被動(dòng)式建筑外窗節(jié)能技術(shù)的研究現(xiàn)狀
發(fā)布時(shí)間：
2025-03-02
被動(dòng)式建筑已經(jīng)在國(guó)內(nèi)取得明顯的成效，是未來(lái)建筑的發(fā)展方向。被動(dòng)式超低能耗建筑具有加大建筑外保溫、避免建筑熱橋、增強(qiáng)建筑氣密性以及高性能的暖通空調(diào)系統(tǒng)等特點(diǎn)。建筑外窗是建筑能耗最薄弱的環(huán)節(jié)，面積僅占建筑整體外圍結(jié)構(gòu)的1/10左右，但是建筑外窗能耗損失卻高達(dá)建筑整體損失的2/5，甚至1/2。文章將從外窗的傳熱系數(shù)計(jì)算出發(fā)，闡述提高外窗熱工性能對(duì)降低建筑能耗的至關(guān)重要性。
毫與工業(yè)玻璃
1 建筑外窗的傳熱系數(shù)
整窗的傳熱系數(shù)是評(píng)價(jià)建筑外窗熱工性能的個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有對(duì)于被動(dòng)式建筑的外窗標(biāo)準(zhǔn)是外窗傳熱系數(shù)必須小于0.8W/(m'K)。在計(jì)算整窗的傳熱系數(shù)時(shí)，需要考慮玻璃、間隔條、窗框和安裝等4個(gè)因素。為了整體提高窗戶(hù)的熱工性能，可以從外窗的玻璃、窗框、暖邊間隔條和安裝等4個(gè)方面入手加以?xún)?yōu)化，以改善整窗的熱工性能。
整窗的傳熱系數(shù)Uw值計(jì)算如下:U1/Aw(UG AG+U A.+LG YGE+L. y)(1)式中:Aw--洞口面積，m;Ug--玻璃傳熱系數(shù)，W/(m°·K);Ag-玻璃面積，m;U窗框平均傳熱系數(shù)，W/(m'·K);AF--窗框面積，m';LG--玻璃周長(zhǎng)，m;Ψ--暖邊間隔條熱橋損失系數(shù)，W/(m·K);L--窗框安裝部位周長(zhǎng)，m; Ψr窗框安裝熱橋損失系數(shù)，W/(m·K)。
2 外窗構(gòu)件
2.1 外窗玻璃
國(guó)外被動(dòng)式建筑研究涉及領(lǐng)域不僅包括外窗玻璃單一的熱工性能方面，重點(diǎn)還研究混合交叉領(lǐng)域?，F(xiàn)在大多西方國(guó)家主要的研究方向不僅關(guān)注外窗配比在被動(dòng)式建筑中合理的應(yīng)用，更重視人們對(duì)其舒適性的感官方面的評(píng)價(jià)。隨著我國(guó)建筑領(lǐng)域技術(shù)的高速發(fā)展，研究方向逐漸轉(zhuǎn)向建筑外窗，并取得了很大的進(jìn)步。
Aubrey Dyer等研究融合電色素和光電器件,在玻璃上獲得自供電方式或者光電致變色等設(shè)備。通過(guò)太陽(yáng)能設(shè)備進(jìn)行發(fā)電，操控和更改窗戶(hù)的顏色可改變外窗玻璃的采光系數(shù)等，進(jìn)而減少建筑的熱損失。
Erdem Cuce等使用隔熱太陽(yáng)能玻璃，可以達(dá)到降低外窗熱損失的效果。隔熱太陽(yáng)能玻璃能夠生成一側(cè)的VP光伏電力，將Ti0,材料進(jìn)行表面涂層，通過(guò)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，供耗電系統(tǒng)和設(shè)備使用。已有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，隔熱太陽(yáng)能玻璃遠(yuǎn)比一般的玻璃性能好，相同條件下的太陽(yáng)能吸收量將近兩倍，而全年的建筑能耗可以降低一半之多。
許威等提出相對(duì)于中空玻璃，真空玻璃具有如透射率更高、傳熱系數(shù)更小、光熱比和太陽(yáng)能總透射比都可以調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)偏振光檢測(cè)和觀測(cè)外觀等方法，得出真空玻璃性能更好，更加符合被動(dòng)式超低能耗建筑的要求。
2.2 外窗窗框
王昊源等根據(jù)氣候條件和環(huán)境因素，計(jì)算冬天和夏天兩個(gè)季節(jié)的窗框比限值，研究了被動(dòng)式超低能耗建筑的窗框比。冬季有最大窗框比，而夏季有最小窗框比。
總結(jié)得出被動(dòng)房上午最大窗框比與很多系數(shù)都有關(guān)。冬天的窗框比是一個(gè)有效值，比例為rw<28.19%但是夏天時(shí)窗框比就是一個(gè)無(wú)效值，因?yàn)樵谙奶鞎r(shí)需要考慮遮陽(yáng)問(wèn)題。夏天時(shí)需要用一些合適的遮陽(yáng)措施或者設(shè)備去實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。陳昱彤根據(jù)窗框的材質(zhì)不司，熱傳導(dǎo)性能也自然不同。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析了塑料型材、斷熱鋁合金型材和鋁木復(fù)合型材3種常見(jiàn)節(jié)能外窗窗框材料，總結(jié)出節(jié)能外窗窗框材質(zhì)的選擇。常規(guī)斷橋鋁型材如圖1所示。聚氨酯隔熱鋁型材如圖2所示，
斷橋鋁型材如圖1所示。聚氨酯隔熱鋁型材如圖2所示，
2.3 外窗暖邊間隔條
暖邊間隔條在外窗上的應(yīng)用改善了外窗整體的熱工性能，降低了窗戶(hù)玻璃與窗框之間散出去的熱量即熱橋損失。林廣利對(duì)非金屬材質(zhì)的暖邊間隔條進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果顯示，采用暖邊間隔條后，外窗的熱工性能提升，平均提升1/5;整窗的性?xún)r(jià)比也隨之提高，暖邊間隔條價(jià)格僅占整窗價(jià)格的3%。
呂艷艷選擇了幾種常用的暖邊間隔條，分別是鋁合金暖邊間隔條、不銹鋼暖邊間隔條、TGI不銹鋼復(fù)合暖邊間隔條、Super Spacer柔性暖邊間隔條。分析不同材質(zhì)的暖邊間隔條對(duì)外窗整體傳熱系數(shù)影響大小，結(jié)果表明，暖邊間隔條對(duì)于鋁合金材質(zhì)的建筑外窗的傳熱系數(shù)影響最大，其次是鋁包木制品，最后是塑鋼制品。采用不同材質(zhì)的暖邊間隔條時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)如表1所示。
3 外窗安裝方式
魏賀東提出，在現(xiàn)有的技術(shù)體系中，外掛式安裝性?xún)r(jià)比過(guò)低。雖然也能滿(mǎn)足現(xiàn)有的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，但是并不極致。因此提出了半外掛式的安裝方式。將半外掛式在安全問(wèn)題、施工問(wèn)題和成本問(wèn)題這3個(gè)方面分別與外掛式進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果均是強(qiáng)于外掛式。因此得出半外掛式更適合現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，也更節(jié)能。金松濤總結(jié)了3個(gè)外窗安裝的節(jié)點(diǎn)，分別是建筑外窗外掛在窗洞口、懸挑在窗洞口以及內(nèi)嵌在窗洞口。隨后使用HEAT2軟件進(jìn)行了熱工性能模擬，將其匯總對(duì)比分析，認(rèn)為如果需要安裝的外窗數(shù)量比較多，推薦選擇內(nèi)嵌式:如果安裝數(shù)量比較少，施工條件足夠，選擇外掛式，被動(dòng)窗外掛式安裝效果如圖3所示。
4結(jié)語(yǔ)
被動(dòng)式超低能耗建筑外窗對(duì)建筑整體節(jié)能的作用明顯，在追求超低能耗，甚至近零能耗的同時(shí)，應(yīng)重視外窗的玻璃、窗框、暖邊間隔條和外窗安裝方式對(duì)建筑能耗的影響。對(duì)于外窗玻璃而言，不同地區(qū)的氣候條件和采光條件不一樣，在選擇玻璃種類(lèi)和材質(zhì)時(shí)，還需要進(jìn)一步詳細(xì)分析?，F(xiàn)在節(jié)能外窗市場(chǎng)中，窗框的材質(zhì)普遍選擇聚氨酯斷橋鋁型材。合理的外窗安裝方式對(duì)外窗的保溫性能有著很大的影響。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析可知，半外掛式的安裝更適合現(xiàn)行的被動(dòng)式超低能耗建筑外窗標(biāo)準(zhǔn)。另外，暖邊間隔條技術(shù)仍有很大的研究空間，應(yīng)加大研究力度，將其正確地應(yīng)用于被動(dòng)式超低能耗建筑中。
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