中國被動(dòng)式鋁合金用窗研發(fā)

1、中國被動(dòng)式鋁合金用窗研發(fā)1前言被動(dòng)式房屋PassiveHouse是歐洲倡導(dǎo)的一種新型節(jié)能建筑，在歐洲尤其是德國的開展較為迅速，這正是得益于德國政府重視節(jié)能。德國的門窗節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求高，目前北京執(zhí)行的75%節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為整窗值小于2.0W/m2·K，落后德國整整20年。在中國大力推行建筑節(jié)能工作的時(shí)候，被動(dòng)房成為一個(gè)很重要的平臺。被動(dòng)房的研發(fā)和推廣對我國建筑節(jié)能政策的推進(jìn)和門窗節(jié)能技術(shù)的提升有著非常重要的意義。2被動(dòng)式鋁合金用窗的研發(fā)2.1Rocky110+的研發(fā)作為門窗幕墻行業(yè)的節(jié)能先鋒，泰諾風(fēng)公司很早就開始關(guān)注被動(dòng)式鋁合金用窗的研發(fā)和應(yīng)用，并在歐洲參與了眾多企業(yè)的開發(fā)研究等設(shè)計(jì)工作，

2、積累了大量的工作經(jīng)驗(yàn)。2021年泰諾風(fēng)聯(lián)合德國諾托配合青島樂克來新型門窗共同開發(fā)了中國第一款通過德國被動(dòng)房研究所認(rèn)證的被動(dòng)式鋁合金用窗，實(shí)現(xiàn)了中國被動(dòng)式鋁合金用窗零的突破。青島中德生態(tài)園是由中德兩國政府建設(shè)的首個(gè)可持續(xù)開展示范合作工程，其中被動(dòng)房工程意在建設(shè)被動(dòng)房中國技術(shù)中心，建立相關(guān)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和產(chǎn)業(yè)基地。為此，泰諾風(fēng)和樂克來開始了Rocky110+的研發(fā)之路。開始階段設(shè)計(jì)方案使用了=0.5W/m2·K的中空玻璃，并搭配使用暖邊間隔條，型材復(fù)合了54mm的隔熱條，模擬計(jì)算后得到了整窗值小于0.8W/m2·K的結(jié)果。但是后期和PHI溝通中卻得知：PHI把全球劃分成了7個(gè)氣候區(qū)，

3、每個(gè)氣候區(qū)都有規(guī)定的值，青島對應(yīng)的氣候區(qū)只能采用=0.7W/m2·K配置的玻璃。所以想要值小于0.8W/m2·K，值也應(yīng)該小于0.8W/m2·K才能到達(dá)PHI的認(rèn)證要求。并且，PHI提出了一個(gè)新的概念：“值不透明局部的線傳熱系數(shù)，計(jì)算公式為：表1PHI節(jié)能評級標(biāo)準(zhǔn)不透明局部的線傳熱系數(shù)W/m·K被動(dòng)房節(jié)能等級0.110PhA0.155phB0.220phC整窗值達(dá)標(biāo)的被動(dòng)窗是依據(jù)通過不透明局部的熱量流失進(jìn)行評級的，其性能等級的影響因素有型材的值、型材可視面積、玻璃邊部的線傳熱系數(shù)和玻璃邊部周長。根據(jù)PHI的節(jié)能評級標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)0.110W/m·K時(shí)

4、，節(jié)能等級評定為A；當(dāng)0.155W/m·K時(shí)，節(jié)能等級評定為B；當(dāng)0.220W/m·K時(shí)，節(jié)能等級評定為C。按照這種評級方法，在被動(dòng)窗開發(fā)過程中，僅僅考慮值是不全面的。因?yàn)橐揽扛咝阅苤锌詹Ａ踔琳婵詹Ａ斫档椭担詫?shí)現(xiàn)值小于0.8W/m2·K的設(shè)計(jì)，會因?yàn)椴煌该骶植烤€傳熱系數(shù)值超標(biāo)而降級甚至無法通過認(rèn)證。所以型材值和玻璃值應(yīng)該同步提升，共同完成被動(dòng)窗的設(shè)計(jì)優(yōu)化。換言之，被動(dòng)房用窗追求的是同時(shí)兼顧使用優(yōu)質(zhì)的型材、玻璃和間隔條，而不是僅僅通過取長補(bǔ)短來實(shí)現(xiàn)值達(dá)標(biāo)。根據(jù)計(jì)算公式可知，值選用暖邊間隔條后，已經(jīng)無法再大幅降低，且影響比例缺乏10%。所以要想通過認(rèn)證必須在值上

5、有所突破，所以筆者就開始了為期半年的研發(fā)之路。為了降低值，最初嘗試了增加隔熱條的寬度，但是簡單的把隔熱條從54mm加大到64mm，的改善量缺乏0.3W/m2·K。中期我們對密封膠條和泡沫填充進(jìn)行了優(yōu)化，但是值還是只到達(dá)1.0W/m2·K左右。后期，我們對型材結(jié)構(gòu)和密封膠條進(jìn)行了大幅升級調(diào)整，并且使用了導(dǎo)熱系數(shù)更低的發(fā)泡進(jìn)行填充，使值到達(dá)了0.888W/m2·K。最后，筆者研究了可視面高度的變化對值的影響，135168mm局部結(jié)果如下表：表2可視面高度的變化對值得影響可視面高度UfUw1350.8880.810.1531450.8540.80.1591550.826

6、0.790.1651680.7970.780.174由表2可知：隨著可視面高度的增大，值隨之下降。結(jié)果和我們傳統(tǒng)認(rèn)知是相反的。通過熱工模擬和對整窗計(jì)算公式的分析，筆者認(rèn)為主要是因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)認(rèn)知中，玻璃的值一般比值低很多，降低可視面高度可以增大玻璃可視面積占比，有利于降低值。但是被動(dòng)房用窗值一般會到達(dá)0.8W/m2·K左右，和=0.7W/m2·K幾乎相差無幾，所以“玻璃可視面積占比增加帶來的改善并不大。為此筆者進(jìn)行了模擬，通過比照兩份熱工計(jì)算書的數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)，可視面高度從135mm提高到168mm后，的計(jì)算結(jié)果增大了0.0507W/K，的計(jì)算結(jié)果減小了0.0972W/K，減

7、小了0.0047W/K，結(jié)果減小了0.0513W/K。帶入公式計(jì)算，值減小了0.0282W/m2·K。最終，我們選用了168mm的可視面高度。它的值到達(dá)了0.797W/m2·K，整窗值到達(dá)了0.78W/m2·K，滿足德國被動(dòng)房研究所的要求。注：圖片來自德國被動(dòng)方研究所PHI圖1德國被動(dòng)房部件認(rèn)證書截圖2.2被動(dòng)房用窗標(biāo)準(zhǔn)我國還沒有全國或氣候區(qū)性的被動(dòng)房窗標(biāo)準(zhǔn)可以執(zhí)行，僅有河北省制定了被動(dòng)房地方標(biāo)準(zhǔn)。而我國有嚴(yán)寒、寒冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖、溫和5個(gè)氣候區(qū)域，每個(gè)氣候區(qū)的溫度、濕度、風(fēng)速、日照等因素存在較大差異。被動(dòng)窗的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)因地制宜，參考現(xiàn)行的中國節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行

8、分區(qū)域制定。筆者研究了德國被動(dòng)房研究所給出的氣候分區(qū)，PHI主要把中國分成了三大氣候區(qū)：嚴(yán)寒地區(qū)：黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古、寧夏、青海寒冷地區(qū)：北京、天津、遼寧、河北、山西、陜西、甘肅、-、-溫暖地區(qū)：山東、河南、江蘇、安徽、浙江、江西、湖南、湖北、四川、貴州、廣西注：圖片來自德國被動(dòng)方研究所PHI圖2被動(dòng)房的氣候分區(qū)對應(yīng)的氣候區(qū)整樘窗的值、安裝后傳熱系數(shù)值和玻璃的值要求如下表所示：表5被動(dòng)房性能要求Arctic0.40.450.35Cold0.60.650.52Cool，temperate0.80.850.7Warm1.01.050.9根據(jù)表5可知：按照PHI的劃分，我國除東北三省、內(nèi)蒙古和青海

9、，我國主要被動(dòng)房使用的是值為0.8W/m2·K和1.0W/m2·K這兩種配置的被動(dòng)窗，前文主要討論了0.8W/m2·K配置的被動(dòng)窗，下文筆者簡述1.0W/m2·K配置的被動(dòng)窗。2.3Rocky110系列的開發(fā)適用在寒冷地區(qū)的值為0.8W/m2·K的被動(dòng)窗通過PHI認(rèn)證后，青島樂克來新型門窗又提出了開發(fā)適用在溫暖地區(qū)的值為1.0W/m2·K的被動(dòng)窗。我們試用前文提及的135mm可視面高度的方案。它的值到達(dá)了0.888W/m2·K，配上值為0.9W/m2·K的玻璃，整窗值到達(dá)了0.94W/m2·K，輕松地滿足德國被動(dòng)房研究所的要求，并且到達(dá)了phB級別的節(jié)能評級認(rèn)證。注：圖片來自德國被動(dòng)方研究所PHI圖3德國被動(dòng)房部件認(rèn)證書截圖3結(jié)束語目前我國的節(jié)能建筑開展蒸蒸日上，但是在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品性能方面和被動(dòng)房還存在很大差