被动式超低能耗建筑用外窗传热系数指标分析.pdf
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1、2023年9 月被动式超低能耗建筑用外窗传热系数指标分析徐海华1 严浩董呈明3(1.浙江省建设工程质量检验站有限公司,浙江杭州3 1 0 0 1 2;2.中亿丰罗普斯金材料科技股份有限公司,江苏苏州2 1 5 1 0 0;3.浙江瑞明节能门窗技术有限公司,浙江湖州3 1 3 2 0 3)摘要:近几年,被动式超低能耗建筑开始增多,作为节能建筑的代表,被动式建筑对外窗性能的要求极为严格,只有安装传热系数符合要求的外窗,才能使超低能耗建筑的价值得到最大化体现。文章以此为背景,围绕外窗传热系统的计算与选择展开了讨论,先介绍了相关指标的计算标准和方法,随后,对指标确定依据进行了分析,希望能够给相关人员以
2、启发,为日后设计外窗产品、建设被动式建筑等工作的开展提供理论参考。关键词:传热系数指标;被动式超低能耗;建筑施工;外窗0引言新形势下,节能减排发展理念在建筑领域得到落实,通过做好外窗节能设计,优化外窗传热系数,实现节能减排目标。以德国为代表的西方国家,在外窗节能研究领域的起步较早,并提出了实现外窗节能的行业标准规范,要求建筑节能达到零能耗,即推广“被动式超低能耗建筑”。在我国,该类建筑需要在住建部统一指导下组织建设,现已取得了一定成就,如秦皇岛的“在水一方”。在绿色节能理念下,如何控制外窗传热系数成为业内人士关注的重点,为实现上述发展目标,有必要对门窗传热系数做出准确分析与计算,使本研究课题凸
3、显其现实意义。1研究背景新时期,节能环保的重要性逐渐为人们所熟知,针对节能建筑所展开研究的数量不断增加,其中,多数研究均提到了“被动式超低能耗建筑”。作为建筑行业节能发展道路上的里程碑,被动式建筑对外窗传热系数所提出的要求极为严格,虽然我国已拥有大量被动式建筑,但尚未对外窗传热系数及相关指标进行统一,多数施工单位选择照搬德国规定,由于德国和我国气候存在明显差异,因此,按照德国规定选择外窗并建设被动式建筑,在热舒适度、节能性等方面的表现往往无法达到预期 。在此背景下,越来越多的专家和学者将目光聚焦于外窗传热系统,希望能够尽快确定相应的研究方法与计算公式,使被动式建筑的优点得到充分发挥。首次提出“
4、被动式建筑”概念的沃尔夫冈菲斯特,便在其所出版的指南类书籍中明确指出:(1)外窗传热系数应在0.8 5 以下,这样要求的目的是保证建筑能量平衡且具有良好的热舒适性,若建筑房间内节能科技文章编号:2 0 9 5-4 0 8 5(2 0 2 3)0 9-0 1 3 7-0 3未安装散热器,则要保证设计条件下,外窗内侧温度平均值在1 7 以上;(2)为避免房间内长出大量霉菌,应保证外窗内侧温度始终不低于1 3 。换言之,对被动式建筑而言,要想保证外窗传热系数符合要求,关键是要将外窗视为一个整体,在此基础上,以内表面温度平均值为依据,对传热系数加以确定,确保即使在不供暖的前提下,外窗内侧温度的平均值仍
5、然能够达到1 7 以上,只有这样才能使外窗具有理想的热舒适度 2 。2外窗传热系数指标计算被动超低能耗建筑指的是对自然条件、气候特征具有良好适应性,配有气密性、隔热性及保温性理想的围护结构,可以凭借新风热回收相关技术对自身供冷、供暖需求加以控制,能够使可再生能源得到充分利用,只需消耗少量能源便可以为人们提供符合其心理诉求的室内环境的绿色建筑 3 。被动式建筑所使用的围护结构并不局限于地面、屋面和墙面,还包括外窗,且外窗为建筑设计薄弱点,鉴于此,在选择建筑外窗时,需要重点考虑其传热系数,对该项指标进行计算的标准和具体方法如下。2.1计算标准2.1.1传热学原理传热学共涉及以下几大理论:一是特性不
6、同的物体,其所发出红外线的波长也有所不同,红外线特性主要取决于发射物体特性,同时对接收物体特性具有明确要求,一般来说,由固体物质所发出红外线,更容易被固体物质所接收,气体物质则难以接收到固体物质所发出红外线。二是热能可以通过对流、辐射或是传导的方式传递。三是高温环境下,9 0%或以上的热能会经由辐射的方式进行传递,实测辐射强度主要.137 节能科技取决于温度。四是受热物体所表现出的热能传导能力,通常会随着其内部、表面温度对应梯度的增加而增加,同时随着热阻的增强而减弱。五是辐射热能所具有吸收能力,往往取决于受热物体黑度,换言之,表面黑度较高的受热物体,其吸收辐射热能的速度和效果均强度表面黑度较低
7、的受热物体 4 。2.1.2热舒适度准则随着社会的进步,人们越来越追求生活品质,一部分人认为,温度适宜的中性环境更能够使人体感到舒适,相关指标也已被多个国家写人本国所实施的环境标准中。然而,实践经验表明,过于追求中性的室内环境,不仅会提高建筑施工成本,还会消耗大量宝贵的能源。在此背景下,有专家提出了热舒适度准则,该准则明确指出,恒湿恒温的稳定环境并不能够保证人体的健康,在允许范围内适度偏离舒适指标的环境,可以给人体以刺激,使身处其中的人变得更加健康。目前,世界多国均采用方格教授首创的PMV评价环境热舒适度,该指标涉及人体代谢率、温度和湿度等要素,取值范围在-3 至+3 之间,其中,0 代表环境
8、中性,-3 至0 代表环境温度偏低,0 至+3 代表环境温度偏高。2.2计算方法传热系数指的是在传热条件稳定、围护两端温度相差1 的情况下,1 m单位面积每秒所传递热量平均值,单位为W/mK5。传热系数的取值主要取决于传热材料、传热过程。目前,对传热系数进行现场检测的常用方法包括三种,分别是非稳态法、热流计法还有热箱法,三者的适用场景有所不同,并且均存在突出的优点及不足,需要有关人员视情况做出选择。在本项目中,有关人员以传热学原理、热舒适度准则为依据,对计算外窗传热系数所使用公式进行了推导,具体推导过程和结果如下:首先,将建筑外窗视为一个整体,假设建筑内部空气温度是2 0(用t表示),外窗内侧
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