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　　新一輪的全國性的降溫來襲，北方開啟暴雪的極端天氣，濕寒氣候導致大家在室內的時間會更多些，這時也是考驗室內舒適度和外窗結構保溫的最佳時機，比如外窗出現不保溫、結露、漏風、出汗、墻體發霉、返潮等現象，說明外窗不保溫導致的結果，由此反映出建筑外窗能耗比較大，約占建筑能耗50%，大家肯定都有切身的體會。

外窗出現結露和出汗現象

　　目前國家節能政策大力推進雙碳+碳排放+節能，建筑是能耗比較大的行業，需要解決的問題很多，包括小區外墻及外窗的節能改造將是重點，建筑外門窗要解決這一系列的問題，需要從根本上來了解這個事情。

　　門窗如何不結露?需要幾個條件：

　　門窗設計、選材的合理性

　　采用高效節能門窗

　　氣密性能的保證

　　采用干法安裝

　　室內保證良好的溫度和濕度

超低能耗建筑外窗“大斷橋”產品

　　第一部分：結露的基本原理

　　一、結露的產生原因

　　結露定義：主要是室內外溫差、窗的傳熱系數U值及室內相對濕度（詞條“相對濕度”由行業大百科提供）RH大小，氣密性能及安裝方式等因素，在室內窗表面(或低于室內溫度的室內物體表面)而產生的飽和水蒸氣壓，將造成該表面結露。因此，要從窗的設計結構、材料選擇、加工、組裝、安裝方式上予以高度重視，

　　現分述如下：

　　1.相對濕度

　　在一定的溫度空氣中，只能含有一定量的水蒸氣，若不能再含有更多的水份時，所達到的狀態，稱為飽和狀態。空氣中達到飽和狀態以前，所能含有的水份量，隨空氣溫度的高、低而增加或降低。即：相對濕度(RH)=空氣中的水蒸氣含量/同濕度空氣達到飽和時水蒸汽量×100%.........(1)

　　2.飽和水蒸氣壓Ps(mmhg)

　　不同溫度下的飽和水蒸氣壓Ps是不一樣的，隨著溫度越高，空氣中所能達到飽和水蒸氣壓Ps就越大，達到飽和水蒸氣壓Ps時，相對濕度RH即達100%。

　　3.室內窗表面結露點濕度的計算方法

　　當室內設計溫度條件下的相對溫度未達到飽和水蒸氣壓含量時的水蒸氣壓P，應按室內相對溫度與該溫度下飽和水蒸氣壓Ps的乘積，即：P=RH×Ps……..(2)

　　上述所求出是水蒸汽分壓P值，再從P值相等的飽和水蒸氣壓的相對應的溫度，即為室內窗表面的結露點溫度（詞條“露點溫度”由行業大百科提供）。例1：若室內設計溫度為20℃，相對濕度RH=40%時，求室內窗表面的結露點溫度，即得：P=0.4×17.53=7.013mmhg，飽和水蒸氣壓Ps為7.013mmhg時的溫度為6℃，故室內窗表表面的結露點溫度為6℃

　　4.室內窗表面的結露溫度判定

　　室內窗表面溫度的計算公式為：T=Ti-RiU(Ti-To)，當室內窗表面溫度計算值T大于室內結露點溫度時，可判定為室內窗表面不會結露，否則會產生結露。例2：若室外溫度To=-24℃，室內溫度Ti=20℃。窗的傳熱系數U=2.5w/m².k，室內相對濕度RH=40%時，試判定窗內表面是否結露。帶入上式：T=20-0.125×2.5×(20+24)=6.25℃，根據例1的計算室內一般結露點為6℃，而本例計算出室內窗表面的溫度為6.25℃，大于6度故按上述參數設計窗的內表面不會結露。

超低能耗建筑示意

　　二、建筑體型系數與窗墻面積比對U值得影響

　　1、建筑體型系數

　　建筑體型系數指建筑物表面的面積與建筑物體積之比，即體形系數=∑A/V......(3)建筑物熱損失量與外表的總體積，傳熱系數U值，室內外溫差體積有密切關系。我們知道，對建筑物體積來說，同樣大小的體積，若其長、寬、高尺寸的變化，可得出不同大小的總面積，因而其熱損失就有差別，從節能的角度上就提高了體積系數的要求，也就是說體形系數越大，則單位建筑面積對應的外表面積就越大，傳熱損失就越大。這樣在建筑物熱損失量要求規定值時，若體型系數表越大，U值時要求就得越小，才能滿足要求。2、窗墻面積比對U值得影響由于窗和墻的傳熱系數相差較大，故對窗墻面積的不同比例對窗的U值就有不同要求，也就是說窗墻面積比越大，則對窗的U值要求就越小，以減少熱損失，見下表

　　建筑體型系數與窗墻面積比對U值得要求

　　三、室內通風與防潮

　　保溫效果的提高有兩個重要的指標，即傳熱系數U值與氣密性能的要求，由于氣密性能的提高，帶來的新問題，即室內的空氣污染物和相對濕度高時的潮濕問題。

　　1、衛生和健康要求

　　換氣我們知道，長期以來所使用的老式門窗密封是很不嚴密的，冷空氣從窗縫透入室內，盡管窗不打開，從縫隙入室內的新鮮空氣，足以滿足一般居住條件的換氣與防潮要求。但進入的冷空氣就得增加取暖設備的負荷，以保持室內溫度，這就要耗費能源。

　　按節能保溫要求，將室內通風，按國家標準要求，控制在適宜狀況，高檔的采取的措施是從建筑總體系統上安置溫度，濕度，通風自動控制設施來自動調節造成舒適環境，但對普通建筑，仍采用人工開啟的通風方式或通風槽，換氣排煙器等設施來解決。

　　2、控制通風量即防止相對濕度高時產生潮濕問題

　　在居住和工作的房間里，會通常產生水蒸汽，一個人的呼吸每天可產生1至2立升的水蒸汽，洗澡，吃飯，澆花等每天可產生2立升以上水蒸汽，這些肉眼看不見的水蒸汽保留在室內空氣中，這些水蒸汽的變化像熱量由熱轉為冷的過程，即冬季由室內向室外，向濕度轉低的室內表面聚集而形成露點結露聚華成冷凝水。熱空氣能吸收許多水蒸汽，常壓下20℃溫度時的含水量為17.3克/米³，冷空氣吸收水蒸汽的量少，在0度含水量約為4.8克/米³.在20℃條件下空氣的相對溫度為100%時，若將其下降到0℃時，就會產生17.3-4.8=12.5克/米³的冷凝水。

飽和潮濕空氣的含水量

　　在室溫20度的條件下，相對濕度在40%-60%較為舒適，在同一濕度條件下，若相對濕度達70%時，就會感到“發悶”而相對濕度在30%時，就會感到“干燥”使人覺得不舒服。這樣室內相對濕度高時就需采取通風來調節。例3： 若室外溫度為-15℃，冬季晴天相對濕度40%與室內濕度為20℃，相對溫度為70%。若通風交換出室內空氣1/3時，室內相對濕度為多少?

　　(17.3×70%×2+1.39×40%)/3/17.3=0.477=～48%

　　上述計算說明，采取有控制的通風，將室內相對濕度控制在適宜的范圍與衛生和健康要求換氣要求是一致的，即解決了室內空氣污染也解決了室內 的結露潮濕問題。

窗的傳熱系數與相對濕度和室內外溫度的關系

　　第二部分 保證室內環境舒適度要求

　　上世紀八十年代，由瑞典隆德大學教授波.阿德姆森等人就提出“被動房”理念，即在不設傳統采暖設施條件下，僅靠太陽能（詞條“太陽能”由行業大百科提供）幅射、室內燈光、電器散熱、人體散熱等自然得熱方式條件下，建造冬季室內溫度能達到20℃以上，需具備良好的舒適度的房屋。根據以上理念，提出超低能耗建筑，既節能又能滿足舒適環境的需求，主要通過三個方面來實現。

　　建筑圍護結構做到高性能

　　良好的保溫、隔熱的外圍護結構，包括薄弱環節的高性能門窗配套。

　　有效的大幅提升所有建筑節能系統的效率。

　　利用再生能源，如太陽能等、水資源合理利用及回收，有效減少化石能源的消耗。

　　具體來說，就是釆用各種節能技術，采用最佳的建筑圍護結構和室內舒適環境，最大限度地提高建筑保溫、隔熱等性能，使建筑物對主動性采暖和制冷需求降到最低，并通過各種技術手段如：新風系統的應用、采光（詞條“采光”由行業大百科提供）太陽能利用、水循環系統的利用及回收等，實現室內舒適環境要求，最大限度的降低傳統主動式的采暖和制冷系統的依賴，或是完全取消這類設施的解決方案;或者采用可再生能源和清潔能源對建筑本身實現電力及采暖的自給自足。

　　一、超低能耗建筑性能確定的依據

　　1、人體對環境溫度的反應

　　了解超低能耗建筑，首先要解決室內居住環境滿足人們工作、生活所需求的舒適度為重點，其影響因素主要是空氣溫度、相對濕度、氣流速度及平均輻射溫度。其核心點是室內環境，使人在休息時能保持體溫在37℃左右，超過或低于2℃時，在短期內還可忍受，若持續時間太長或體溫升降偏差太大時，就會損害健康，甚至危及生命，因此，在人類賴以生存的條件范圍內，有一個較小的區間定為“舒適區”，在此條件下，人體熱調節機能的應變最小。因此對建筑設計中的墻體厚度及保溫、屋面保溫和排水（詞條“排水”由行業大百科提供）、門窗保溫及安裝方式、遮陽、水電氣的節能要求來實現。

　　早在40多年前，美國耶魯大學蓋奇等人就提出了人體熱感覺與環境、健康狀態的關系。

　　2、室內環境熱舒適度準則德國在建造“被動式超低能耗建筑”時，提出對建筑能耗保證熱舒適度的兩條準則，應是我們設計開發我國超低能耗建筑基本依據，歸納如下：不論室外空氣溫度是多少，在控制能耗的情況下，應保持室內溫度為20℃，室內表面平均溫度在設計條件下，高于17℃，否則在地面可能形成冷氣層，在窗邊會感覺不舒適。為了防止細菌生長，室內空氣相對濕度，人體感到舒適范圍內，即30%～65%之間，即要求室內表面在相對濕度為65%時不產生結露，這時結露點溫度為13.2℃，因此，內表面溫度最低點位置應保持在13℃以上。

　　二、解決方案

　　1、因地制宜解決不同氣候節能

　　由于我國的氣候條件地理環境與德國不一樣，不能完全照搬德國的相關技術指標，要根據我國的氣侯狀況來建造超低能耗建筑，并制訂適合我國國情的相關標準，滿足不同區域超低能耗建筑節能要求。國家政策在積極推進綠色生態建筑，強化并提高門窗產品的規范及標準，包括2030、2060實現碳達峰和碳中和目標，2022年4月實施建筑碳排放指標強制標準，北京2021年實施節能80%目標，門窗實施傳熱系數1.1w/m2.k，是推進綠色生態建筑的典范，加快國際標準和認證進行接軌，在歐美國家，節能減排措施已經取得很大程度的進展，全面降低能耗85~95%以上是建筑節能的發展方向。歐洲國家窗戶以內平開內下懸為主，對提高門窗各項性能指標提升有幫助，沒有外開窗或推拉窗，門窗傳熱系數為1.0w/m2.k左右，甚至更低，門窗的隔熱斷橋寬度基本都是>40mm，并在型材腔體（詞條“腔體”由行業大百科提供）填充保溫材料，要求在2020年全面實現降低能耗95%以上，這就意味著門窗的傳熱系數要Uf≤0.8w/m2.k，氣密性能≤0.3m3/m.h，氣密和保溫性能是互相受影響的，氣密性直接影響門窗的保溫和結露，因此對于門窗的結構體系和材料，包括：型材、玻璃、膠條、五金、窗臺板及窗套、加工工藝、安裝方法等都提出了更高的技術要求。

(圖片選自德國ift Rosenheim《窗及室外過道門的安裝導則》，主要表達室外窗戶的功能及安裝方式)

　　2、針對極端天氣的解決方案

　　建筑外門窗的氣密、水密、隔音、保溫性能是可直接感受到的指標，氣密性能起到室內外內外空氣的完全封閉，不僅僅只是窗戶的密封，還有窗戶與洞口及墻體的密封等環節，需要我們認真考慮。在安裝窗戶過程中，干法施工，包括窗臺板及窗套的使用，對解決外窗的氣密性有重要作用，窗框與窗扇之間的等壓膠條起的作用很大，等壓膠條不僅僅解決氣密性能，還有水密、隔音、保溫等性能，材質要選用三元乙丙發泡復合膠條或其他高性能密封產品，所以要采用多腔結構，解決空氣對流及氣流衰減問題，也包括玻璃內外膠條的選用，膠條安裝過程中，應考慮伸縮問題，防止熱脹冷縮（詞條“熱脹冷縮”由行業大百科提供）時發生不完整連接。3、建筑外窗的氣密性能保證建筑外窗氣密性：在標準狀態下，壓力差為10pa時的單位開啟縫長的空氣滲透量和單位面積的空氣滲透量。門窗的氣密性能是影響建筑采暖或空調的熱工性能的重要指標，在寒冷地區，由于室內外溫差造成冬季室外的冷空氣從窗的縫隙進入室內，而室內的熱空氣從窗縫隙流到室外，引起熱損失，炎熱地區夏季室內也同樣消耗電能，保證建筑節能和保溫，氣密性能的保證很重要。門窗在設計時要考慮產品的使用過程會發生的問題，包括極端天氣的影響，門窗表現尤為突出，所以建筑外窗保溫系數K(U)<1.0w/m2.k是合理的。

超低能耗“大斷橋”的安裝示意圖

　　4、針對北方極端天氣門窗節能的保證措施

　　建筑外墻與門窗節能的匹配性，保證建筑節能的一致性，節能門窗保溫傳熱系數<1.1w/m2.k;結構采用斷橋系統(鋁、塑、木)，應形成完整的閉合環，如果不能形成斷橋閉合環，空氣將有通道，形成假斷橋結構;結構的密封要形成環形密封，并采用EPDM或硅膠條等高性能材料，保證結構系統的耐候性能;型材斷面設計要符合等強、等壓原理的原則，實現材料性能的匹配性和經濟性;應用新材料和新技術，保證隔熱材料的導熱系數要低，從結構上阻隔空氣傳導和熱傳導途徑的產生，保證與玻璃的節能匹配;采用雙Low-E三玻結構或真空+中空玻璃（詞條“中空玻璃”由行業大百科提供），控制玻璃充氣的滲漏（詞條“滲漏”由行業大百科提供），滲漏將導致玻璃性能失效，確保玻璃的保溫性能和阻止一定程度的光輻射;

三玻兩腔玻璃的性能指標

　　應用好遮陽系統和通風系統，控制好室內水蒸氣飽和度、溫度和濕度，防止結露;

　　處理好結構間縫隙的密封，保證完全貼合;五金件的正確應用，增加鎖點，保證氣密性和結構強度;在施工過程中，要嚴格按照干法工藝進行施工，處理好窗戶與洞口之間的密封，以保證門窗的施工質量。以上要求滿足新建和舊改項目的節能要求。

　　三、結束語

　　綜上所述，建筑外門窗的設計理念在最初時結構設計時要充分考慮各種不利因素導致的各種問題，并通過結構設計解決，以及要滿足不同區域建筑的要求，并在實際操作中進行控制，其重要性可想而知，把問題解決在事前。隨著綠色建筑和建筑節能改造的逐漸推廣與應用，建筑新材料和新技術將不斷涌現，對我國的建筑業發展起到積極推動作用。