超低能耗建筑用外窗設計依據(jù)
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根據(jù)德國的氣候條件，其門窗保溫性能，必須是Uw≤0.8w/㎡.k，當然不僅僅是單純降低Uw值，其他相關產品性能指標應相應與其配套，只不過是門窗Uw值降低難度更大一些，而且也是一個主要的指標。
我國超低能耗建筑，在住建部科技與產業(yè)發(fā)展中心的直接領導全面質量監(jiān)督下，已建了多個項目，取得了不少經(jīng)驗。當前國內各地區(qū)都有一些項目在建中，與其配套的門窗對我國來說，還是一個薄弱環(huán)節(jié)。
由于我國的氣候條件地理環(huán)境與德國不一樣，不能完全照搬德國的相關技術指標，而應吸收他們的經(jīng)驗，來制訂適合我國國情的相關標準，滿足建筑節(jié)能要求。
01超低能耗建筑用外窗性能確定的依據(jù)
1、人體對環(huán)境溫度的反應
研發(fā)超低能耗建筑外窗的設計，首先要討論室內環(huán)境滿足人們工作、生活所需要的舒適度，其影響因素為空氣溫度、相對濕度、氣流速度及平均輻射溫度。
其核心點是室內環(huán)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(xù)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(qū)間定為“舒適區(qū)”，在此條件下，人體熱調節(jié)機能的應變最小。
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(huán)境、健康狀態(tài)的關系。
2、室內環(huán)境熱舒適度準則
德國在建造“被動式超低能耗建筑”外窗時，提出對窗的能耗保證熱舒適度的兩條準則，應是我們設計開發(fā)我國超低能耗建筑外窗基本依據(jù)，歸納如下：
第一，窗安裝上墻后，整窗的傳熱系數(shù)(詞條“傳熱系數(shù)”由行業(yè)大百科提供)Uw，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。
第二，為了防止細菌生長，在室內空氣相對濕度，人體感到舒適范圍內，即30%～65%之間，即要求窗室內表面在相對濕度為65%時不產生結露，這時露點溫度為13.2℃，因此，窗的內表面溫度最低點位置應保持在13℃以上。
02我國超低能耗建筑外窗性能的確定
我國是多氣候區(qū)域，地區(qū)之間差異明顯，分嚴寒、寒冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖地區(qū)，因此不能生搬硬套德國的指標，但他們提出的外窗的能耗應保證室內熱舒適度的兩條準則原理是應當借鑒的，根據(jù)這兩條準則原理，結合我國的實際情況，以作為外窗設計的依據(jù)，從建造室內舒適小環(huán)境中。
簡單地講，可分為兩種作用的性能。一種是根據(jù)外界環(huán)境制定的性能指標，如傳熱系數(shù)K值及抗風壓(詞條“風壓”由行業(yè)大百科提供)性能，它控制室內小環(huán)境的熱舒適度和安全。
另一類是對室內小環(huán)境舒適度的保證，如氣密、水密、隔聲、防火、太陽能熱量獲得率及使用壽命等可作為定值的擇優(yōu)確定，因此除抗風壓性能和傳熱系數(shù)K值要根據(jù)我國的氣候異常條件確定外，其余可基本采用德國的性能數(shù)據(jù)，包括窗的安裝上墻要求。
抗風壓性能按常規(guī)計算取值即可，而保溫性能則按熱傳導的基本原理，即可推導出我國各地區(qū)的傳熱系數(shù)指標，其中針對寒冷和嚴寒地區(qū)主要是防寒，夏熱冬暖地區(qū)是防熱和潮濕，而夏熱冬冷地區(qū)則二者兼顧。
以嚴寒地區(qū)為例，大家都會有共同感覺是氣候干燥，而南方冬天因潮濕，其溫度雖然在零上10℃以內，還是覺得很冷，但北方同樣溫度下，就不像南方那樣感覺很冷。
因此在吸取德國兩條舒適度準則中，我們認為采用溫度為20℃，由于室內空氣干燥，窗內表面溫度可低一些取16℃也不會有冷輻射感覺，其相對濕度取30%-55%以滿足舒適度為準，減少了過度的要求。
按以上意見，準則確定后，按穩(wěn)定傳熱條件來計算，即可推導出外窗傳熱系數(shù)K值。即外窗的傳熱系數(shù)和防止結露的最低溫度表面的傳熱系數(shù)，按此兩個指標和與其配套的性能的保證指標，即可設計開發(fā)出超低能耗建筑用外窗的依據(jù)。
現(xiàn)舉嚴寒地區(qū)為例：
設室外溫度為t0，室內溫度ti為20℃，窗內壁平均溫度tib為16℃，相對濕度為55%計算，則室內結露點溫度為10.7℃，這樣窗內壁最低點溫度取≥11℃，則可求出K值，以滿足外界溫度的要求。
kw≤[(ti-tib).hi]/(ti-t0)
上式中：
kw—窗的傳熱系數(shù)w/㎡.k
ti—室內溫度K取20℃
t0 —室外溫度K
hi —窗內表面換熱系數(shù)，取8w/㎡.k
tib —窗內壁平均溫度取16℃
若嚴寒地區(qū)某城市，冬季室外最低溫度為t0=-35℃，即可求出整窗的傳熱系數(shù)Kw值。
kw≤[(20-16).8]/[20-(-35)]≤0.58w/㎡.k
窗的薄弱環(huán)節(jié)部位的傳熱系數(shù)KL，應保證內壁薄弱點的溫度>11℃。
則KL<[(20-11).8]/[20-(-35)]<1.3w/㎡.k
其他地區(qū)，均可按照以上原則，采用本地區(qū)熱舒適度取值，以確定窗的性能指標。
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