比重愈大，越不利于中空玻璃的保温性能。现在国内外许多公司开始生产暖边中空玻璃，从根本上消除了普通中空玻璃内表面周边结露现象。

四、提高塑料窗气密性能

塑料窗的保温性能与它的气密性能有密切的关系，气密性能差的塑料窗，通风热损失大。保温性能良好的塑料窗空气渗透性能达到0.5m3(m·h）以下。 平开窗通常为两层密封结构，中间形成一个空气保温腔，三层密封的平开窗有效阻止空气渗透，保温性能优于两层密封。塑料窗体气密性能差，就会使通过开启缝隙的空气渗透量增加，导致热损失增加。 目前塑料平开窗采用普通橡胶密封条密封，气密性一般都小于1.5m3(m·h），但为了进一步提高气密性能，先进的工艺已将普通橡胶密封条改为三元乙丙橡胶密封条和硅化加片毛条，这样可以有效地阻止热量从窗框和窗扇密封的部位进行交换，对提高和保持塑料窗的气密性能起到了十分重要的作用。 塑料窗框扇之间的搭接量和配合间隙，也是影响塑料窗气密性能的很重要因素。框扇装配后一定要调整四周搭接量，使搭接量值尽量要均匀一致，配合间隙要根据所选型材的结构以及橡胶密封条结构及时进行调整，以达到最佳的密封效果。同时在窗型设计中应采用大固定、小平开的平开窗型，不但可以提高气密性能，使整窗开启缝隙长度减少，空气渗透量相应减小，而且也使平开窗生产成本得到一定的降低。

五、合理设计窗框比

窗框比是影响窗户保温性能的因素之一。它与窗的立面设计、表面面积和窗面积有关。因而必须设计合理的窗框比，才能很好地控制窗框的感热面和传热面，达到预期的保温效果。在满足其他使用功能的前提下，窗立面不应分割太碎，一般窗框比应控制在25%~35%左右。 从目前来看，国内生产的PVC-U塑料窗节能效果比较显著，能达到民用建筑设计标准中全国大部分采暖居住节能要求人，但保温性能总体水平与国外还有一定的差距，发达国家建筑外窗传热系数一般都小于2.0W/(m2·K），有的达到1.1W/(m2·K）~1.2W/(m2·K）。 鉴于我国是一个能耗大国，能耗的增量和增速随着社会的发展也会愈来愈快，节能势在必行，节能工作已成为我国的重要产业政策。随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，对建筑门窗的使用功能和装饰效果要求会更高，因此提高塑料窗保温性能已成为塑料门窗行业的创新重点，从以上的分析可以看出，塑料窗节能改进的突破口还有许多，所以设计、研究、开发新型节能资料窗是今后的一个主攻方向；设计、研究、开发新型节能塑料窗生产工艺、安装技术、材料选购也是将来的关注重点。