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如何改善建筑节能薄弱环节的门窗洞口?

建筑业内,都说门窗是建筑的“眼睛”。是因为门窗洞口承担了建筑的太多功能,诸如:①围护分隔室内外;②采光通风;③防水隔汽;④保温隔热;⑤遮阳防眩;⑥隔音降噪;⑦装饰点缀;⑧防火……

经济发展至今,我国的GDP总量已是世界第二,距世界第一差距不到其30%。我国用40年左右的时间,在世界东方再次创造奇迹。伴随着国内人们对美好生活的追求日盛,对建筑的舒适度要求也更高。

但众所周知,美好生活和建筑的舒适度,传统的用能模式已经无法满足,国家的“双碳”目标及产业政策已在宏观层面给出解决方案;“顺风者行千里易,逆风者进一里难”!建筑业和相关产业链在这几十年中更是取得了长足的进步,全国绝大部分省份已迈过建筑节能“三步走”,正在缔造“新蓝图”。



但也不可否认,建筑的外门窗洞口仍是建筑节能的薄弱环节!究其原因如下:

 1 

工艺上

建筑的外墙和屋顶,基本上都是一次性施工而成,相对而言其整体性和气密性较好;而门窗却是后装,尽管采取各种措施,来保证断桥、气密性、防水等等,但毕竟不如墙体的连续施工成型来得可靠;


 2 

功能限制

其实建筑外门窗的厚度通常仅有外围护屋顶和外墙的1/6~1/3,正如前面所述,门窗洞口同时还需要承载太多的建筑功能需求;门窗设计、制造和安装过程中需要兼顾上述所有功能。当然,功能越多越难做,特别是各个功能之间有时还是对立的(如夏季的遮阳隔热和冬季的采光得热),这也决定了门窗的性能不可能像建筑的其他外围护在传热系数K值指标上那么强大!

在《近零能耗建筑技术标准》GB/T51350-2019中,第6.1围护结构(如下图),由这个标准可见,外窗的传热系数是屋面标准的5.7~13.3倍,是外墙标准的5~13.3倍,也就是说建筑外门窗在传热系数指标上,能耗负荷也是其他外围护构件的同倍数!且随着时间推移,外门窗的总体性能尚会降低,也就是能耗负荷将会进一步增大。

很欣喜得知,门窗行业已有头部企业能将门窗的传热系数做到0.6w/(m²·k),这已与屋面及外墙传热系数比较接近,但其高昂的价格限制了产品的推广和大量使用,但愿随着工业进步,产品性能和单价能满足推广和大量使用的要求。


 3 

太阳得热

其实建筑外门窗的得热和失热,主要是三个途径:①太阳得热;②热交换;③空气渗透。而门窗气密性性能基本堵住了“空气渗透”的途径;整窗的K值或U值性能基本上解决了“热交换”的途径;唯有“太阳得热”的途径造成的室内“过度得热”重视程度不够

门窗的太阳得热不同于外围护的屋顶和外墙,是因为太阳光到达地面通常是0.295-2.5um的波段,它具有穿透能力强和太阳光热能最集中的特点(如下图:太阳光与热辐射),光热能轻易穿透门窗透光部分的玻璃,却不能穿透不透光的屋顶和外墙。门窗的过度太阳得热能显著引起室内能耗负荷的增加,是建筑节能重要的“拦路虎”之一,也是低成本的重要改善点

接下来,举例说明:南京市某拟建建筑,室内处理后楼面面积100m²,南向外门窗共13.5m²(QC约为:0.36),玻璃占比为78%,玻璃g值为0.5,门窗的SD值为0.3,已知南京南向夏季的太阳辐射度为316w/m²,试分别求出有无外遮阳的南向外门窗太阳得热负荷值:

SD=1 室内太阳得热负荷:

Ps=g*Ag*Es=0.5*13.5*78%*316/100=16.64w/m²

SD=0.3 室内太阳得热负荷:

Ps=SD*g*Ag*Es=0.3*0.5*13.5*78%*316/100=4.99w/m²

4.99w/远远小于16.64w/,可见,有外遮阳的情况下,外门窗太阳得热的室内处理后楼面面积的热负荷比没有外遮阳明显小,这对改善室内光热舒适度和节约空调能耗有至关重要的作用!这也就是仅仅计算太阳得热部分引起的室内面积的热负荷,门窗的对流次数也是很关键的另一个指标。


写在最后:

综上,建筑门窗发展至今,可以说达到了空前的技术水准。但不可否认,在建筑的外围护中,确实还是建筑节能的薄弱环节。而活动式外遮阳设备能有效改善外门窗的太阳得热,从而降低供冷季节时的室内供冷负荷,同时通过启闭调节其外遮阳系数SD值,也可以降低供暖季节时的室内供暖负荷;更可以通过节点设计来调整外门窗外表面的对流次数来进一步降低外门窗的能耗,是建筑外围护门窗的重要补充

                                                                  

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