How Do Window Frames Impact Energy Consumption?

By：Reginald Davey

Reviewed by：Skyla Baily

在5月发表的一篇新论文中，一组研究人员调查了窗框对能源消耗的影响，以及在日本减少这种影响的城市规模更换策略。 该论文发表在《能源》杂志上，来自日本和韩国的科学家为这项研究做出了贡献。

研究背景

不断增长的世界人口和快速的城市化水平对能源消耗提出了巨大的需求，从而增加了碳排放。发电、运输、建筑业和多个重工业都在使用大量的化石燃料。

在许多国家，仅建筑部门就占总能源消耗的 40% 左右，减少这一数字对于实现净零目标至关重要。

在建筑构件中，由于与其他构件相比，窗户的热透射率值存在显着差异，窗户是造成大部分热量损失的原因。相反，由于太阳能通过玻璃传输，窗户也有助于加热。

窗框只占建筑物整个表面积的一小部分，但由于其绝缘特性和材料，对热损失和能源消耗具有潜在的重大影响。世界各地仍在使用许多隔热效果不佳的窗框，通常由铝制成。铝的导热率比 PVC 高得多，PVC 是现代建筑的首选。

截至 2020 年，日本 10.1% 的窗框由铝制成，其中 67.5% 的应用使用复合铝/PVC 框架。同年，PVC 窗框占所有应用的 22.5%。在欧美，PVC 框架的比例为 50%。因此，日本市场还有很大的提升空间。

(a) 铝框架的横截面，包括墙壁、(b) 铝框架、(c) 复合框架（铝和聚氯乙烯 [PVC]）和 (d) PVC 框架。

图片来源：Choi, Y et al., Energies

研究过程

作者已经确定，尽管研究重点是通过研究热传递的相关性来提高窗框的热性能，但在城市层面上却缺乏研究。

当前文献中的一些论文已经证明，将低电导率材料用于窗框会产生热量损失和能源消耗节省。一项研究调查了在办公大楼中用复合玻璃纤维增强 PVC 代替铝框架，表明总能耗降低了近 20%。然而，许多研究都集中在单个建筑物上，而忽略了城市规模的影响。

本研究有三个主要目标。它旨在确定框架材料对能源消耗的影响，量化安装在城市规模的新建筑中的高度隔热框架如何有助于节能，并讨论提高窗框的隔热性如何有助于国家减少温室气体的对策排放。

每个参考系的温度分布。 PVC、聚氯乙烯。 (a) 铝； (b) 复合材料； (c) 聚氯乙烯。

图片来源：Choi, Y et al., Energies

研究结果

在研究调查的三种窗框材料（铝、复合铝/PVC 和 PVC）中，PVC 的热透射率值最低，为 1.88 W/m2。 K. 该值是使用二维模拟方法确定的。

区域平均值表明，通过使用具有增强热性能的框架，每年的能源消耗减少了 0.75%。 每户每年减少的二氧化碳排放量相当于使用 PVC 窗框的 1-3 棵雪松树。 此外，作者发现日本超过七个地区的这一数字转化为数十万棵雪松树。 这表明了城市规模的显着节能。

即使在日本普遍使用PVC窗框的地区，城市级的节能效果也与每年新建房屋的数量成正比。 即使在 PVC 是窗框应用的首选材料的地区，窗框绝缘的持续改进也是必不可少的。

参考建筑的平面图。

图片来源：Choi, Y et al., Energies

研究的影响该文件提供了有关窗框脱铝工作的相关信息。作者表示，研究结果可以帮助预测未来国家努力减少住宅和商业建筑热损失和能源消耗的节能潜力，为新建和改造提供信息，以提高建筑物的能源效率。

该研究的一个主要限制是它只分析了日本大约 17.2% 的新建住宅。未来的研究将通过将研究方法扩展到所有新的日本住房单元来解决这一限制。