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從建筑節能標準角度淺議門窗保溫性能
點擊次數:1886 更新時間:2015-11-25

    門窗是為了節能,我們實現建筑節能的幾個重要的技術途徑,可以澄清一下大家的思路。
      *,建筑節能無非就是要降低建筑在使用過程當中的能耗,一個是降低建筑的耗能負荷。為什么會耗能呢?因為冬天外面太冷了,屋里的熱量流出去了,所以需要用暖氣片來補充能量。如果墻做得厚,保溫性能好,那么流出去的熱量少,需要補充的熱量就少。這是zuizui基本的節能的途徑,我們的保溫門窗其實就是發揮這樣的作用,簡單的說,就是降低建筑的采暖負荷。
      第二,提高采暖、空調、照明等系統的用能效率,設備能效、設備容量合理、系統控制靈活。
      第三,能源的梯級利用、低品質能的利用。大家都看到發電廠會冒著呼呼的白氣,其實這都是在冷凝,冷凝熱用來發電不行,但是用來采暖還是足夠的。所以低品質能*是可以利用到采暖上來的。
      第四,使用可再生能源。使用可再生能源就目前人類掌握的技術水平來講,付出的代價還是非常大的,因此更多的還是在節約常規能源上下工夫。
      第五,科學合理的運行管理。不管什么技術,zui后都需要通過科學合理的運行管理來把它的節能潛力真正發揮出來。
      我今天報告的主題是從節能標準的角度來講窗的保溫性能,所以要把節能標準簡單說一下。我們國家幅員遼闊,960萬平方公里土地,根據1月份zui冷月和7月份zui熱月的月平均氣候,把我們國家分成五類氣候地區,深藍色的叫沿海地區,淺藍色叫寒冷地區,北京市、高碑店就叫寒冷地區,綠色是夏熱冬冷地區,紅色的地區是夏熱冬暖地區,冬天問題不大,夏天非常大。只有很小的一塊,以昆明為核心的云貴高原叫溫和地區,其實這個溫和地區冬天還是需要有一點采暖的。我們分別有這樣幾種標準,一個是嚴寒寒冷地區的建筑節能設計標準,85年*版,95年第二版,2003年是第三版。
      采暖、空調負荷的很大一部分是由室內外的溫差傳熱引起的,還有通過玻璃的太陽輻射,其實傳熱的現象是無處不在的,出現了溫差就一定會出現傳熱,傳熱只會減弱,但是永遠無法消除。不管我們的墻、窗做得多么好,都只是減弱傳熱,而不能*消除。增強建筑圍護結構的保溫、隔熱性能,可以大幅度的降低采暖、空調系統的負荷,從而達到建筑節能目的。如果我們冬天穿上很厚的衣服,可能就不需要喝燒酒了,或者少喝點燒酒。就是這個意思。
      建筑圍護結構的節能作用在住宅當中作用尤為突出。對住宅來說,因為系統的形式比較簡單,不像公共建筑那么復雜,所以圍護結構在這當中起的作用就更大。
      所謂圍護結構,就是墻、屋頂、窗,包括一些挑出的外露的樓板,就是把房子包起來的外層的包殼。從技術上講可以分成兩類,一類是非透明的,透明的圍護結構主要是講窗,現在還有在公共建筑里大量利用的幕墻和采光頂。從傳熱、節能角度講有大量的不同,非透明圍護結構只需要考慮溫差傳熱,透明圍護結構不僅要考慮溫差傳熱,還要考慮太陽輻射透射,太陽輻射在北方的冬天希望進來的越多越好,而在南方的夏天是希望它進來的越少越好。非透明圍護結構阻止溫差傳熱的能力較容易。透明圍護結構阻止溫差傳熱的能力不那么容易。
      透明圍護結構的特點,與非透明圍護結構相比:傳熱過程既有溫差引起的導熱,又有輻射。夏季室內熱負荷的主要原因之一。冬季特定情況下,也可以成為得熱構件。傳熱系數降低難。單位平米造價高。
      節能標準對透明圍護結構的要求。以北京為例,因為中國的南北氣候差異太大。德國從南到北直線距離800公里,想想我們中國是多少,我們分成五個氣候區,每個氣候區足夠比幾個歐洲的國家都要大。
      我們國家*本建筑節能設計標準是86年開始搞的,當時對傳熱系數提出的比例,北向的窗是3.26,其他方向的窗是6.4,為什么提這樣一個非常低的要求呢?因為當年我們門窗工業的水平就是這樣,所以只能這樣。從編標準的角度來講,把數字很容易寫上去,但是必須有足夠的產業支撐,如果沒有足夠的產業支撐,寫也是白寫,因為技術標準不僅僅是反映技術,其實還反映了行業的平均技術水平。一直到95年,這版標準重新修訂,那時候門窗業的技術有了比較明顯的進步,比如那時候開始出現一些塑鋼的門窗了,所以那時候窗的傳熱系數大概就要求4幾點。從今天來講,還是屬于比較差的窗戶,但是如果我們跟6.4來比,已經提高了很多了,必須是一步一步過來的。
      我們的標準編制、修訂頻率跟發達國家比,顯然是慢了一些。這本標準一直到2010年才進行修訂,把窗的傳熱系數大幅度提高,比如當窗墻面積比,就是一面墻上床的面積如果很大的話,把標準提到到了1.8,但是這個1.8很難做到。如果窗墻比小,就定在3.1,如果窗墻比大就定1.3,鍍了膜的雙腔玻璃,當然我也希望做提高,但是因為受到行業發展水平以及愿意為它付出的代價、價格都有關系。
      北京市的節能標準,在北方地區的建筑節能標準上又提高了一步,zui嚴格的要做到1.5,這個數字其實編這個標準的時候也是反復討論,寫的時候很容易,但是其實能不能做得到。這個標準到現在執行一年多了,我聽到很多反映,1.5的窗不是找不到,但是大部分房地產開發商還是覺得太貴,不愿意用。這就是現實。
      除了窗本身的傳熱系數之外,我們也會計算透明圍護結構,一個是透明傳熱,一個是溫差傳熱,我們把兩個*物理機理不同的方法分開來,也會幫助你很好的設計好門窗。
      把發展歷程列在一張表上,大家會發現從4.0-4.7,從1.8-3.1,從1.5-2.0,北京是zui嚴格的城市,我相信天津也會往這方面走,但是目前為止這是中國zui高的水平了,就是1.5-2.0。從86年到現在為止,要求提高了70%,數字還是非常大的。當然從進一步搞建筑節能來講,這個幅度還要繼續加大。
      取了幾個典型的中層建筑、高層建筑、和低層建筑。按照zui常規的窗墻面積比,按照北京市的氣候條件,算了一下它的節能效果。主要是說它的能耗有百分之多少是從窗出去的,因為我也聽說窗是一個節能的黑洞,黑洞這個話非常形象,但是實際情況是要用數字說話。可以看得出如果86年的30%的節能標準實施的話,在低層、多層、高層建筑,窗占的能耗,低層建筑是35恩%,高層建筑是70%,到了95年,雖然把標準大幅度提高了,但是比例還是維持70%甚至于更高,非常奇怪,北京的節能標準應該比國家的節能標準要求更高,但是窗的比例反而提高了,為什么原因?這就是反映出了我剛才說的,墻比較好做,增強它的保溫性能,窗比較難做,所以只能尊重這樣一個事實。這張圖很形象,白色的就是窗在整個北京地區建筑負荷采暖的比例,就是62%,60%左右的高層采暖負荷是由于窗戶造成的。即使是到了2012年北京市更加嚴格的節能標準,比例還是有升高,67%、65%左右的熱量,或者你家里有十片暖氣片,其中有六片半貢獻出來的熱量,就是從窗里流走的。如果把窗的保溫性能降低一半,你的暖氣片就可以再少三片,原來十片,現在就七片就夠了。所以窗確實是建筑節能非常非常關鍵的一個環節。這是一個角度,但是從另外一個角度,為什么不把窗做好呢?大家都是門窗界的專家,因為不太容易做。
      計算結果表明,外門窗耗熱量占圍護結構耗熱量的比例,隨建筑層數的增加而增加。隨著節能標準的發展,這一比例開始是往下降的,后來是大幅下降,現在反而又升高了,這就反映出來窗不太好做,間接反映出窗的傳熱系數限制值的熱工性能限制的實際情況。
      為了減少北京的霧霾,為了降低二氧化碳排放,為了保護寶貴的能源資源,節能標準水平肯定還要提高,未來對高透性的圍護結構的熱工性能肯定還要提高。我們走過了很長一段路,效果也非常明顯。

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