淺析中空玻璃三重節能助力被動房門窗的發展

【中玻網】一、被動房的起源
　　
　　被動式房屋的概念較早源于1988年5月的一次討論，由瑞典隆德大學的Bo Adamson教授和德國達姆施塔特房屋與環境研究所（Institutfür Wohnenund Umwelt）的WolfgangFeist博士提出。之后，經過深入的研究和德國黑森州相關部門的資助，被動式房屋的概念逐步確立起來。基于德國氣候條件的被動房能效指標包括：單位面積年采暖(制冷)需求≤15kWh/(m2a)；一次能源總需求(含采暖、制冷、通風、照明、熱水、輔助能源及家用電器)≤120kWh/(m2a)；外門窗的傳熱系數Uw≤0.8W/(m2·K)；建筑物氣密性滿足n50<0.6/h，即在室內外壓差為50帕的條件下，每小時的換氣次數不得超過0.6次。
　　
　　二、被動房對門窗物理性能的要求
　　
　　我國地域遼闊，氣候復雜多樣，需根據不同區域氣候特點及建筑類型對采暖、制冷需求及一次能源總能耗需求指標進行相應的調整。嚴寒和寒冷地區，被動房冬季采暖能耗應是普通節能建筑的1/10-1/4,基本可以清理對傳統化石燃料的依賴；在夏熱冬冷地區，被動房不設置集中采暖冬季室內溫度可達到20℃以上，夏季空調負荷僅相當于普通建筑的1/3,非常大限度地降低空調使用時間。
　　
　　被動房屋對外窗的要求是要具有良好的采光、隔熱和保溫性能。整窗Uw值可通過下式計算得到：

　　
　　
　　其中：Uw—整窗的傳熱系數，W/(m2·K)；
　　
　　Ag—中空玻璃的面積，m2；
　　
　　Ug—中空玻璃中心的傳熱系數，W/(m2·K)；
　　
　　Uf—型材的傳熱系數，W/(m2·K)；
　　
　　Af—型材的面積，m2；
　　
　　Lg—中空玻璃邊緣的周長，m；
　　
　　Ψg—中空玻璃邊緣的線性傳熱系數，W/(m·K)。
　　
　　從上式可以看出，窗框型材的傳熱系數U值、中空玻璃中心的傳熱系數U值以及玻璃邊緣的線性傳熱系數Ψ值是降低整窗U值的三個主要因素，玻璃的合理選用是門窗能否滿足節能指標要求的重要途徑。
　　
　　三、三重節能的中空玻璃系統
　　
　　熱量的散失通過輻射、對流和傳導三種方式，中空玻璃三重節能旨在系統化節能：使用Low-E玻璃可減少輻射傳熱，充惰性氣體可降低對流換熱，采用柔性暖邊隔熱條能夠弱化熱傳導。
　　
　　1、中空玻璃三重節能技術措施
　　
　　（1）合理選用Low-E玻璃。根據不同地區的氣候特點，選用不同品種的Low-E玻璃。
　　
　　（2）優化中空玻璃空氣間隔層，充惰性氣體。
　　
　　（3）采用柔性暖邊密封技術。高質量的柔性暖邊具有較低的中空玻璃邊緣線性除熱系數的Ψ值。柔性密封技術可以適應玻璃的呼吸，非常大限度地提高惰性氣體的保持率。高質量的柔性暖邊還降低了中空玻璃邊緣線性傳熱系數的Ψ值，使得門窗表面溫度差異更小，降低冷輻射。
　　
　　（4）采用不同厚度的玻璃，有利于提高外窗的隔聲性能。
　　
　　2、三重節能中空玻璃系統整窗的計算
　　
　　按照歐洲標準，選擇配置三重節能的中空玻璃系統計算符合被動房要求的整窗配置（見表1）。

　　根據式2-1，按照型材占整窗面積25%，高質量柔性暖邊ψ=0.02,玻璃周長4.5m，整窗的Uw=0.8，計算窗框型材的傳熱系數：
　　
　　0.8=0.25×Uf+0.75×0.58+0.02×4.5/(0.75+0.25)
　　
　　Uf=1.1W/(m2·K)。
　　
　　根據計算結果可知，只要型材的傳熱系數能達到Uf≤1.1W/(m2·K),即可以達到被動房整窗傳熱系數U≤0.8W/(m2·K)的要求。因此，可以根據設計要求以及預算選擇不同型材（塑料窗/玻璃鋼窗/實木窗/鋁包木窗）的門窗。
　　
　　3、不同標準的外窗傳熱系數計算
　　
　　計算外窗的傳熱系數，歐洲標準、美我國窗評價委員會標準和我國行業標準的計算參數規定不同，因而計算結果也有所差異。見表2、表3。

　　從表3可以看出，由于采用的計算標準不同，玻璃的傳熱系數計算結果相差0.2W/（m2·K）左右，對整窗的傳熱系數將有相應的影響。
　　
　　四、總結與思考
　　
　　《被動式低能耗建筑(中德合作)示范項目手冊》中建議：采用三層Low-E玻璃，玻璃間充惰性氣體(氬氣或氪氣)，中空玻璃傳熱系數Ug≤0.8W/(m2·K)，玻璃間隔條采用耐候性良好的非金屬間隔條，中空玻璃的太陽得熱系數SHGC≥0.5。窗框通常為多腔木框架或塑料框架，填充效率高的保溫芯材，整窗的傳熱系數值達到0.8-1.0W/(m2·K)。
　　
　　三重節能的中空玻璃按照不同的U值將會有多種的選擇，那么選取的型材的種類將更加寬泛，成本更低。使被動房屋的大面積推廣奠定良好的基礎。
　　
　　被動房的推廣功在當代利在后世，三重節能中空玻璃系統為我國被動房和低能耗建筑的節能門窗提供了經濟合理的優良產品。