探讨当下低能耗建筑于高保温门窗的应用管理

　　摘要：根据世界可持续发展工商理事会的报告，建筑能耗占全社会总能耗的40%，而在建筑能耗中占50%的又是建筑外窗能耗。从这一组数据中不难看出，要根本解决中国的大气环境问题，必须首先从提高建筑节能的环节入手。而减少建筑能耗的重中之重又必须优先考虑提高建筑外窗的保温节能效果。基于以上原因，起源于20世纪90年代德国的被动式低能耗建筑开始逐渐走入中国人的视野。

　　1 被动式建筑的原理

　　被动式建筑(德语Passive House)是德国建筑物理学家Feist博士在1980年创建的理念。从1991年至今在全球已建设了约50000个被动式建筑标准的居住使用单元。其中德国的被动建筑数量约占全球总量的一半。这些被动建筑的能耗仅为德国法定能耗的30%～50%。

　　被动式建筑的基本原理主要体现在以下三个方面：

　　1.1外围护结构保温层的厚度与房屋通过外围护结构的能耗损失成反比

　　当房屋的外墙与层顶的保温，隔热性能足够时，即当外围护结构的保温层达到一定厚度时，房屋通过外围护结构的能耗损失达到最低。通常在冬季可以凭房屋自然得热维持室内温度达到20℃以上，在夏季足以抵抗太阳的辐射传到室内，(u≤0.15w/(m2·k)。

　　(1)当房屋的外窗要求采光、隔热和保温性能足够多时，即室内可通过外窗引入的自然光满足照明要求，从而将用电照明的能耗降到最低。此外，将造成室内冷负荷的红外线隔绝在室外，进而最大限度的降低冷负荷(g≥0.5)。另要求外窗在满足采光的同时，窗的传热系数要足够的低，以保证有效的降低通过窗的传热量(U≤0.8 w/(m2·k)。

　　采用通风效率≥75%的新风设施，以保证满足人体新风要求的同时，使每次换气时能量损失降到最低。纵观以上情况，被动式建筑可以保证在建筑成本仅增加3%～15%的前提下，使建筑物的能耗降低50%以上。因此，不失为一种节能减排的有效方法。

　　2国内与被动式建筑配套的高保温门窗现状

　　按照门窗传热系数的模拟计算公式(1)：

　　Kw ==(Af*Uf+Ag*Ug+Lg*Ψg)/(Af+Ag)

　　Kw-整窗的传热系数 W/m2·k;Kg-玻璃的传热系数 W/m2·K;Ag-玻璃的面积m2;Kf-窗框加部份的传热系数 W/m2·k;;Af-型材的面积m2 ;Lg-玻璃可视面的周长m;Ψg-玻璃周边的线性传热系数W/m2·k

　　门窗的传热系数是由门窗框架部份和玻璃部份两部分组成。如果把玻璃看作独立的，用相同结构和配置的材料，则门窗的传热系数主要由门窗框架决定，而门窗框架传热系数又与门窗框架材料密切相关。

　　根据被动式建筑对门窗保温性能的要求，与之配套的高保温窗整窗U值必须小于0.8 w/(m2·k)。如果把配套玻璃的U值限定为0.6 w/(m2·k)，则框架材料的U值最大不得超过0.79 w/(m2·k)。针对这一传热系数，传统意义上的断热铝型材已不能满足保温要求。而实木和PVC两种材料也必须经过特殊处理才能胜任。

　　由于木窗产品价格昂贵，因此，能够接受的客户群较小。当被动建筑开始在中国推广后很多木窗厂看到了商机，并纷纷开始推出配套产品。在这众多的产品当中，应该说只有个别的产品能够满足被动房的要求。

　　此外，对大多数传统塑钢窗产品而言，由于使用钢衬来加强PVC型材的强度，因而削弱了型材的保温性能，至使这类型材也无法满足被动建筑对门窗的保温要求。加之中国市场多年形成的恶意竞争，不公正招标，自降标准等问题的影响，也从多方面限制了欧洲成熟的配套材料在中国的推广，进而给新兴的被动建筑项目建设带来了很大的隐患。可以说目前中国尚未真正使用从功能上有保证，且价格上具备应用、推广价值的能与被动房配套的成熟高保温外窗。

　　3 与被动房配套的三款高温门窗、幕墙产品

　　3.1 德国Rehua公司Geneo phz系统

　　该系统型材采用PVC与超强纤维复合材料共挤技术，由超强纤维复合材料替代传统塑钢窗中的钢衬，以达到增加型材强度的作用。同时也提高了型材的保温性能。通常，超强纤维复合材料由于具有重量轻，强度高的特性，常被用作F-1赛车和飞机的外壳。加之它也是一种非导热材料，因此，，当用在型材内衬时，不仅提高了强度，而且使保温性能更佳。目前，GENEO是欧洲唯一一款可以不使用钢衬的PVC型材。

　　至于外侧与之共挤的PVC材料的作用则体现下面两个方面：

　　(1)使传统PVC门窗加工设备和工艺不用做任何改动即可用在加工GENEO型材上。

　　(2)与传统PVC型材配合的外装饰材料，如覆膜和喷漆，也可同样用于GENEO型材。

　　此外，由于GENEO型材使用的超强纤维复合材料作了改良处理，使其具有与表层PVC材料有相近的加工性能和熔点完全可以与PVC材料一次性完成切割并能在热熔焊接时，一次性将PVC外表和超强纤维复合材料内衬完成焊接。避免了传统塑钢窗钢衬无法焊接的问题，有效的提高了门窗的角强度。

　　除了以上材料特殊性之外，要想达到与被动房配套门窗的U值要求，在门窗生产过程中还必须在影响门窗U值的多个腔体内填充泡沫材料，同时在窗框，扇闭合处更换带空腔的等压密封胶条。

　　采用以上材料和工艺生产的门窗，整窗U值可做到0.73 w/(m2·k)，是欧洲目前生产同类产品的世界纪录。

　　3.2 丹麦Wingreen公司 75系统门窗

　　对于喜欢铝合金门窗外观的客户，寻找一种具备与被动房项目配套要求的铝合金窗一直是他们追求的目标。正是在这样的一种需求下，德国旭格铝合金门窗系统公司也曾推出过几款高保温的铝合金门窗。但对于冷热的良导体，要达到如此高的保温要求谈何容易。经过对各种新材料和新技术组合应用，打造出来的传统意义上的铝合金高保温窗，价格都在4000元/m2以上。这也严重的限制了高保温铝合金窗在被动房项目上的应用。

　　作为一种特殊的铝合金外观高保温窗，wingreen75系统门窗则给人以耳目一新的感觉。它的内、外二侧虽采用铝合金型材，但内外二侧型材之间完全由大尺寸的特殊高分子实心材料隔开，这种高分子材料不仅实现了内、外两侧铝型材的断热，而且在强度及防水等方面也优于传统意义上的铝合金门窗。

　　分析上图中Wingreen75系统型材断面，它的外侧铝型材主要作用除提供外观要求外，还将提供与欧标U槽五金配合的安装槽口，但内侧铝型材的作用则主要是创造一个铝合金内饰面，未来如果将内侧铝型材的外观作一些变化，设计出与木铝复合窗相类似的槽口，完全可以实现传统意义上的木铝复合，为用户提供更大的选择范围。因此，可以说这款产品在达到被动房对门窗保温要求的基础上，还可以向用户提供熟悉的铝合金或实木外观，同时也具有优于铝包木窗的性能价格比。

　　3.3 瑞士Jansen公司VISS HI超高保温幕墙

　　VISS HI系统是首款符合世界超低能耗建筑严格标准的钢框架幕墙系统。它采用类似被动房设计中的“无热桥设计”原则，将幕墙结构中诸如钢框，架玻璃，玻璃固定片，固定螺栓等导热部件均由特殊设计的EPDM胶条或高分子材料护套隔开，使其无法形成冷和热的通路。加之使用了新型聚乙烯断热部件，使VISS HI 幕墙系统的Uf值可以达到0.74 w/(m2·k)。这个革命性的设计也可以在所有JANSEN垂直幕墙中使用。

　　为简化常规幕墙的安装难度，VISS HI 幕墙系统将传统幕墙以堵为主的防水设计改成堵、疏结合的防水设计。通俗的讲也就是取消了传统幕墙上的打胶工艺，而由EPDM胶条来完成第一道的堵水效果。对于少量可能通过胶条与玻璃表面边界进入缝隙的水及玻璃内侧的冷凝水则可以通过特殊设计的等压排水孔和EPDM胶条上的排水导流板排出。

　　此外，为配合VISS HI 幕墙的使用，Jansen公司还设计了与之配套的入户门系统。该系统采用与幕墙框架相同的型材，并配以特殊的大承重铰链及门下边密封系统，不仅能保证门的保温效果，而且加大门的设计尺寸，为实现超高入户门的使用提供了可能。总之，VISS HI 幕墙系统加工简便，价格经济，不仅可以用于新建项目，同时也适用于旧式幕墙系统的节能改造工程。

　　4与被动房项目配套的高温门窗、幕墙方案

　　上海森利门窗不仅已被授权在中国使用上述3个系统的型材生产门窗，幕墙产品，而且还为自已的产品制定了配套被动房项目的如下指导原则。

　　(1)为中国的被动房项目提供与欧洲同步的，成熟的门窗，幕墙产品;

　　(2)为降低成本，保证供货期，森利将在国内使用进口材料，并按欧洲标准完成成品窗的加工和配套;

　　(3)按照被动房项目的不同要求，为其配套系统产品。即要为被动住宅项目配套门窗，又要为被动式公建项目配套高保温幕墙和入户门;

　　(4)在保证产品功能要求的基础上，还要结合项目在中国不同地区的气候特点，解决可能出现的相关问题。如保证高保温门窗在不经常开启的情况下，五金件表面不会发生锈蚀等;

　　(5)在满足被动房项目对门窗，幕墙要求的前提下，为用户提供高性能价格比的产品。即将售价控制在2000～2500元/m2范围之内，真正解决用户想用却用不起的后顾之忧。(注：以上价格不包含安装费用，且针对U<0.8 w/(m2·k)。如果U值提高，价格将有所下降)。

　　5 结语

　　综上所述，被动房项目目前在中国仍属于新生事物，为使其能在中国发展壮大，需要借鉴欧洲已取得的成功经验，并避免重走欧洲的弯路。为此，我们衷心希望本文能对被动房项目在中国的推广有所帮助，同时也希望能有机会与有志于在中国建设被动房项目的有识之士开展战略性合作。

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文章名称： 探讨当下低能耗建筑于高保温门窗的应用管理

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