浅析中空玻璃三重节能助力被动房门窗的发展

【中玻网】一、被动房的起源
　　
　　被动式房屋的概念较早源于1988年5月的一次讨论，由瑞典隆德大学的Bo Adamson教授和德国达姆施塔特房屋与环境研究所（Institutfür Wohnenund Umwelt）的WolfgangFeist博士提出。之后，经过深入的研究和德国黑森州相关部门的资助，被动式房屋的概念逐步确立起来。基于德国气候条件的被动房能效指标包括：单位面积年采暖(制冷)需求≤15kWh/(m2a)；一次能源总需求(含采暖、制冷、通风、照明、热水、辅助能源及家用电器)≤120kWh/(m2a)；外门窗的传热系数Uw≤0.8W/(m2·K)；建筑物气密性满足n50<0.6/h，即在室内外压差为50帕的条件下，每小时的换气次数不得超过0.6次。
　　
　　二、被动房对门窗物理性能的要求
　　
　　我国地域辽阔，气候复杂多样，需根据不同区域气候特点及建筑类型对采暖、制冷需求及一次能源总能耗需求指标进行相应的调整。严寒和寒冷地区，被动房冬季采暖能耗应是普通节能建筑的1/10-1/4,基本可以清理对传统化石燃料的依赖；在夏热冬冷地区，被动房不设置集中采暖冬季室内温度可达到20℃以上，夏季空调负荷仅相当于普通建筑的1/3,非常大限度地降低空调使用时间。
　　
　　被动房屋对外窗的要求是要具有良好的采光、隔热和保温性能。整窗Uw值可通过下式计算得到：

　　
　　
　　其中：Uw—整窗的传热系数，W/(m2·K)；
　　
　　Ag—中空玻璃的面积，m2；
　　
　　Ug—中空玻璃中心的传热系数，W/(m2·K)；
　　
　　Uf—型材的传热系数，W/(m2·K)；
　　
　　Af—型材的面积，m2；
　　
　　Lg—中空玻璃边缘的周长，m；
　　
　　Ψg—中空玻璃边缘的线性传热系数，W/(m·K)。
　　
　　从上式可以看出，窗框型材的传热系数U值、中空玻璃中心的传热系数U值以及玻璃边缘的线性传热系数Ψ值是降低整窗U值的三个主要因素，玻璃的合理选用是门窗能否满足节能指标要求的重要途径。
　　
　　三、三重节能的中空玻璃系统
　　
　　热量的散失通过辐射、对流和传导三种方式，中空玻璃三重节能旨在系统化节能：使用Low-E玻璃可减少辐射传热，充惰性气体可降低对流换热，采用柔性暖边隔热条能够弱化热传导。
　　
　　1、中空玻璃三重节能技术措施
　　
　　（1）合理选用Low-E玻璃。根据不同地区的气候特点，选用不同品种的Low-E玻璃。
　　
　　（2）优化中空玻璃空气间隔层，充惰性气体。
　　
　　（3）采用柔性暖边密封技术。高质量的柔性暖边具有较低的中空玻璃边缘线性除热系数的Ψ值。柔性密封技术可以适应玻璃的呼吸，非常大限度地提高惰性气体的保持率。高质量的柔性暖边还降低了中空玻璃边缘线性传热系数的Ψ值，使得门窗表面温度差异更小，降低冷辐射。
　　
　　（4）采用不同厚度的玻璃，有利于提高外窗的隔声性能。
　　
　　2、三重节能中空玻璃系统整窗的计算
　　
　　按照欧洲标准，选择配置三重节能的中空玻璃系统计算符合被动房要求的整窗配置（见表1）。

　　根据式2-1，按照型材占整窗面积25%，高质量柔性暖边ψ=0.02,玻璃周长4.5m，整窗的Uw=0.8，计算窗框型材的传热系数：
　　
　　0.8=0.25×Uf+0.75×0.58+0.02×4.5/(0.75+0.25)
　　
　　Uf=1.1W/(m2·K)。
　　
　　根据计算结果可知，只要型材的传热系数能达到Uf≤1.1W/(m2·K),即可以达到被动房整窗传热系数U≤0.8W/(m2·K)的要求。因此，可以根据设计要求以及预算选择不同型材（塑料窗/玻璃钢窗/实木窗/铝包木窗）的门窗。
　　
　　3、不同标准的外窗传热系数计算
　　
　　计算外窗的传热系数，欧洲标准、美我国窗评价委员会标准和我国行业标准的计算参数规定不同，因而计算结果也有所差异。见表2、表3。

　　从表3可以看出，由于采用的计算标准不同，玻璃的传热系数计算结果相差0.2W/（m2·K）左右，对整窗的传热系数将有相应的影响。
　　
　　四、总结与思考
　　
　　《被动式低能耗建筑(中德合作)示范项目手册》中建议：采用三层Low-E玻璃，玻璃间充惰性气体(氩气或氪气)，中空玻璃传热系数Ug≤0.8W/(m2·K)，玻璃间隔条采用耐候性良好的非金属间隔条，中空玻璃的太阳得热系数SHGC≥0.5。窗框通常为多腔木框架或塑料框架，填充效率高的保温芯材，整窗的传热系数值达到0.8-1.0W/(m2·K)。
　　
　　三重节能的中空玻璃按照不同的U值将会有多种的选择，那么选取的型材的种类将更加宽泛，成本更低。使被动房屋的大面积推广奠定良好的基础。
　　
　　被动房的推广功在当代利在后世，三重节能中空玻璃系统为我国被动房和低能耗建筑的节能门窗提供了经济合理的优良产品。