中國幕墻網(wǎng) 2016年會論文集系列 未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載　違者必究

　　1 研究背景

　　被動式超低能耗建筑是我國節(jié)能建筑發(fā)展的重要趨勢，國內(nèi)已完成了多項示范工程，并在陸續(xù)制訂相應技術(shù)導則或標準。典型的被動式超低能耗示范建筑主要有秦皇島某示范工程、哈爾濱某示范工程、新疆某示范工程等，還有一些工程在陸續(xù)建設中;標準編制方面，中國建筑科學研究院受住建部委托起草了被動式超低能耗綠色建筑技術(shù)導則，河北省起草了我國第一個被動式超低能耗建筑節(jié)能設計的地方標準。

　　作為被動式超低能耗建筑薄弱環(huán)節(jié)的外窗，其性能指標目前均簡單參考德國“被動房”相關(guān)指標確定，難以實現(xiàn)被動式超低能耗建筑對建筑節(jié)能和熱舒適度的更高要求�！氨粍臃恐�父”菲斯特教授指出“整窗傳熱系數(shù)小于0.85W/(m²·K)，是基于內(nèi)表面平均溫度在設計條件下要高于17℃”。也就是說，外窗傳熱系數(shù)是根據(jù)內(nèi)表面溫度（詞條“表面溫度”由行業(yè)大百科提供）來確定的，即在不采暖的情況下，窗內(nèi)表面溫度要高于17℃，才能保證外窗內(nèi)表面的熱舒適度，稱之為“熱舒適度準則”。此準則明確指出，外窗的傳熱系數(shù)是由室內(nèi)表面溫度來確定的。研究表明，在室內(nèi)空氣溫度為20℃，圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度高于17℃時，人體才不會感受到明顯的來自圍護結(jié)構(gòu)的冷輻射。也就是說，外窗的傳熱系數(shù)指標要能保證在所處的環(huán)境下外窗內(nèi)表面平均溫度不低于17℃，才能達到被動式超低能耗建筑的熱舒適度要求。我國與德國氣候差異極大，適用于德國被動式超低能耗建筑用外窗的性能指標是否適用于我國，我國被動式超低能耗建筑的外窗指標應該如何確定，成為亟需研究解決的課題。另外，國內(nèi)被動式超低能耗示范建筑評價是基于德國的方法進行，外窗的熱工性能僅通過對節(jié)點的熱工模擬結(jié)果確定，缺乏實測數(shù)據(jù)為其他工程提供參考。

　　本文基于被動式超低能耗建筑用外窗的“熱舒適度準則”和傳熱學基本原理，推導出了適用于我國的被動式超低能耗建筑用外窗傳熱系數(shù)計算方法和內(nèi)表面最低溫度，給出了我國不同氣候地區(qū)典型城市被動式超低能耗建筑用外窗傳熱系數(shù)限值。在對國內(nèi)幾個典型被動式超低能耗建筑用外窗性能測試基礎上，論文給出了目前被動式超低能耗建筑用外窗存在的問題和分析，對國內(nèi)被動式超低能耗建筑用外窗的設計和安裝具有重要參考價值。

　　2 外窗熱工性能指標研究

　　2.1 傳熱系數(shù)指標確定方法研究

　　根據(jù)被動式超低能耗建筑用外窗的“熱舒適度準則”和傳熱學原理，外窗傳熱系數(shù)計算公式可推導如下：

　　假定外窗為單一均質(zhì)材料，其典型的傳熱過程見圖1[4][5]，室內(nèi)空氣溫度t1為20℃，外窗內(nèi)表面溫度θ1為17℃，外窗內(nèi)表面換熱系數(shù)h1為8 W/(m²·K)[6]，室外空氣溫度為t2。

　　2.3 我國被動式超低能耗建筑用外窗傳熱系數(shù)研究

　　我國不同氣候地區(qū)外窗傳熱系數(shù)應根據(jù)各地的冬季室外計算溫度來確定，冬季室外計算溫度可參考GB 50176-93《民用建筑（詞條“民用建筑”由行業(yè)大百科提供）熱工設計規(guī)范》的“附錄三 室外計算參數(shù)”中的Ⅳ型數(shù)據(jù)確定[7]。外窗傳熱系數(shù)指標按本論文計算確定。

　　不同氣候地區(qū)典型城市冬季室外計算溫度和外窗傳熱系數(shù)限值見表1。

　　國內(nèi)已陸續(xù)建成了多個被動式超低能耗示范建筑，因暫時國內(nèi)沒有發(fā)布統(tǒng)一的標準要求，因此已建和在建示范建筑的外窗傳熱系數(shù)均參考了德國有關(guān)指標，如秦皇島某工程、哈爾濱某工程和新疆烏魯木齊某工程等，均參考德國“被動房”的要求將外窗傳熱系數(shù)K值限值設定為0.8W/(m²·K)。而秦皇島、哈爾濱和烏魯木齊的冬季室外計算溫度差異較大，依據(jù)規(guī)范，三地的冬季室外計算溫度分別為-17℃、-33℃和-33℃，則按照本論文的方法，滿足熱舒適度準則的外窗傳熱系數(shù)應分別為≤0.65 W/(m²·K)、≤0.45 W/(m²·K)和≤0.45 W/(m²·K)。工程采用的0.8W/(m²·K)設計指標距本論文給出的限值有較大差異，難以滿足被動式超低能耗建筑用外窗“熱舒適度準則”的要求。

　　目前國內(nèi)尚未出臺各不同氣候地區(qū)被動式超低能耗建筑用外窗相關(guān)性能的設計標準，制定該類標準對被動式超低能耗建筑在我國不同氣候區(qū)的推廣有非常重要的意義，本論文提出的方法對于我國制訂不同氣候區(qū)域被動式超低能耗建筑用外窗傳熱系數(shù)指標具有重要參考價值。

　　2.4 外窗內(nèi)表面最低溫度研究

　　由于外窗不是單一材質(zhì)的均勻構(gòu)件，因此在控制外窗傳熱系數(shù)指標時，還應對內(nèi)表面最低溫度進行控制。被動房之父”菲斯特教授指出“為了防止霉菌生長，在通常室內(nèi)空氣濕度下，窗戶內(nèi)表面的任何位置包括玻璃邊緣溫度至少應在13℃以上”�？梢姡�外窗內(nèi)表面最低溫度確定的原則是外窗室內(nèi)側(cè)在正常的濕度條件下不結(jié)露，即外窗內(nèi)表面最低溫度應高于露點溫度。

　　露點溫度可按相應標準給出的公式計算得到。公式計算結(jié)果表明，相對濕度30%、50%、60%和 65%時，露點溫度分別為1.90℃、6.00℃、9.26℃、11.99℃和13.2℃。室內(nèi)體感舒適的濕度一般控制在30%~65%之間，因此，外窗應在相對濕度65%時不結(jié)露，即外窗內(nèi)表面溫度不應低于13.2℃，一般控制在13℃。

　　3 我國被動式超低能耗建筑用外窗性能測試分析

　　3.1 測試方法

　　外窗傳熱系數(shù)評估以按相應國家標準在實驗室測試的報告數(shù)據(jù)為主[8]，沒有測試報告的采用符合相應標準的外窗傳熱系數(shù)模擬計算數(shù)據(jù)[6]。

　　外窗空氣滲漏普測采用紅外熱像儀定性測試。測試是在冬季室外溫度較低的情況下進行的，外窗存在滲漏時，室內(nèi)側(cè)的紅外熱像圖將有明顯的低溫區(qū)域，可簡便、迅速地評估外窗的空氣滲漏。氣密性能現(xiàn)場測試是對外窗氣密性能的定量評估手段，依據(jù)相應標準進行現(xiàn)場測試和等級評定[9][10]。

　　外窗內(nèi)表面溫度監(jiān)測是對外窗內(nèi)表面各點在連續(xù)時間段內(nèi)溫度變化進行監(jiān)測，是測試外窗熱工薄弱環(huán)節(jié)的一種手段。監(jiān)測的主要方法是在外窗的內(nèi)外表面典型點粘貼溫度傳感器，并連續(xù)采集溫度數(shù)據(jù)。外窗內(nèi)表面結(jié)露檢查通過目測和拍照進行。

　　3.2 外窗傳熱系數(shù)測試評估結(jié)果及分析

　　幾個典型工程的外窗做法及傳熱系數(shù)K值評估結(jié)果見表2。

　　外窗空氣嚴重滲漏分兩種情況：(1)外窗窗扇處空氣滲漏，見圖2，應為外窗型材（詞條“型材”由行業(yè)大百科提供）翹曲變形所致;該工程鋁包木型材在加工和使用過程中可能存在存放或處理不當導致的變形。(2)外窗與墻體接縫處空氣滲漏，見圖3，應為安裝密封缺陷所致。

　　3.4 外窗氣密性測試結(jié)果及分析

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