潘城巋 趙新平

0 引言

當(dāng)今三大社會(huì)能耗中，建筑能耗占到總能耗的40%以上，而建筑門(mén)窗是建筑物保溫性能最薄弱的部位，尤其在普通建筑上，雖然門(mén)窗面積只占外圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積的20%～30%，但門(mén)窗的長(zhǎng)期使用能耗占建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗的50%，占建筑總能耗 的25%[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有建筑已超過(guò)500 億m2，其中90%以上為高能耗建筑，而門(mén)窗能耗為發(fā)達(dá)國(guó)家的2～3 倍。如果把既有建筑門(mén)窗和新增建筑門(mén)窗全部換成節(jié)能門(mén)窗，每年可節(jié)約標(biāo)煤約4.3 億t，相當(dāng)于我國(guó)全年煤炭產(chǎn)量的20%左右。因此，大力發(fā)展節(jié)能環(huán)保型門(mén)窗是未來(lái)門(mén)窗行業(yè)發(fā)展的必然要求。

UPVC 門(mén)窗是以聚氯乙烯（PVC）樹(shù)脂為主要原料添加輔助劑加工制成的塑鋼門(mén)窗，其在節(jié)能環(huán)保方面有著明顯的性能優(yōu)勢(shì)。門(mén)窗界順應(yīng)未來(lái)綠色環(huán)保建筑的發(fā)展趨勢(shì)，UPVC門(mén)窗（俗稱塑鋼門(mén)窗）將會(huì)是最優(yōu)的選擇。本文從保溫性能、隔聲性能、霉變和結(jié)露、減少霧霾、生產(chǎn)過(guò)程綠色環(huán)保和全生命周期循環(huán)再造等六個(gè)方面重點(diǎn)介紹UPVC 門(mén)窗在綠色環(huán)保建筑應(yīng)用中的性能優(yōu)勢(shì)，為人們對(duì)門(mén)窗的選型提供參考依據(jù)。

1 優(yōu)異的保溫性能

隨著國(guó)家相關(guān)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，北京、天津、河北等地區(qū)已經(jīng)率先把建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)從65%節(jié)能提高至75%、80%節(jié)能。北京將把門(mén)窗的傳熱系數(shù)要求從原來(lái)的（1.5～2.0）W/m2·K 降至1.1W/m2·K[2]，天津等地區(qū)也大幅降低門(mén)窗K值要求。因此，在保證合理舒適度的情況下，應(yīng)最大可能地降低門(mén)窗的傳熱性能，減少能量流失，從而降低建筑能耗，節(jié)約能源。

對(duì)于節(jié)能門(mén)窗的材料選擇，除了不斷提升對(duì)玻璃的保溫要求之外，占門(mén)窗面積30%及以上的窗框材料也尤為重要。UPVC 門(mén)窗作為一種重要的節(jié)能門(mén)窗，具有良好的保溫性能，并且越來(lái)越多地得到業(yè)內(nèi)的認(rèn)可。窗框保溫性能的主要影響因素包括兩個(gè)方面：一是UPVC 型材的導(dǎo)熱系數(shù)比較低，UPVC 是一種非金屬高分子材料，材料本身是一種熱的不良導(dǎo)體，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.17W/m·K[3]，而金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于UPVC。二是UPVC 型材具有多腔體保溫結(jié)構(gòu)，其采用的生產(chǎn)工藝，通過(guò)不同模具可實(shí)現(xiàn)多腔體保溫結(jié)構(gòu)，以及功能各異的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)、排水結(jié)構(gòu)，滿足門(mén)窗的各種五金安裝以及水密性、氣密性等獨(dú)特的設(shè)計(jì)。相比金屬型材的加工制作難度高很多，一般單根金屬型材只能加工出2～3 個(gè)簡(jiǎn)單腔體，難以制作出多腔體和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。此外，UPVC 型材做成空腔結(jié)構(gòu)后，窗框型材比材料本身的保溫性能再次有了優(yōu)化。

2 良好的隔聲降噪性能

為了提高室內(nèi)環(huán)境的舒適度，滿足人們對(duì)高品質(zhì)生活的需求，除了保溫門(mén)窗提供室內(nèi)均衡的空氣溫度以外，室內(nèi)應(yīng)有一個(gè)良好的聲環(huán)境，即要求門(mén)窗應(yīng)有足夠的隔離室外噪聲傳入室內(nèi)的能力。UPVC 門(mén)窗具有很高的隔聲性能，得益于材料本身的屬性。

根據(jù)材料吸聲原理，當(dāng)聲波遇到壁面或其他障礙物時(shí)，一部分聲能被反射，一部分聲能被壁面或障礙物吸收轉(zhuǎn)化為熱能而消耗，還有少部分聲能透射到另一側(cè)。吸聲系數(shù)反映某種材料或結(jié)構(gòu)的吸聲能力大小。材料的吸聲系數(shù)一般在0～1 之間，吸聲系數(shù)越大，表明材料的吸聲性能越好。通常平均吸聲系數(shù)大于等于0.2 的材料，稱為吸聲材料。平均吸聲系數(shù)大于0.5 的材料是理想的吸聲材料。UPVC 材料在大部分頻率下的吸聲系數(shù)都大于0.2，尤其在2.2k～3.0kHz 的頻率達(dá)到峰值。UPVC材料的吸聲系數(shù)是鋁合金等金屬材料約20 倍。

UPVC 門(mén)窗型材憑借本身比較強(qiáng)的吸聲特性，加上可以做成多層的空腔結(jié)構(gòu)，噪聲聲波每經(jīng)過(guò)一層腔壁都被發(fā)射和吸收一次，層層反射和吸收后，到達(dá)室內(nèi)的噪聲已經(jīng)所剩無(wú)幾。因此UPVC 門(mén)窗能很好地隔離室外噪聲污染，隔聲降噪效果好。

3 防止霉變和結(jié)露

門(mén)窗作為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的保溫薄弱環(huán)節(jié)，最容易在邊框和角部形成傳熱的通道（俗稱熱橋或冷橋）。在秋冬氣溫較低的季節(jié)，這個(gè)部位的局部溫度會(huì)低于其他結(jié)構(gòu)溫度，這個(gè)區(qū)域的空氣溫度也會(huì)隨之降低，同時(shí)空氣的相對(duì)濕度升高。當(dāng)氣溫降到一定溫度時(shí)，相對(duì)濕度就會(huì)增加到80%，此時(shí)霉菌開(kāi)始大量繁殖，從而使空氣中霉菌孢子的數(shù)量激增，導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降，引發(fā)感冒、過(guò)敏等疾病。當(dāng)溫度繼續(xù)降低，空氣濕度會(huì)進(jìn)一步增加，達(dá)到99%以上時(shí)，在冷橋部位開(kāi)始形成冷凝水，俗稱結(jié)露。結(jié)露會(huì)破壞墻體，導(dǎo)致墻體潮濕，進(jìn)一步產(chǎn)生霉變。

對(duì)于日?？諝赓|(zhì)量，窗戶的邊框、玻璃以及周邊墻體溫度高于13℃左右，就可以避免霉變；當(dāng)局部溫度高于10℃左右時(shí)，就可以避免結(jié)露。對(duì)于節(jié)能保溫門(mén)窗，通常整窗的傳熱系數(shù)都需要達(dá)到（1.0～2.0）W/m2·K。雖然整窗傳熱系數(shù)需要達(dá)到這個(gè)水平，但窗戶的玻璃和框體的傳熱系數(shù)的均衡同樣重要。如果框體材料的傳熱系數(shù)很高，采用傳熱系數(shù)更低的玻璃拉低整窗的傳熱系數(shù)，無(wú)法避免在窗框部位的局部熱橋，從而導(dǎo)致霉變和結(jié)露的問(wèn)題。UPVC 型材內(nèi)部設(shè)計(jì)優(yōu)化了溫度分布，避免結(jié)露、發(fā)霉現(xiàn)象的發(fā)生[4]，有利于提高室內(nèi)空氣質(zhì)量。

4 減少霧霾

近年來(lái)，霧霾天氣頻頻出現(xiàn)，嚴(yán)重影響著人們的生活，而PM2.5 是形成霧霾天氣的主要原因，也是霧霾重要指標(biāo)之一。其主要來(lái)自日常發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)、汽車(chē)尾氣排放等過(guò)程中經(jīng)過(guò)燃燒而排放的殘留物，大多含有重金屬等有毒物質(zhì)。長(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)一直是以煤為主，在能源結(jié)構(gòu)的比例中，煤炭的消耗比例占70%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出世界平均水平的30%，我國(guó)煤炭消費(fèi)量在2013 年就已經(jīng)超過(guò)了世界其他國(guó)家用煤量的總和。

在我國(guó)北方地區(qū)，建筑采暖主要通過(guò)燃燒煤炭，而近75%的夏季空調(diào)用電通過(guò)火電站提供。為了降低社會(huì)總能耗、減少霧霾，在工業(yè)、交通、建筑全社會(huì)能源消耗的三大主體中，最有效又不用犧牲生產(chǎn)的，就是降低建筑能耗。門(mén)窗損失的能耗幾乎占了建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗的1/2，UPVC 門(mén)窗優(yōu)異的保溫性能可以大幅減少建筑采暖和制冷能耗，從而減少煤炭的使用量。如門(mén)窗采用UPVC 節(jié)能保溫門(mén)窗做節(jié)能改造，可以使老舊門(mén)窗的熱損失降低50%以上，使建筑能耗降低25%左右，使社會(huì)總能耗約降低8%，大量減少煤炭燃燒產(chǎn)生的污染物，進(jìn)而對(duì)霧霾的減少起到非常積極的作用。

5 生產(chǎn)過(guò)程綠色環(huán)保

UPVC 型材的生產(chǎn)過(guò)程比較綠色環(huán)保。首先，聚氯乙烯（PVC）是煤化工或者石油化工的副產(chǎn)品。PVC 生產(chǎn)時(shí)需要氯，而鹽化工電解鹽水時(shí)副產(chǎn)的液氯需要被消耗，所以PVC 和燒堿在國(guó)內(nèi)很多大型氯堿企業(yè)中成了配套的聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)品。PVC 的生產(chǎn)是將污染大氣的氯氣廢物利用變成了可供使用的產(chǎn)品。其次，UPVC 型材的生產(chǎn)能耗很低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每噸UPVC 型材的生產(chǎn)能耗是鋁合金型材生產(chǎn)能耗的1/8 左右。UPVC 的生產(chǎn)過(guò)程零排放、零污染。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程不產(chǎn)生任何固體廢棄物、廢液和廢氣。所以UPVC 型材企業(yè)，在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家是普遍存在的。

6 全生命周期循環(huán)再造

高品質(zhì)的UPVC 門(mén)窗的使用壽命可長(zhǎng)達(dá)50 年，而這些舊窗在拆除后，可以將所有材料回收再用。UPVC 門(mén)窗比其他門(mén)窗材料更加綠色環(huán)保，可回收，其各種材料都很容易分離出來(lái)，并接近100%的回收再利用。

根據(jù)不同應(yīng)用，UPVC 可重復(fù)多達(dá)8 次，因?yàn)檎麄€(gè)回收再造的過(guò)程不會(huì)顯著降低UPVC 分子的鏈長(zhǎng)。歐洲工業(yè)一直在努力推動(dòng)UPVC 廢料的收集和優(yōu)化回收技術(shù)，最大限度地減少資源浪費(fèi)和節(jié)約能源，同時(shí)提高新產(chǎn)品中回收利用的百分比。歐盟提出循環(huán)經(jīng)濟(jì)行動(dòng)計(jì)劃，塑料循環(huán)經(jīng)濟(jì)是其中很重要的組成部分，最大程度上支持循環(huán)可持續(xù)產(chǎn)品，保護(hù)環(huán)境和人類(lèi)健康。目前歐盟有些國(guó)家已經(jīng)建立了全自動(dòng)UPVC 門(mén)窗回收工廠，所有舊UPVC 門(mén)窗、卷簾的組件在工廠里被自動(dòng)分離并完全回收利用，然后所有的UPVC 材料再次回到UPVC 門(mén)窗型材中，形成真正的循環(huán)經(jīng)濟(jì)。由此可見(jiàn)，UPVC 門(mén)窗是真正的綠色環(huán)保材料，UPVC 原材料和型材的生產(chǎn)過(guò)程、使用過(guò)程以及使用后回收再造過(guò)程都體現(xiàn)了全生命周期的低碳、節(jié)能、環(huán)保、可回收循環(huán)。在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，UPVC 門(mén)窗在市場(chǎng)上的占有率遠(yuǎn)高于其他門(mén)窗材料。然而，雖然近幾年我國(guó)UPVC 門(mén)窗行業(yè)得到了較快的發(fā)展，但是目前我國(guó)的UPVC 門(mén)窗使用比例還很低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家和日韓。隨著人們?cè)陂T(mén)窗的選材上越來(lái)越注重綠色環(huán)保，UPVC 門(mén)窗將會(huì)得到更大的推廣應(yīng)用。

7 結(jié)論

通過(guò)上文分析可知，UPVC 門(mén)窗主要有以下性能優(yōu)勢(shì)：

UPVC 型材的導(dǎo)熱系數(shù)比較低，而且具有多腔體保溫結(jié)構(gòu)，使得UPVC 門(mén)窗的傳熱系數(shù)比較低，保溫性能比較好。

UPVC 型材吸聲系數(shù)比較大，加上其多層的空腔結(jié)構(gòu)，使得UPVC 門(mén)窗隔聲降噪效果比較好。

UPVC 門(mén)窗內(nèi)外表面溫差較小，不容易產(chǎn)生熱橋效應(yīng)，能有效防止霉變和結(jié)露，改善室內(nèi)空氣品質(zhì)。

UPVC 門(mén)窗因其保溫性能好，有利于降低建筑能耗，減少煤燃燒對(duì)大氣造成的污染，有效減少霧霾的產(chǎn)生。

UPVC 型材生產(chǎn)時(shí)可將氯氣廢物“變廢為寶”，且生產(chǎn)能耗很低，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程綠色環(huán)保。

UPVC 門(mén)窗回收利用率接近100%，實(shí)現(xiàn)全生命周期的循環(huán)再造。

隨著人們?cè)陂T(mén)窗的選材上越來(lái)越注重綠色環(huán)保，UPVC 門(mén)窗將會(huì)得到更大的推廣應(yīng)用，也將會(huì)在綠色環(huán)保建筑應(yīng)用中凸顯更加優(yōu)異的性能優(yōu)勢(shì)。