茜彥輝 姚遠 楊順利 楊杏弟 李堯

【摘要】系統(tǒng)門窗運用系統(tǒng)思維，因地制宜地研發(fā)設(shè)計而成，具備高可靠性和高性價比兩大特質(zhì)，已成為當今門窗行業(yè)的“關(guān)鍵詞”。設(shè)計制作系統(tǒng)門窗，門窗系統(tǒng)研發(fā)是關(guān)鍵，而門窗系統(tǒng)研發(fā)的首要任務(wù)是確定建筑物所處地區(qū)和建筑物類型。建筑物所處地區(qū)和建筑物類型不同，則門窗熱工性能要求有所差別，尤其在跨越氣候區(qū)時，表現(xiàn)最為明顯。為此，本文從5大氣候區(qū)代表省市的最新居住建筑節(jié)能標準出發(fā)，將不同地區(qū)標準的門窗熱工性能指標進行提煉，旨在為門窗系統(tǒng)研發(fā)從業(yè)者提供參考。

【關(guān)鍵詞】門窗系統(tǒng);系統(tǒng)門窗;居住建筑;熱工性能;門窗全生命周期

近些年來，隨著旭格、海德魯、阿魯克、霍柯等系統(tǒng)門窗的引入，“系統(tǒng)門窗”這個詞開始引發(fā)從業(yè)人員的關(guān)注和思考，該詞也一度成為高品質(zhì)、高性能的代名詞。系統(tǒng)門窗也以其責(zé)任主體明確、高性價比、技術(shù)體系完善、品牌化等優(yōu)點[1]，深受開發(fā)商和終端消費者的青睞。

2000年初由于受我國經(jīng)濟基礎(chǔ)、技術(shù)等因素的制約，系統(tǒng)門窗早期發(fā)展較緩慢。2005年以來，隨著國內(nèi)門窗標準體系、加工制作工藝體系、施工驗收標準體系等技術(shù)體系的建立和完善，門窗產(chǎn)品逐步向標準化、系列化和系統(tǒng)化發(fā)展。2012年以來，國民經(jīng)濟得到高速發(fā)展，居民收入水平也在不斷提升，人們更加注重對居住環(huán)境舒適度的要求，市場對高可靠性、高性價比的門窗需求也隨之增加，舊房改造換窗、毛坯房裝修換窗等現(xiàn)象已司空見慣。2015年以來，伴隨著我國新舊動能的轉(zhuǎn)換，建筑門窗市場逐漸由新建建筑工程向既有建筑改造轉(zhuǎn)換，這意味著新建工程門窗市場的主體地位將逐漸被家裝市場所替代，家裝市場的崛起必定會帶來門窗產(chǎn)品服務(wù)體系的建立和完善。

技術(shù)、經(jīng)濟、市場、服務(wù)等各環(huán)境條件的完善為系統(tǒng)門窗的爆發(fā)奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)今系統(tǒng)門窗在國內(nèi)發(fā)展之勢已如火如荼，涌現(xiàn)出一大批門窗系統(tǒng)品牌，如貝克洛、E格、偉業(yè)等。同時，國內(nèi)不少著名且有追求的房地產(chǎn)商為提升自身產(chǎn)品競爭力，不斷尋求與門窗系統(tǒng)供應(yīng)商展開合作，如恒大、龍湖、綠地、新浪地產(chǎn)等。

門窗系統(tǒng)研發(fā)作為系統(tǒng)門窗設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其首要任務(wù)是根據(jù)建筑所處地區(qū)、建筑物類型和門窗形式等因素設(shè)定研發(fā)目標，其中建筑所處地區(qū)主要是考慮不同氣候區(qū)對門窗性能的要求。針對門窗熱工性能，由于我國地緣遼闊，橫跨嚴寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)、溫和地區(qū)5大氣候區(qū)，故要求差別較大，而且目前沒有完整的、符合現(xiàn)行國家建筑節(jié)能要求的統(tǒng)一標準，為我國門窗系統(tǒng)研發(fā)的從業(yè)者帶來了極大的不便。再加上我國門窗系統(tǒng)研發(fā)從業(yè)人員的素質(zhì)水平普遍偏低，阻礙了系統(tǒng)門窗在我國的發(fā)展。

基于以上，筆者收集了5大氣候區(qū)代表省市最新的現(xiàn)行居住建筑地方標準，并將熱工性能指標進行提煉和統(tǒng)計，為從事門窗系統(tǒng)研發(fā)的工作者提供參考和指導(dǎo)。由于業(yè)內(nèi)不少人將門窗系統(tǒng)和系統(tǒng)門窗概念混淆，故有必要先介紹下二者概念和區(qū)別。

1.門窗系統(tǒng)與系統(tǒng)門窗

2016年5月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部標準定額研究所組織國內(nèi)外門窗領(lǐng)域的權(quán)威機構(gòu)和人員，并由中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會牽頭編制了《建筑系統(tǒng)門窗技術(shù)導(dǎo)則》RISN-TG 026-2016 [2]，導(dǎo)則對門窗系統(tǒng)和系統(tǒng)門窗的定義進行了權(quán)威定義，本文從定義出發(fā)，緊扣關(guān)鍵詞，對二者的區(qū)別進行了詳細分析。

1.1 門窗系統(tǒng)

門窗系統(tǒng)是指為了工程設(shè)計、制造、安裝達到設(shè)定性能和質(zhì)量要求的建筑門窗，經(jīng)系統(tǒng)研發(fā)而成的，由材料、構(gòu)造、門窗形式、技術(shù)、性能這一組要素構(gòu)成的一個整體。由定義可知，門窗系統(tǒng)的研發(fā)對象是由一個或數(shù)個經(jīng)系統(tǒng)研發(fā)并由一組要素構(gòu)成的一個產(chǎn)品族，而并非單個的、標準尺寸的門窗產(chǎn)品。事實上，門窗系統(tǒng)是由門窗系統(tǒng)供應(yīng)商采用設(shè)計、計算、試制、測試等研發(fā)手段，針對不同地域氣候環(huán)境和用戶要求預(yù)先研發(fā)出的一整套系統(tǒng)，其輸出結(jié)果為完整的門窗系統(tǒng)描述，包含構(gòu)成門窗系統(tǒng)的材料、構(gòu)造、門窗形式、技術(shù)描述以及設(shè)定性能指標下不同門窗產(chǎn)品族的極限尺寸等內(nèi)容。

1.2 系統(tǒng)門窗

系統(tǒng)門窗是指運用系統(tǒng)集成的思維方式，基于針對不同地域氣候環(huán)境和使用功能要求所研發(fā)的門窗系統(tǒng)，按照嚴格的程序進行設(shè)計、制造和安裝，具備高可靠性、高性價比的建筑門窗。由定義可知，系統(tǒng)門窗是基于所研發(fā)的門窗系統(tǒng)，按照嚴格程序設(shè)計、制造和安裝的建筑門窗，即先有門窗系統(tǒng)，再有系統(tǒng)門窗。實際上，系統(tǒng)門窗的設(shè)計研發(fā)分為兩個階段：第一階段，門窗系統(tǒng)研發(fā);第二階段，系統(tǒng)門窗工程設(shè)計，也就是說門窗系統(tǒng)僅僅是系統(tǒng)門窗形成的一個不可或缺的環(huán)節(jié)。

1.3門窗系統(tǒng)與系統(tǒng)門窗區(qū)別

門窗系統(tǒng)是系統(tǒng)門窗在開發(fā)設(shè)計階段的一套完整的技術(shù)體系或叫一個設(shè)計，而系統(tǒng)門窗則是基于已開發(fā)的技術(shù)體系所設(shè)計制作的最終產(chǎn)品。系統(tǒng)門窗不僅考慮了門窗研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制作、安裝使用環(huán)節(jié)，也考慮了市場營銷、售后服務(wù)、維護保養(yǎng)及報廢處理等環(huán)節(jié)，即系統(tǒng)門窗是考慮了門窗全生命周期而進行的系統(tǒng)化設(shè)計和制造的產(chǎn)品。為便于讀者理解，筆者綜合行業(yè)專家經(jīng)驗，繪制了門窗全生命周期流程圖，詳見圖1。

2.門窗熱工性能指標

門窗熱工性能指標主要有3個：傳熱系數(shù)K、太陽得熱系數(shù)SHGC、可見光透射比。筆者結(jié)合相關(guān)標準或規(guī)范定義對以上3個參數(shù)進行闡述說明，具體如下。

2.1 傳熱系數(shù)K

依據(jù)《建筑外門窗保溫性能分級及檢測方法》GB/T 8484-2008 [3]規(guī)定：門窗傳熱系數(shù)K是表征門窗保溫性能的指標，表示在穩(wěn)定傳熱條件下，外門窗兩側(cè)空氣溫差為1K，單位時間內(nèi)，通過單位面積的傳熱量。一般情況下，K值越小則保溫性能越好。實際上，門窗傳熱系數(shù)K主要針對在冬季且室內(nèi)有采暖措施的環(huán)境條件下，門窗阻止熱量從室內(nèi)高溫側(cè)向室外低溫側(cè)傳遞的能力，也就是說阻抗室內(nèi)熱量損失的能力。

事實上，在現(xiàn)有標準體系下，門窗保溫性能由傳熱系數(shù)K和抗結(jié)露因子CRF（指一定溫濕度條件下，門窗阻抗內(nèi)表面結(jié)露的能力）共同來表征，傳熱系數(shù)K僅為門窗保溫性能關(guān)鍵參數(shù)之一。由于門窗抗結(jié)露因子CRF和本文論題不相關(guān)，在此不再贅述。

2.2 太陽得熱系數(shù)SHGC

依據(jù)《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規(guī)程》JGJ/T 151-2008 [4]規(guī)定：太陽得熱系數(shù)SHGC通過玻璃、門窗或玻璃幕墻成為室內(nèi)得熱量的太陽輻射部分與投射到玻璃、門窗或玻璃幕墻構(gòu)件上的太陽輻射照度的比值。成為室內(nèi)得熱量的太陽輻射部分包括太陽輻射通過玻璃區(qū)域或其他鑲嵌面板區(qū)域透射的得熱量和太陽輻射被型材或其他附屬構(gòu)件吸收再傳入室內(nèi)的得熱量兩部分。通常，SHGC值越小表示門窗隔熱性能越好，或者說保冷能力越好。

夏季，通常為保持室內(nèi)涼爽舒適的環(huán)境條件，需要減少外界熱量的傳入。自然條件下，夏季室內(nèi)通過門窗獲取的熱量主要有兩部分：① 由門窗室外側(cè)高溫引起的溫差得熱部分;② 由太陽輻射得熱部分，其中前者占比遠小于后者，故夏季阻隔外界熱量傳入室內(nèi)的能力主要以太陽得熱系數(shù)SHGC來表征，也就是說SHGC是考核門窗夏季阻隔太陽輻射得熱能力的一個重要參數(shù)。

此外，不少國內(nèi)標準規(guī)范和地區(qū)用遮陽系數(shù)SC來表征門窗隔熱性能，與SHGC同樣，其數(shù)值越小表示門窗隔熱性能越好。但國際上習(xí)慣用太陽得熱系數(shù)SHGC表示門窗隔熱性能，國內(nèi)不少標準也在轉(zhuǎn)變使用太陽得熱系數(shù)SHGC，為與國際標準對接，故本文采用太陽得熱系數(shù)SHGC。遮陽系數(shù)SC與太陽得熱系數(shù)SHGC關(guān)系如式（1）所示：

（1）

其中，0.87為3mm厚的普通透明平板玻璃的太陽得熱系數(shù)。

2.3可見光透射比

采用人眼視見函數(shù)進行加權(quán)，標準光源透過玻璃、門窗或玻璃幕墻成為室內(nèi)的可見光通量與投射到玻璃、門窗或玻璃幕墻上的可見光通量的比值?？梢姽馔干浔缺碚髡暗目梢姽馔ㄟ^率，數(shù)值越大表示通過整窗的可見光量越大，室內(nèi)越明亮。整樘窗的可見光透射比可按式（2）計算：

（2）

式中

——整窗的可見光透射比;

——窗玻璃（或其他鑲嵌版）的可將光透射比;

Ag——窗玻璃（或其他鑲嵌板）面積，m2;

A——整窗面積，m2。

由定義及公式可以看出，整窗的可見光透射比采用面積加權(quán)平均的方法進行計算。因窗框部分透光率為0，故進行面積加權(quán)平均時，只考慮玻璃部分。

3.各氣候區(qū)典型省市門窗熱工性能要求

3.1嚴寒地區(qū)

黑龍江省作為嚴寒地區(qū)的代表省份，采暖季高達153天之久，全省冬季采暖燃煤量居高不下，一直是全國建筑節(jié)能政策落實的關(guān)鍵。2019年11月26日，黑龍江住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳發(fā)布了《黑龍江省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》DB 23/1270-2019 [5]，規(guī)定根據(jù)窗墻比和樓層數(shù)，建筑外窗的傳熱系數(shù)K和太陽得熱系數(shù)SHGC有所不同，詳見表1。

3.2寒冷地區(qū)

北京一直是節(jié)能減排的先行者和倡導(dǎo)者，同時也是全國建筑節(jié)能標準的“領(lǐng)跑者”。2019年12月19日，北京市規(guī)劃和自然資源委員會和北京市市場監(jiān)督管理局聯(lián)合率先發(fā)布DB 11/891-20××《居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》（征求意見稿），標準明確指出外窗、陽臺門窗和屋面天窗傳熱系數(shù)K不應(yīng)大于1.10 W/（m2·K）。隨即，京津冀住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部門在《京津冀區(qū)域協(xié)同工程建設(shè)標準框架合作協(xié)議》下，聯(lián)合啟動了《京津冀區(qū)域協(xié)同工程建設(shè)標準》制定工作，至此“京津冀”建筑工程標準首次“牽手”，實現(xiàn)一體化發(fā)展。具體要求，詳見表2。

外窗綜合太陽得熱系數(shù)SHGCc，按式（3）進行計算：

SHGCc=SHGC×SD ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

其中SD為外遮陽裝置的遮陽系數(shù)，可按現(xiàn)行國家標準《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》GB 50176的規(guī)定計算確定。

3.3夏熱冬冷地區(qū)

夏熱冬冷地區(qū)，由于氣候的特殊性，不僅要考慮門窗冬季的保溫性能，更要考慮夏季的隔熱性能，因此對于傳熱系數(shù)K和太陽得熱系數(shù)SHGC權(quán)衡和要求更為復(fù)雜。為考慮該氣候區(qū)的離散型，兼顧沿海地區(qū)、華中地區(qū)及西南地區(qū)，本部分選取了引領(lǐng)長三角區(qū)域發(fā)展的上海、東南沿海地區(qū)的典范福建省、華中地區(qū)的湖南省及西南地區(qū)的代表四川省作為研究對象。

2015年12月30日，上海市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理委員會發(fā)布DGJ 08-205-2015《居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》[6]，規(guī)定根據(jù)窗墻比不同，建筑外窗傳熱系數(shù)K不同，詳見表3;根據(jù)開間窗墻比的不同，門窗綜合遮陽系數(shù)SHGCc不同，詳見表4。

表3中，單一立面窗墻比是指建筑某一個立面的窗戶洞口面積與該立面的總面積之比。

表4中標注“※”處，表示設(shè)置外遮陽設(shè)施并使外窗綜合遮陽系數(shù)滿足該要求。樓梯間、外走廊的門窗可不按表4執(zhí)行。

2019年2月21日，福建省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳發(fā)布《福建省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》DBJ 13-62-2019 [7]。依據(jù)建筑體型系數(shù)和平均窗墻比的不同，用規(guī)定加權(quán)平均傳熱系數(shù)和加權(quán)平均綜合太陽得熱系數(shù)限值的方式對建筑門窗的熱工性能進行了限制，外窗加權(quán)平均傳熱系數(shù)K≤2.5-3.0 W/（m2·K），加權(quán)平均綜合太陽得熱系數(shù)≤0.3-0.8，二者計算方法及詳細規(guī)定詳見《福建省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》DBJ 13-62-2019。

對于夏熱冬冷地區(qū)的華中地區(qū)，“兩湖”最為典型，由于湖北省《居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》DB 42/301-2005已廢止且湖北省現(xiàn)執(zhí)行標準《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》JGJ 134-2010較舊，故參考由湖南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳于2017年2月28日發(fā)布的《湖南省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》DBJ 43/001-2017[8]，詳細規(guī)定見表5。

除表5規(guī)定外，居住空間的東、西向外窗應(yīng)設(shè)置活動外遮陽裝置;窗墻比≥0.45時，居住空間的外窗均應(yīng)設(shè)置活動外遮陽裝置。

2019年1月30日四川省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳發(fā)布了《四川省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》DB 51/5027-2019[9]，標準對夏熱冬冷地區(qū)建筑門窗熱工性能做了詳細規(guī)定，詳見表6。

表6僅列出了四川省夏熱冬冷地區(qū)門窗熱工性能要求，典型城市有成都、宜賓、南充等，其余四川省地區(qū)詳見《四川省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》DB 51/5027-2019。

3.4夏熱冬暖地區(qū)

眾所周知，廣東省是我國門窗最大的產(chǎn)區(qū)，門窗相關(guān)標準及技術(shù)的配套也比較完善。2018年1月16日，廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳發(fā)布《廣東省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》DBJ/T 15-133-2018[10]，規(guī)定居住建筑外窗的平均傳熱系數(shù)和平均綜合遮陽系數(shù)除應(yīng)滿足《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》JGJ 75中強制條文4.0.8條要求，還應(yīng)根據(jù)外墻平均傳熱系數(shù)、平均熱惰性及平均窗地面積比的不同符合表7要求。

此外，建筑的臥室、書房、起居室等主要房間的房間窗地面積比小于0.20時，外窗玻璃可見光透射比不應(yīng)小于0.40。外窗熱工性能指標的具體規(guī)定詳見《廣東省居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》DBJ/T 15-133-2018。

3.5溫和地區(qū)

2019年2月1日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《溫和地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》JGJ 475-2019 [11]，依據(jù)不同窗墻比、不同朝向?qū)ν獯暗臒峁ば阅苤笜诉M行了詳細規(guī)定，詳見表8。

此外，當外窗為凸窗時，凸窗的傳熱系數(shù)限值應(yīng)比表8規(guī)定提高一檔，樓梯間、外走廊的門窗的傳熱系數(shù)可不按表8執(zhí)行。溫和A區(qū)南向封閉陽臺內(nèi)側(cè)外窗的遮陽系數(shù)不作要求，但封閉陽臺透光部分的綜合遮陽系數(shù)在冬季應(yīng)≥0.50。

以上部分標準，未對門窗傳熱系數(shù)K和太陽得熱系數(shù)SHGC做出直接要求，可依據(jù)式（1）、式（3）及對應(yīng)標準推算出確切的門窗傳熱系數(shù)K和太陽得熱系數(shù)SHGC指標要求。

4. 結(jié)論

對于我國而言，系統(tǒng)門窗的研發(fā)任重而道遠。單從門窗參考標準而言，既有國家標準，也有行業(yè)標準和地方標準;既有居住建筑標準，又有公共建筑標準;既有超低能耗建筑標準，又有近零能耗建筑標準。再加上我國橫跨5大氣候區(qū)，統(tǒng)計起來十分艱難。本文就現(xiàn)行、最新的居住建筑標準進行研究，得出以下3個結(jié)論：

4.1 針對系統(tǒng)門窗與門窗系統(tǒng)，考慮當前多數(shù)人對二者概念混淆問題，通過緊抓關(guān)鍵詞對二者定義做了詳細分析。結(jié)合二者定義及開發(fā)過程，提出了門窗全生命周期概念，并給出了門窗全生命周期流程圖。

4.2對于居住建筑，門窗系統(tǒng)研發(fā)確定建筑物地區(qū)是關(guān)鍵，門窗熱工性能與地區(qū)密切相關(guān)，故對門窗熱工性能指標傳熱系數(shù)K、太陽得熱系數(shù)SHGC、可將光透射比進行了系統(tǒng)分析。結(jié)合相關(guān)標準規(guī)范，對門窗保溫性能和隔熱性能的含義及區(qū)別進行了分析說明。

4.3 基于5大氣候區(qū)特征省市最新居住建筑節(jié)能設(shè)計標準，對特征省市的門窗熱工性能指標進行了詳細統(tǒng)計。為適用多地區(qū)的不同門窗系統(tǒng)研發(fā)提供了合理、科學(xué)的參考，同時也為實施全國戰(zhàn)略布局的門窗系統(tǒng)公司提供便捷。

此外，本文也有很多有待專家和學(xué)者們繼續(xù)完善和研究之處：

（1） 本文只針對適用居住建筑的門窗熱工性能展開研究，對于公共建筑有待后者完善補充。

（2） 現(xiàn)今，國際統(tǒng)一使用門窗太陽得熱系數(shù)SHGC，而我國除少部分標準外，仍在延用門窗遮陽系數(shù)SC，標準有待統(tǒng)一。

（3） 對于可見光透射比，只有少部分標準和超低能耗建筑標準對門窗限定該項指標，那么該指標在標準中的補充完善或去留有待研究。

（4） 當前，冬季門窗結(jié)露已成為消費者投訴的焦點，作為門窗保溫性能表征值之一——抗結(jié)露因子CRF是衡量門窗抗結(jié)露性能的唯一指標，而相關(guān)標準對門窗結(jié)露問題的說明和該指標的限定也有待補充完善。

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【作者單位：中窗認證檢測技術(shù)服務(wù)（北京）有限公司】

【中圖分類號】TU513

【文獻標識碼】A

【文章編號】1671-3362（2020）06-0065-05