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　　1 研究背景

　　被動式超低能耗建筑是我國節能建筑發展的重要趨勢，國內已完成了多項示范工程，并在陸續制訂相應技術導則或標準。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導則，河北省起草了我國第一個被動式超低能耗建筑節能設計的地方標準。

　　作為被動式超低能耗建筑薄弱環節的外窗，其性能指標目前均簡單參考德國“被動房”相關指標確定，難以實現被動式超低能耗建筑對建筑節能和熱舒適度的更高要求。“被動房之父”菲斯特教授指出“整窗傳熱系數小于0.85W/(m²·K)，是基于內表面平均溫度在設計條件下要高于17℃”。也就是說，外窗傳熱系數是根據內表面溫度（詞條“表面溫度”由行業大百科提供）來確定的，即在不采暖的情況下，窗內表面溫度要高于17℃，才能保證外窗內表面的熱舒適度，稱之為“熱舒適度準則”。此準則明確指出，外窗的傳熱系數是由室內表面溫度來確定的。研究表明，在室內空氣溫度為20℃，圍護結構內表面溫度高于17℃時，人體才不會感受到明顯的來自圍護結構的冷輻射。也就是說，外窗的傳熱系數指標要能保證在所處的環境下外窗內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點的熱工模擬結果確定，缺乏實測數據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計算方法和內表面最低溫度，給出了我國不同氣候地區典型城市被動式超低能耗建筑用外窗傳熱系數限值。在對國內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 傳熱系數指標確定方法研究

　　根據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，外窗傳熱系數計算公式可推導如下：

　　假定外窗為單一均質材料，其典型的傳熱過程見圖1[4][5]，室內空氣溫度t1為20℃，外窗內表面溫度θ1為17℃，外窗內表面換熱系數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研究

　　我國不同氣候地區外窗傳熱系數應根據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”由行業大百科提供）熱工設計規范》的“附錄三 室外計算參數”中的Ⅳ型數據確定[7]。外窗傳熱系數指標按本論文計算確定。

　　不同氣候地區典型城市冬季室外計算溫度和外窗傳熱系數限值見表1。

　　國內已陸續建成了多個被動式超低能耗示范建筑，因暫時國內沒有發布統一的標準要求，因此已建和在建示范建筑的外窗傳熱系數均參考了德國有關指標，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，依據規范，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。

　　目前國內尚未出臺各不同氣候地區被動式超低能耗建筑用外窗相關性能的設計標準，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域被動式超低能耗建筑用外窗傳熱系數指標具有重要參考價值。

　　2.4 外窗內表面最低溫度研究

　　由于外窗不是單一材質的均勻構件，因此在控制外窗傳熱系數指標時，還應對內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，在通常室內空氣濕度下，窗戶內表面的任何位置包括玻璃邊緣溫度至少應在13℃以上”。可見，外窗內表面最低溫度確定的原則是外窗室內側在正常的濕度條件下不結露，即外窗內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%時不結露，即外窗內表面溫度不應低于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

　　外窗傳熱系數評估以按相應國家標準在實驗室測試的報告數據為主[8]，沒有測試報告的采用符合相應標準的外窗傳熱系數模擬計算數據[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，室內側的紅外熱像圖將有明顯的低溫區域，可簡便、迅速地評估外窗的空氣滲漏。氣密性能現場測試是對外窗氣密性能的定量評估手段，依據相應標準進行現場測試和等級評定[9][10]。

　　外窗內表面溫度監測是對外窗內表面各點在連續時間段內溫度變化進行監測，是測試外窗熱工薄弱環節的一種手段。監測的主要方法是在外窗的內外表面典型點粘貼溫度傳感器，并連續采集溫度數據。外窗內表面結露檢查通過目測和拍照進行。

　　3.2 外窗傳熱系數測試評估結果及分析

　　幾個典型工程的外窗做法及傳熱系數K值評估結果見表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 外窗氣密性測試結果及分析

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