被动式超低能耗建筑用外窗性能实测分析.docx

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被动式超低能耗建筑用外窗性能实测分析

被动式超低能耗建筑用外窗性能实测分析

中国建筑科学研究院万成龙王洪涛单波阎强

【摘要】：

被动式超低能耗建筑是我国节能建筑发展的重要趋势,作为被动式超低能耗建筑节能效果最薄弱的部件——建筑外窗,却缺乏真实的工程应用数据为其他工程提供参考。

本文在对国内某几个典型的被动式超低能耗建筑用外窗节能性能测试评估的基础上,给出了目前被动式超低能耗建筑外窗存在的典型问题和相应分析,对国内其他被动式超低能耗建筑用外窗的设计和安装具有重要参考价值。

【关键词】：

被动式超低能耗建筑外窗实测

背景被动式超低能耗建筑是我国节能建筑发展的重要趋势,目前国内已完成多个示范建筑,并陆续制定相关的技术导则或设计标准。

国内典型的被动式超低能耗示范建筑主要有秦皇岛某示范工程、哈尔滨某示范工程、新疆某示范工程等,还有一些工程在陆续建设中;标准编制方面,中国建筑科学研究院受住建部委托在起草被动式超低能耗居住建筑技术导则，河北省已发布并正式出版了我国第一个被动式超低能耗建筑节能设计的地方标准《被动式低能耗居住建筑节能设计标准》DB13（J）/T177-2015.

然而，国内被动式超低能耗示范建筑的实际运行情况缺乏实测数据为其他工程提供参考，作为被动式超低能耗建筑节能效果最薄弱的部件——建筑外窗，更是如此。

目前，国内被动式超低能耗示范建筑评价是基于德国的方法进行，外窗的热工性能受到设计、材质、加工、组装和安装等因素影响，仅通过热工模拟计算是无法反映外窗真实的性能的。

建筑外窗的热工能性主要包括保温性能和气密性能。

保温性能以传热系数表征，主要取决于外窗的玻璃和型材配置设计，加工和安装也会有一定影响；气密性能取决于外窗的窗型设计、材质、组装和安装质量。

本文在对国内某几个典型的被动式超低能耗建筑用外窗性能测试评估的基础上，给出了目前被动式超低能耗建筑外窗存在的典型问题和相应分析，对国内被动式超低能耗建筑用外窗的设计和安装具有重要参考价值。

2、测试方法

2.1外窗传热系数测试评估

外窗传热系数评估以实验室测试报告数据为主，外窗传热系数测试依据《建筑外门窗保温性能分级机检测方法》GB/T8484-2008，节点模拟计算依据《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》JGJ/T-2008.

2.2外窗空气渗漏普测

外窗空气渗漏普测采用红外热像仪定性测试。

测试是在冬季室外温度较低的情况下进行的，外窗存在渗漏时，室内侧的红外热像图会存在明显的低温区域，可简便。

迅速地评估外窗的气密性能。

2.3外窗气密性能现场测试

外窗气密性能现场测试时对外窗气密性能的定量评估手段，是对外窗空气渗透测试有力证明。

依据《建筑外窗气密、水密、抗风压性能现场检测方法》JG/T211-2007测试，依据《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》GB/T7106-2008分级。

2.4外窗内表面温度监测

外窗内表面温度监测是对外窗内表面各点在连续时间段内温度变化进行监测，是测试外窗热工薄弱环节的一种手段。

监测的主要方法是在外窗的内外表面典型点粘贴温度传感器，并连续采集温度数据。

2.5外窗内表面结露检查

通过目测检查外窗内表面是否存在结露问题，并拍照留证。

被动式超低能耗建筑外窗是不允许存在室内表面存在结露的，但测试发现部分外窗存在严重结露现象。

3、测试结果分析

3.1外窗空气渗漏普测结果及分析

几个典型工程的外窗做法及传热系数K值评估结果见表1

由表1可知，几个典型被动式低能耗示范工程的外窗传热系数均小于1.0W/（m2k）。

由于目前国内还没有被动式超低能耗建筑用窗的参数，一般认为传热系数K值低于0.8W/（m2k）或1.0W/（m2k）即可。

事实上，我国不同地区的气候条件远复杂于德国，所以，被动式超低能耗建筑用外窗传热系数还需要根据我国不同气候地区的条件确定。

3.2外窗空气渗漏普测结果及分析

以哈尔滨某被动式超低能耗建筑为例，共选取6个房间对外窗进行普测，选取外窗的房间为：

（1）房间1：

某栋-1单元-102房间；

（2）房间2：

某栋-1单元-1102房间；（3）房间3：

某栋-3单元-102房间；（4）房间4：

某栋-3单元-301房间；（5）某栋-3单元-302房间；（6）某栋-3单元-1101房间。

六个房间普测结果见表2.其中有三个房间的外窗存在严重渗漏现象，另三个房间的外窗无明显漏气现象。

外窗空气严重渗漏分两种情况：

（1）外窗窗扇处空气渗漏，见图1.应为外窗型材翘曲变形所致；该工程采用铝包木窗，木型材为集成材，在加工和使用过程种存在型材存放处或处理不当导致的变形问题。

（2）外窗与墙体接缝处空气渗漏，见图2，应为安装密封缺陷所致。

3.3外窗气密性测试结果及分析

气密性测试首先将试件外表面缝隙用胶带全部密封，测出系统附加空气渗透量；再将试件室外侧胶带去除，测出总空气渗透量；计算得到单位缝长空气渗透量和单位面积空气渗透量。

测试过程见图3，测试结果见表3.

表3几个典型工程外窗气密性能测试结果

项目

外窗

气密性

新疆某工程

90系列内平开塑料窗

7级

哈尔滨某工程

120系列内平开铝木复合窗

8级

秦皇岛某工程

82系列内平开塑料窗

8级

由表3可以看出，其中两个工程采用塑料窗，气密性能为7级；一个工程为铝木复合窗，气密性能为8级。

由于被动式超低能耗建筑要求外窗极低的传热系数，塑料窗、木窗和铝木复合（铝包木）窗是目前国内被动式超低能耗建筑用的性价比较优的几类产品。

由于塑料型材本身强度较低，导致整窗气密性能略低，个别被动式超低能耗建筑用窗还取消了增强型钢，气密性能可能会更低。

3.4外窗内表面温度监测结果及分析

以秦皇岛某工程为例，测试时间为冬季连续5天。

选取某一典型外窗试件进行内外表面温度现场监测研究，温度测点布置见图4.

试验从2月4日18:

00开始到2月8日18:

00结束，共采集4天完整数据，数据总体曲线图见图5.

由图5可以看出，玻璃边缘温度测点（测点4、测点5和测点8）温度明显偏低且波动幅度偏大，说明玻璃边缘处为热工薄弱环节；玻璃中心测点（测点6）温度波动幅度大，且晚上低于外窗除玻璃边缘测点（测点4、测点5和测点8）外的其它测点，中午高于外窗除比例边缘测点（测点4、测点5和测点8）外的其它测点，说明玻璃中心保温效果较型材略差；中午温度高于其它点说明玻璃中心在温差传热外，吸收了周围辐射和对流传热的热量。

选取某天温度较高的时刻10:

00和温度较低时刻3:

00进行分析。

某天空气温度较高时刻10:

00外窗内表面温度分布见图6；某天空气温度较低时刻3:

00外窗内表面温度分布见图7.

3.5外窗内表面结露检查结果及分析

被动式超低能耗建筑既要极大地降低建筑能耗，又要保证居住的舒适度。

为保证居住的舒适度，室内的空气温度、外窗内表面温度和室内空气湿度需重点控制。

外窗内表面温度过低会由于冷辐射引起居住的不舒适感，也有可能导致外窗结露。

某超低能耗示范工程用外窗内表面结露检查见图8.

由图8可知，该工程用外窗玻璃边缘存在严重的结露现象，实际检查时发现该工程几乎每个窗均存在不同程度的结露。

该工程位于新疆，测试时室外空气温度为-20℃，外窗的传热系数0.8W/（㎡·k）。

该外窗的传热系数指标达到了德国被动式超低能耗建筑用窗的要求，但由于新疆冬季气温远低于德国，导致外窗出现结露问题。

说明国内被动式超低能耗建筑用窗的传热系数简单参考德国的传热系数指标是不行的，需要研究确定适合于我国不同地区的传热系数指标。

4、结论

根据对我国被动式超低能耗建筑用外窗的性能测试和评估结果，可得结论如下：

测试评估结果表明，我国几个典型被动式超低能耗示范建筑用外窗的传热系数K值小于1.0W/（㎡·k）；但是，达到德国被动式超低能耗建筑用窗指标，在国内某些地区会出现结露等问题，无法保证居住的舒适度。

说明我们需要研究确定适合于我国不同地区的被动式超低能耗建筑用窗的传热系数指标。

（2）现场气密普测表明，木窗或铝包木窗在个别工程存在集成木材变形，导致严重的空气渗漏问题。

说明被动式超低能耗建筑采用木窗或铝包木窗时，应保证木材的保存和加工环境、表面处理质量，避免水汽侵蚀导致外窗质量降低。

（3）外窗气密性测试表明，铝木复合窗和塑料窗的气密性较高，达到了7级或8级的水平（最高为8级）。

相对而言，塑料窗气密性略低，这是由于塑料型材本身力学特性决定的，与实验室大量测试数据也是一致的。

（4）内表面温度测试结果表明，玻璃中心与玻璃边缘温差较大，部分外窗玻璃边缘有结露现象。

说明在被动式超低能耗建筑用窗设计过程中，应重点采取措施改善玻璃边缘热工状况。

综述，被动式超低能耗建筑用窗实测结果表明，部分外窗存在空气渗漏、边缘热工较差等问题，导致被动式超低能耗建筑节能效果变差和舒适度降低；也表明：

仅靠理论模拟计算传热系数是无法保证被动式超低能耗建筑用窗的性能的，需要注重设计、加工、组装和安装环节的质量，还需要对安装后的窗进行评估改进，才能最终保证被动式超低能耗建筑达到预期的节能效果和居住舒适度。