超低能耗建筑用外窗設(shè)計(jì)依據(jù)

我國超低能耗建筑，在住建部科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心的直接領(lǐng)導(dǎo)全面質(zhì)量監(jiān)督下，已建了多個項(xiàng)目，取得了不少經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)前國內(nèi)各地區(qū)都有一些項(xiàng)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(guān)技術(shù)指標(biāo)，而應(yīng)吸收他們的經(jīng)驗(yàn)，來制訂適合我國國情的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，滿足建筑節(jié)能要求。

1、人體對環(huán)境溫度的反應(yīng)

研發(fā)超低能耗建筑外窗的設(shè)計(jì)，首先要討論室內(nèi)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(diǎn)是室內(nèi)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(nèi)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(nèi)，有一個較小的區(qū)間定為“舒適區(qū)”，在此條件下，人體熱調(diào)節(jié)機(jī)能的應(yīng)變最小。

早在40多年前，美國耶魯大學(xué)蓋奇等人就提出了人體熱感覺與環(huán)境、健康狀態(tài)的關(guān)系。

2、室內(nèi)環(huán)境熱舒適度準(zhǔn)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(zhǔn)則，應(yīng)是我們設(shè)計(jì)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(yīng)保持室內(nèi)溫度為20℃，室內(nèi)表面平均溫度在設(shè)計(jì)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(xì)菌生長，在室內(nèi)空氣相對濕度，人體感到舒適范圍內(nèi)，即30%～65%之間，即要求窗室內(nèi)表面在相對濕度為65%時不產(chǎn)生結(jié)露，這時露點(diǎn)溫度為13.2℃，因此，窗的內(nèi)表面溫度最低點(diǎn)位置應(yīng)保持在13℃以上。

我國是多氣候區(qū)域，地區(qū)之間差異明顯，分嚴(yán)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(biāo)，但他們提出的外窗的能耗應(yīng)保證室內(nèi)熱舒適度的兩條準(zhǔn)則原理是應(yīng)當(dāng)借鑒的，根據(jù)這兩條準(zhǔn)則原理，結(jié)合我國的實(shí)際情況，以作為外窗設(shè)計(jì)的依據(jù)，從建造室內(nèi)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(biāo)，如傳熱系數(shù)K值及抗風(fēng)壓（詞條“風(fēng)壓”由行業(yè)大百科提供）性能，它控制室內(nèi)小環(huán)境的熱舒適度和安全。

另一類是對室內(nèi)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(fēng)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(fēng)壓性能按常規(guī)計(jì)算取值即可，而保溫性能則按熱傳導(dǎo)的基本原理，即可推導(dǎo)出我國各地區(qū)的傳熱系數(shù)指標(biāo)，其中針對寒冷和嚴(yán)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(yán)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(nèi)，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(zhǔn)則中，我們認(rèn)為采用溫度為20℃，由于室內(nèi)空氣干燥，窗內(nèi)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(zhǔn)，減少了過度的要求。

按以上意見，準(zhǔn)則確定后，按穩(wěn)定傳熱條件來計(jì)算，即可推導(dǎo)出外窗傳熱系數(shù)K值。即外窗的傳熱系數(shù)和防止結(jié)露的最低溫度表面的傳熱系數(shù)，按此兩個指標(biāo)和與其配套的性能的保證指標(biāo)，即可設(shè)計(jì)開發(fā)出超低能耗建筑用外窗的依據(jù)。

現(xiàn)舉嚴(yán)寒地區(qū)為例：

設(shè)室外溫度為t0，室內(nèi)溫度ti為20℃，窗內(nèi)壁平均溫度tib為16℃，相對濕度為55%計(jì)算，則室內(nèi)結(jié)露點(diǎn)溫度為10.7℃，這樣窗內(nèi)壁最低點(diǎn)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(nèi)溫度K取20℃

• t0 —室外溫度K

• hi —窗內(nèi)表面換熱系數(shù)，取8w/㎡.k

• tib —窗內(nèi)壁平均溫度取16℃

若嚴(yán)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(yīng)保證內(nèi)壁薄弱點(diǎn)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(biāo)。