门窗保温性能，与建筑节能相关从业者多数都打过交道。那么门窗保温性能到底是啥？门窗是如何传递热量的？如何提高门窗保温性能呢？不妥之处欢迎指正！

1  保温性能重要性

说到门窗保温性能，与建筑节能相关从业者多数都打过交道。那么门窗保温性能为什么这么重要？

根本原因是人体适宜的温湿度范围较窄（见下图）。

可见，门窗保温是人体舒适度对建筑物室内温度环境的必然要求。

保温性能越好，室内温度降低越慢，需要补充热量越少，因而更节能；保温性能越差，室内温度降低越快，需要补充热量越多，越不节能。

所以，换句话说，保温性能就是使热量尽可能长时间保证在一定空间的能力。

2、从暖瓶（保温杯）说起

还是从大家常见的暖瓶（保温杯）说起。

把房间想象成暖瓶（保温杯），想象一下暖瓶（保温杯）如何长时间保温，也就搞明白了如何提高门窗的保温性能。

先来看看暖瓶（保温杯）热量是如何流失的吧。

简单来说，暖瓶（保温杯）内热水将热量传递给瓶体（杯体），瓶体（杯体）将热量由内壁传递给外壁，外壁再将热量传递给环境。

这个过程中，热水热量传递给瓶体（杯体），是通过水分子运动传递给内壁的，这种热量由流体传递给固体表面的过程一般称为对流换热。

热量由暖瓶（保温杯）内壁传递给外壁，无支撑物位置是以辐射方式进行，类似于太阳向地球传递热量，这种方式称为辐射换热。

暖瓶（保温杯）内外壁在支撑物位置是通过固体传递热量的，这种方式称为导热。

外壁通过辐射和对流将热量传递给环境，二者综合称为表面换热。相应地，表面换热系数由辐射换热系数和对流换热系数组成。

想提升暖瓶（保温杯）保温性能，就要从各个换热过程着手研究。

这里出现了导热、对流、辐射三个概念，为热量传递的三种基本方式，可参考下图理解。

当然，如果您想从理论上把概念搞懂、搞透，那得从传热学入手，进一步弄明白导热、对流、辐射、一维稳态传热等遵循的物理定律。

从暖瓶（保温杯）热量流失过程引出导热、对流、辐射等概念，这是门窗保温和建筑节能的基础。

3、门窗热量如何传递？

门窗与暖瓶（保温杯）传热原理类似。

室内热量通过对流和辐射传递给门窗内表面。需要说明，所有高于绝对零度的物体都在向外辐射“热量”。室内物体温度相对较低，辐射波长范围约为4.5 um-50 um，而玻璃对这种辐射不透明，也就是说，室内热量无法通过“辐射”直接到室外。

那么，室内热量是如何到室外的呢？

室内热量需要先经过辐射和对流方式传递给门窗内表面，门窗框和玻璃一般为薄壁多腔构造，内表面热量以导热方式传递给空腔内侧表面，再通过对流和辐射方式传递给空腔外侧表面，然后以导热方式传递给门窗外表面，最后以对流和辐射方式传递给室外环境空间。

需要强调的是，没有绝对真空，我们所说的“真空”也存在对流和辐射换热，只是相对幅度很小。

整个传热过程综合起来，就是一维稳态传热，理论模型见下图。

这个图看着可能不太容易理解，没关系，了解清楚门窗传热过程就可以了，图就留给愿意继续钻研的同学吧。

与暖瓶（保温杯）类似，门窗传热过程也可以分为三个阶段：室内到门窗内表面，门窗内表面到外表面，门窗外表面到环境空间，有导热、对流、辐射三种基本方式组合而成。

4、门窗保温性能如何提高？

明白了热量通过门窗的传热过程，那么就可以考虑如何提高门窗保温性能了。

首先是室内热量通过对流和辐射传递给门窗内表面，那么是不是可以通过改变这两种传热方式来降低热量传递强度呢？

答案是可以。

从降低辐射传热角度，Low-E玻璃膜层可位于室内表面，大大降低热量传递强度。但膜层在室内侧易沾染灰尘、清洗划伤等，且效果略差些，因此这种情况实际中并不多见。

从降低对流换热角度，室内侧表面附近一般只有温差引起的热空气上升流动，在传热学上称为“自然对流”，换热量较小，已没有潜力可挖。

说了室内侧，再说说门窗本身和空腔。

门窗室内外必然有薄壁连接，这就存在固体导热，我们可采用降低材料导热系数方式降低传热系数。如需了解导热系数和传热系数区别，请查阅文章：传热系数与导热系数，搞清二者区别，门窗节能你就入门了！。

由于非金属材料导热系数相比金属材料低的多，因此采用非金属材料成为改善门窗保温性能的重要方式，如窗框采用PVC塑料、木材、聚氨酯材料，金属窗框采用非金属断桥处理，间隔条采用低导热系数的暖边条等。

然后就是空腔了。

空腔两表面以对流和辐射方式传递热量，因此降低空腔对流和辐射强度是重要途径。

从降低辐射换热角度，低辐射表面处理是首要方式，最典型的就是Low-E玻璃了。

Low-E玻璃的E，就是“辐射率”英文“Emissivity”的首字母，膜层辐射率可以低至0.15~0.25（在线）和0.02~0.15（离线），而普通玻璃辐射率为0.84。

低辐射镀膜玻璃的辐射率是指温度293 K、波长4.5 um~25 um波段范围内膜面的半球辐射率。离线低辐射镀膜玻璃辐射率应小于0.15；在线低辐射镀膜玻璃辐射率应小于0.25。

——GB/T 18915.2-2013《镀膜玻璃 第2部分：低辐射镀膜玻璃》

以普通中空玻璃为例，空腔换热为对流和辐射形式，其中辐射换热约占60%，如果将其中一片更换为Low-E玻璃（膜层朝向空腔），假定辐射率为0.02，则辐射换热所占比例下降至6%，大大降低了辐射换热强度。

Low-E玻璃与保温性能相关的参数是辐射率，反映的是4.5 um~50 um的换热特性；而Low-E玻璃在300 nm~2500 nm，尤其在780 nm~2500 nm波段透过率很低，反映的是对太阳光波段的屏蔽作用，是玻璃的隔热性能，热工参数为太阳得热系数。这个话题可以写一篇“保温&隔热”专题。

从对流换热角度，减弱空气流动是降低对流换热的方式。由于空腔内也是“自然”状态，因此只能采用改变气体种类和降低空气含量方式。

改变气体种类最典型的就是填充氩气、氪气等惰性气体，由于这些惰性气体分子运动相对较慢，热量传递强度略低，因此可以降低空腔的换热系数，但幅度相对有限。

下图可以看出，填充氩气的中空玻璃传热系数比填充空气约低0.14。

降低空气含量的典型案例，就是大家所知道的“真空玻璃”，目前真空度一般可以达到0.01 Pa。

普通玻璃空腔中辐射换热占60%，对流换热占40%，真空则是降低了这40%的对流换热，因此仅真空方式对保温性能改善有限。普通中空玻璃传热系数约为2.6-2.7，改为真空后约为2.2左右。

最理想的是既降低对流又降低辐射了，这也是真空玻璃必须采用Low-E玻璃的原因。由于真空玻璃中两片玻璃需要支承物，成为了换热通道，因此真空与Low-E组合可降低80%~90%的换热量。

目前Low-E真空中空玻璃的传热系数约为0.3~0.8。

真空玻璃是未来近零能耗建筑中前景可期的新型高节能玻璃，通过优化支撑物的材料、直径及排布距离等，可进一步提升其保温性能。

同样，多腔处理也会降低窗框的传热系数，最典型的如塑料窗。以某66系列内平开窗框为例，在保持总尺寸不变时，将空腔数量调整为3、4、5、6，结果如下。

对铝合金窗框，主要通过增加隔热条截面高度，合理设置等温线，隔热条改为多腔，腔体填充泡沫材料等方式来提高保温性能。

在玻璃和窗框都做到一定程度之后，窗框与玻璃、窗框与窗扇结合部位就成为了研究重点。

玻璃安装部位保温性能改善的常见措施有：采用长尾胶条，空腔填塞泡沫材料，采用暖边间隔条。长尾胶条对节点保温性能改善有限，填塞泡沫材料有一定效果。

这里要说说暖边间隔条，一方面降低了节点的传热系数，提高了整窗的保温性能，但幅度有限；另一方面提高了玻璃边缘温度，降低了结露霉变概率，降低装修破坏或损害人体健康的风险。

窗框与窗扇部位保温性能，一般采用多道密封或多腔胶条方式改善，如将双道密封改为三道、四道密封形式，中间的鸭嘴胶条改为多腔构造等方式。

说完窗户本身和空腔，再说说室外侧，和室内侧类似，为辐射和对流换热。

由于室外侧环境更为恶劣，因此不太可能在室外侧对玻璃做镀膜处理；从对流角度，室外侧空气流速较大，为“受迫对流”，为不可控因素，通常取为3 m/s。因此，室外侧没啥好改善措施。

简单总结一下，门窗保温性能可以从室内侧、窗户本身和室外侧三个环节的热传递方式来考虑，分析了目前几类主流产品及主要的保温性能改进措施。

5、结论

保温性能为什么这么重要？根本原因是人体适宜的温湿度范围较窄，是人体舒适度对建筑物室内温度环境的必然要求。

想从理论上搞懂、搞透相关概念，需要研究传热学基本理论，重点是热量传递三种方式（导热、对流、辐射）和一维稳态传热模型。

从室内侧、窗户本身和室外侧三个环节，结合各自的热传递方式，从热工角度对于目前主要的节能措施进行了一些分析，对从原理角度理解门窗节能措施有一定参考意义。

从玻璃、窗框、框玻结合、框扇结合等角度，对Low-E玻璃、填充惰性气体、真空玻璃、铝合金窗框、塑料窗框、铝木复合窗框、长尾胶条、暖边间隔条、多道密封等门窗节能技术进行了扫描式盘点，对门窗节能设计具有一定参考价值，尽管还需深入探讨。

门窗保温，凭啥别人做的比你好？

答案是：在传热理论的指导下，针对门窗与室内外热交换、门窗主要构成材料-玻璃和窗框、框玻框扇结合部位等进行了系统全面的研究提升。