門窗保溫，憑啥別人做的比你好
門窗保溫效能，與建築節能相關從業者多數都打過交道。那麼門窗保溫效能到底是啥？門窗是如何傳遞熱量的？如何提高門窗保溫效能呢？不妥之處歡迎指正！
1 保溫效能重要性
說到門窗保溫效能，與建築節能相關從業者多數都打過交道。那麼門窗保溫效能為什麼這麼重要？
根本原因是人體適宜的溫溼度範圍較窄（見下圖）。
可見，門窗保溫是人體舒適度對建築物室內溫度環境的必然要求。
保溫效能越好，室內溫度降低越慢，需要補充熱量越少，因而更節能；保溫效能越差，室內溫度降低越快，需要補充熱量越多，越不節能。
所以，換句話說，保溫效能就是使熱量儘可能長時間保證在一定空間的能力。
2、從暖瓶（保溫杯）說起
還是從大家常見的暖瓶（保溫杯）說起。
（圖片來源於：京東）
把房間想象成暖瓶（保溫杯），想象一下暖瓶（保溫杯）如何長時間保溫，也就搞明白瞭如何提高門窗的保溫效能。
先來看看暖瓶（保溫杯）熱量是如何流失的吧。
簡單來說，暖瓶（保溫杯）內熱水將熱量傳遞給瓶體（杯體），瓶體（杯體）將熱量由內壁傳遞給外壁，外壁再將熱量傳遞給環境。
這個過程中，熱水熱量傳遞給瓶體（杯體），是透過水分子運動傳遞給內壁的，這種熱量由流體傳遞給固體表面的過程一般稱為
對流換熱
。
熱量由暖瓶（保溫杯）內壁傳遞給外壁，無支撐物位置是以輻射方式進行，類似於太陽向地球傳遞熱量，這種方式稱為
輻射換熱。
暖瓶（保溫杯）內外壁在支撐物位置是透過固體傳遞熱量的，這種方式稱為
導熱
。
外壁透過輻射和對流將熱量傳遞給環境，二者綜合稱為
表面換熱
。相應地，
表面換熱係數
由
輻射換熱係數
和
對流換熱係數
組成。
想提升暖瓶（保溫杯）保溫效能，就要從各個換熱過程著手研究。
這裡出現了導熱、對流、輻射三個概念，為熱量傳遞的三種基本方式，可參考下圖理解。
當然，如果您想從理論上把概念搞懂、搞透，那得從傳熱學入手，進一步弄明白導熱、對流、輻射、一維穩態傳熱等遵循的物理定律。
從暖瓶（保溫杯）熱量流失過程引出導熱、對流、輻射等概念，這是門窗保溫和建築節能的基礎。
3、門窗熱量如何傳遞？
門窗與暖瓶（保溫杯）傳熱原理類似。
室內熱量透過對流和輻射傳遞給門窗內表面。需要說明，所有高於絕對零度的物體都在向外輻射“熱量”。室內物體溫度相對較低，輻射波長範圍約為4。5 um-50 um，而玻璃對這種輻射不透明，也就是說，室內熱量無法透過“輻射”直接到室外。
那麼，室內熱量是如何到室外的呢？
室內熱量需要先經過
輻射和對流
方式傳遞給門窗內表面，門窗框和玻璃一般為薄壁多腔構造，內表面熱量以
導熱
方式傳遞給空腔內側表面，再透過
對流和輻射
方式傳遞給空腔外側表面，然後以
導熱
方式傳遞給門窗外表面，最後以
對流和輻射
方式傳遞給室外環境空間。
需要強調的是，沒有絕對真空，我們所說的“真空”也存在對流和輻射換熱，只是相對幅度很小。
整個傳熱過程綜合起來，就是一維穩態傳熱，理論模型見下圖。
這個圖看著可能不太容易理解，沒關係，瞭解清楚門窗傳熱過程就可以了，圖就留給願意繼續鑽研的同學吧。
與暖瓶（保溫杯）類似，門窗傳熱過程也可以分為三個階段：室內到門窗內表面，門窗內表面到外表面，門窗外表面到環境空間，有導熱、對流、輻射三種基本方式組合而成。
4、門窗保溫效能如何提高？
明白了熱量透過門窗的傳熱過程，那麼就可以考慮如何提高門窗保溫效能了。
首先是室內熱量透過對流和輻射傳遞給門窗內表面，那麼是不是可以透過改變這兩種傳熱方式來降低熱量傳遞強度呢？
答案是可以。
從降低輻射傳熱角度，Low-E玻璃膜層可位於室內表面，大大降低熱量傳遞強度。但膜層在室內側易沾染灰塵、清洗劃傷等，且效果略差些，因此這種情況實際中並不多見。
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從降低對流換熱角度，室內側表面附近一般只有溫差引起的熱空氣上升流動，在傳熱學上稱為“
自然對流
”，換熱量較小，已沒有潛力可挖。
說了室內側，再說說門窗本身和空腔。
門窗室內外必然有薄壁連線，這就存在固體導熱，我們可採用降低材料導熱係數方式降低傳熱係數。如需瞭解導熱係數和傳熱係數區別，請查閱文章：傳熱係數與導熱係數，搞清二者區別，門窗節能你就入門了！。
由於非金屬材料導熱係數相比金屬材料低的多，因此採用非金屬材料成為改善門窗保溫效能的重要方式，如窗框採用PVC塑膠、木材、聚氨酯材料，金屬窗框採用非金屬斷橋處理，間隔條採用低導熱係數的暖邊條等。
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然後就是空腔了。
空腔兩表面以對流和輻射方式傳遞熱量，因此降低空腔對流和輻射強度是重要途徑。
從降低輻射換熱角度，低輻射表面處理是首要方式，最典型的就是Low-E玻璃了。
Low-E玻璃的E，就是“輻射率”英文“Emissivity”的首字母，膜層輻射率可以低至0。15~0。25（線上）和0。02~0。15（離線），而普通玻璃輻射率為0。84。
低輻射鍍膜玻璃的輻射率是指溫度293 K、波長4。5 um~25 um波段範圍內膜面的半球輻射率。離線低輻射鍍膜玻璃輻射率應小於0。15；線上低輻射鍍膜玻璃輻射率應小於0。25。
——GB/T 18915。2-2013《鍍膜玻璃 第2部分：低輻射鍍膜玻璃》
以普通中空玻璃為例，空腔換熱為對流和輻射形式，其中輻射換熱約佔60%，如果將其中一片更換為Low-E玻璃（膜層朝向空腔），假定輻射率為0。02，則輻射換熱所佔比例下降至6%，大大降低了輻射換熱強度。
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Low-E玻璃與
保溫效能
相關的引數是
輻射率
，反映的是
4.5 um~50 um
的換熱特性；而Low-E玻璃在
300 nm~2500 nm
，尤其在780 nm~2500 nm波段透過率很低，反映的是對太陽光波段的遮蔽作用，是玻璃的
隔熱效能
，熱工引數為
太陽
得
熱係數
。這個話題可以寫一篇“保溫&隔熱”專題。
從對流換熱角度，減弱空氣流動是降低對流換熱的方式。由於空腔內也是“自然”狀態，因此只能採用改變氣體種類和降低空氣含量方式。
改變氣體種類最典型的就是填充氬氣、氪氣等惰性氣體，由於這些惰性氣體分子運動相對較慢，熱量傳遞強度略低，因此可以降低空腔的換熱係數，但幅度相對有限。
下圖可以看出，填充氬氣的中空玻璃傳熱係數比填充空氣約低0。14。
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降低空氣含量的典型案例，就是大家所知道的“真空玻璃”，目前真空度一般可以達到0。01 Pa。
普通玻璃空腔中輻射換熱佔60%，對流換熱佔40%，真空則是降低了這40%的對流換熱，因此僅真空方式對保溫效能改善有限。普通中空玻璃傳熱係數約為2。6-2。7，改為真空後約為2。2左右。
最理想的是既降低對流又降低輻射了，這也是真空玻璃必須採用Low-E玻璃的原因。由於真空玻璃中兩片玻璃需要支承物，成為了換熱通道，因此真空與Low-E組合可降低80%~90%的換熱量。
目前Low-E真空中空玻璃的傳熱係數約為0。3~0。8。
真空玻璃是未來近零能耗建築中前景可期的新型高節能玻璃，透過最佳化支撐物的材料、直徑及排布距離等，可進一步提升其保溫效能。
同樣，多腔處理也會降低窗框的傳熱係數，最典型的如塑膠窗。以某66系列內平開窗框為例，在保持總尺寸不變時，將空腔數量調整為3、4、5、6，結果如下。
在系列不變時，腔室數量增加可降低塑膠窗框傳熱係數；如果同時增加系列和腔室數量，則改善明顯，如某88系列7腔內平開塑膠窗框，傳熱係數可達0。8，成為主流的被動窗產品之一。
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對鋁合金窗框，主要透過增加隔熱條截面高度，合理設定等溫線，隔熱條改為多腔，腔體填充泡沫材料等方式來提高保溫效能。公眾號
“泰諾風集團”（Technoform-China）
有大量深入細緻分析，感興趣的同學可關注參考
。
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鋁木複合窗則主要透過增加木材系列、與低導熱係數材料複合等方式來提高保溫效能，如120系列，窗框K值低於0。8，成為主流被動窗產品之一。
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在玻璃和窗框都做到一定程度之後，窗框與玻璃、窗框與窗扇結合部位就成為了研究重點。
玻璃安裝部位保溫效能改善的常見措施有：採用長尾膠條，空腔填塞泡沫材料，採用暖邊間隔條。長尾膠條對節點保溫效能改善有限，填塞泡沫材料有一定效果。
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這裡要說說暖邊間隔條，一方面降低了節點的傳熱係數，提高了整窗的保溫效能，但幅度有限；另一方面提高了玻璃邊緣溫度，降低了結露黴變機率，降低裝修破壞或損害人體健康的風險。
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窗框與窗扇部位保溫效能，一般採用多道密封或多腔膠條方式改善，如將雙道密封改為三道、四道密封形式，中間的鴨嘴膠條改為多腔構造等方式。
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說完窗戶本身和空腔，再說說室外側，和室內側類似，為輻射和對流換熱。
由於室外側環境更為惡劣，因此不太可能在室外側對玻璃做鍍膜處理；從對流角度，室外側空氣流速較大，為“
受迫對流
”，為不可控因素，通常取為3 m/s。因此，室外側沒啥好改善措施。
簡單總結一下，
門窗保溫效能可以從室內側、窗戶本身和室外側三個環節的熱傳遞方式來考慮，分析了目前幾類主流產品及主要的保溫效能改進措施。
5、結論
保溫效能為什麼這麼重要？根本原因是人體適宜的溫溼度範圍較窄，是人體舒適度對建築物室內溫度環境的必然要求。
想從理論上搞懂、搞透相關概念，需要研究傳熱學基本理論，重點是熱量傳遞三種方式（導熱、對流、輻射）和一維穩態傳熱模型。
從室內側、窗戶本身和室外側三個環節，結合各自的熱傳遞方式，從熱工角度對於目前主要的節能措施進行了一些分析，對從原理角度理解門窗節能措施有一定參考意義。
從玻璃、窗框、框玻結合、框扇結合等角度，對Low-E玻璃、填充惰性氣體、真空玻璃、鋁合金窗框、塑膠窗框、鋁木複合窗框、長尾膠條、暖邊間隔條、多道密封等門窗節能技術進行了掃描式盤點，對門窗節能設計具有一定參考價值，儘管還需深入探討。
門窗保溫，憑啥別人
做的
比你好？
答案是：在傳熱理論的指導下，針對門窗與室內外熱交換、門窗主要構成材料-玻璃和窗框、框玻框扇結合部位等進行了系統全面的研究提升。
以下文章來源於門窗萬語 ，作者萬成龍
