寒潮来袭门窗de老毛病又犯了……全国性的降温来袭北方开启暴雪的极端天气湿寒气候导致疫情继续持续强降雪使降雪厚度达10cm以上大家在室内的时间会更多些这时也是考验室内舒适度和外窗结构保温的最佳时机比如外窗出现不保温、结露、漏风、出汗、墙体发霉、返潮等现象说明外窗不保温导致的结果由此反映出建筑外窗能耗比较大约占建筑能耗50%大家肯定都有切身的体会。外窗出现结露和出汗现象目前国家节能政策大力推进双碳碳排放节能建筑是能耗比较大的行业需要解决的问题很多包括小区外墙及外窗的节能改造将是重点建筑外门窗要解决这一系列的问题需要从根本上来了解这个事情。门窗如何不结露?需要几个条件门窗设计、选材的合理性采用高效节能门窗气密性能的保证采用干法安装室内保证良好的温度和湿度超低能耗建筑外窗“大断桥”产品第一部分结露的基本原理一、结露的产生原因结露定义主要是室内外温差、窗的传热系数U值及室内相对湿度RH大小气密性能及安装方式等因素在室内窗表面(或低于室内温度的室内物体表面)而产生的饱和水蒸气压将造成该表面结露。因此要从窗的设计结构、材料选择、加工、组装、安装方式上予以高度重视现分述如下1.相对湿度在一定的温度空气中只能含有一定量的水蒸气若不能再含有更多的水份时所达到的状态称为饱和状态。空气中达到饱和状态以前所能含有的水份量随空气温度的高、低而增加或降低。即相对湿度(RH)空气中的水蒸气含量/同湿度空气达到饱和时水蒸汽量×100%.........(1)2.饱和水蒸气压Ps(mmhg)不同温度下的饱和水蒸气压Ps是不一样的随着温度越高空气中所能达到饱和水蒸气压Ps就越大达到饱和水蒸气压Ps时相对湿度RH即达100%。3.室内窗表面结露点湿度的计算方法当室内设计温度条件下的相对温度未达到饱和水蒸气压含量时的水蒸气压P应按室内相对温度与该温度下饱和水蒸气压Ps的乘积即PRH×Ps……..(2)上述所求出是水蒸汽分压P值再从P值相等的饱和水蒸气压的相对应的温度即为室内窗表面的结露点温度。例1若室内设计温度为20℃相对湿度RH40%时求室内窗表面的结露点温度即得P0.4×17.537.013mmhg饱和水蒸气压Ps为7.013mmhg时的温度为6℃故室内窗表表面的结露点温度为6℃4.室内窗表面的结露温度判定室内窗表面温度的计算公式为TTi-RiU(Ti-To)当室内窗表面温度计算值T大于室内结露点温度时可判定为室内窗表面不会结露否则会产生结露。例2若室外温度To-24℃室内温度Ti20℃。窗的传热系数U2.5w/m².k室内相对湿度RH40%时试判定窗内表面是否结露。带入上式T20-0.125×2.5×(2024)6.25℃根据例1的计算室内一般结露点为6℃而本例计算出室内窗表面的温度为6.25℃大于6度故按上述参数设计窗的内表面不会结露。二、建筑体型系数与窗墙面积比对U值得影响1、建筑体型系数建筑体型系数指建筑物表面的面积与建筑物体积之比即体形系数∑A/V......(3)建筑物热损失量与外表的总体积传热系数U值室内外温差体积有密切关系。我们知道对建筑物体积来说同样大小的体积若其长、宽、高尺寸的变化可得出不同大小的总面积因而其热损失就有差别从节能的角度上就提高了体积系数的要求也就是说体形系数越大则单位建筑面积对应的外表面积就越大传热损失就越大。这样在建筑物热损失量要求规定值时若体型系数表越大U值时要求就得越小才能满足要求。2、窗墙面积比对U值得影响由于窗和墙的传热系数相差较大故对窗墙面积的不同比例对窗的U值就有不同要求也就是说窗墙面积比越大则对窗的U值要求就越小以减少热损失见下表建筑体型系数与窗墙面积比对U值得要求三、室内通风与防潮保温效果的提高有两个重要的指标即传热系数U值与气密性能的要求由于气密性能的提高带来的新问题即室内的空气污染物和相对湿度高时的潮湿问题。1、卫生和健康要求换气我们知道长期以来所使用的老式门窗密封是很不严密的冷空气从窗缝透入室内尽管窗不打开从缝隙入室内的新鲜空气足以满足一般居住条件的换气与防潮要求。但进入的冷空气就得增加取暖设备的负荷以保持室内温度这就要耗费能源。按节能保温要求将室内通风按国家标准要求控制在适宜状况高档的采取的措施是从建筑总体系统上安置温度湿度通风自动控制设施来自动调节造成舒适环境但对普通建筑仍采用人工开启的通风方式或通风槽换气排烟器等设施来解决。2、控制通风量即防止相对湿度高时产生潮湿问题在居住和工作的房间里会通常产生水蒸汽一个人的呼吸每天可产生1至2立升的水蒸汽洗澡吃饭浇花等每天可产生2立升以上水蒸汽这些肉眼看不见的水蒸汽保留在室内空气中这些水蒸汽的变化像热量由热转为冷的过程即冬季由室内向室外向湿度转低的室内表面聚集而形成露点结露聚华成冷凝水。热空气能吸收许多水蒸汽常压下20℃温度时的含水量为17.3克/米³冷空气吸收水蒸汽的量少在0度含水量约为4.8克/米³.在20℃条件下空气的相对温度为100%时若将其下降到0℃时就会产生17.3-4.812.5克/米³的冷凝水。饱和潮湿空气的含水量在室温20度的条件下相对湿度在40%-60%较为舒适在同一湿度条件下若相对湿度达70%时就会感到“发闷”而相对湿度在30%时就会感到“干燥”使人觉得不舒服。这样室内相对湿度高时就需采取通风来调节。例3若室外温度为-15℃冬季晴天相对湿度40%与室内湿度为20℃相对温度为70%。若通风交换出室内空气1/3时室内相对湿度为多少?(17.3×70%×21.39×40%)/3/17.30.47748%上述计算说明采取有控制的通风将室内相对湿度控制在适宜的范围与卫生和健康要求换气要求是一致的即解决了室内空气污染也解决了室内的结露潮湿问题。窗的传热系数与相对湿度和室内外温度的关系第二部分 保证室内环境舒适度要求上世纪八十年代由瑞典隆德大学教授波.阿德姆森等人就提出“被动房”理念即在不设传统采暖设施条件下仅靠太阳能幅射、室內灯光、电器散热、人体散热等自然得热方式条件下建造冬季室內温度能达到20℃以上需具备良好的舒适度的房屋。根据以上理念提出超低能耗建筑既节能又能满足舒适环境的需求主要通过三个方面来实现。建筑围护结构做到高性能良好的保温、隔热的外围护结构包括薄弱环节的高性能门窗配套。有效的大幅提升所有建筑节能系统的效率。利用再生能源如太阳能等、水资源合理利用及回收有效减少化石能源的消耗。具体来说就是釆用各种节能技术采用最佳的建筑围护结构和室内舒适环境最大限度地提高建筑保温、隔热等性能使建筑物对主动性采暖和制冷需求降到最低并通过各种技术手段如新风系统的应用、采光太阳能利用、水循环系统的利用及回收等实现室內舒适环境要求最大限度的降低传统主动式的采暖和制冷系统的依赖或是完全取消这类设施的解决方案;或者采用可再生能源和清洁能源对建筑本身实现电力及采暖的自给自足。一、超低能耗建筑性能确定的依据1、人体对环境温度的反应了解超低能耗建筑首先要解决室内居住环境满足人们工作、生活所需求的舒适度为重点其影响因素主要是空气温度、相对湿度、气流速度及平均辐射温度。其核心点是室内环境使人在休息时能保持体温在37℃左右超过或低于2℃时在短期内还可忍受若持续时间太长或体温升降偏差太大时就会损害健康甚至危及生命因此在人类赖以生存的条件范围内有一个较小的区间定为“舒适区”在此条件下人体热调节机能的应变最小。因此对建筑设计中的墙体厚度及保温、屋面保温和排水、门窗保温及安装方式、遮阳、水电气的节能要求来实现。早在40多年前美国耶鲁大学盖奇等人就提出了人体热感觉与环境、健康状态的关系。2、室内环境热舒适度准则德国在建造“被动式超低能耗建筑”时提出对建筑能耗保证热舒适度的两条准则应是我们设计开发我国超低能耗建筑基本依据归纳如下不论室外空气温度是多少在控制能耗的情况下应保持室内温度为20℃室内表面平均温度在设计条件下高于17℃否则在地面可能形成冷气层在窗边会感觉不舒适。为了防止细菌生长室内空气相对湿度人体感到舒适范围内即30%65%之间即要求室内表面在相对湿度为65%时不产生结露这时结露点温度为13.2℃因此内表面温度最低点位置应保持在13℃以上。二、解决方案1、因地制宜解决不同气候节能由于我国的气候条件地理环境与德国不一样不能完全照搬德国的相关技术指标要根据我国的气侯状况来建造超低能耗建筑并制订适合我国国情的相关标准满足不同区域超低能耗建筑节能要求。国家政策在积极推进绿色生态建筑强化并提高门窗产品的规范及标准包括2030、2060实现碳达峰和碳中和目标2022年4月实施建筑碳排放指标强制标准北京2021年实施节能80%目标门窗实施传热系数1.1w/m2.k是推进绿色生态建筑的典范加快国际标准和认证进行接轨在欧美国家节能减排措施已经取得很大程度的进展全面降低能耗85~95%以上是建筑节能的发展方向。欧洲国家窗户以内平开内下悬为主对提高门窗各项性能指标提升有帮助没有外开窗或推拉窗门窗传热系数为1.0w/m2.k左右甚至更低门窗的隔热断桥宽度基本都是40mm并在型材腔体填充保温材料要求在2020年全面实现降低能耗95%以上这就意味着门窗的传热系数要Uf≤0.8w/m2.k气密性能≤0.3m3/m.h气密和保温性能是互相受影响的气密性直接影响门窗的保温和结露因此对于门窗的结构体系和材料包括型材、玻璃、胶条、五金、窗台板及窗套、加工工艺、安装方法等都提出了更高的技术要求。(图片选自德国ift Rosenheim《窗及室外过道门的安装导则》主要表达室外窗户的功能及安装方式)2、针对极端天气的解决方案建筑外门窗的气密、水密、隔音、保温性能是可直接感受到的指标气密性能起到室内外内外空气的完全封闭不仅仅只是窗户的密封还有窗户与洞口及墙体的密封等环节需要我们认真考虑。在安装窗户过程中干法施工包括窗台板及窗套的使用对解决外窗的气密性有重要作用窗框与窗扇之间的等压胶条起的作用很大等压胶条不仅仅解决气密性能还有水密、隔音、保温等性能材质要选用三元乙丙发泡复合胶条或其他高性能密封产品所以要采用多腔结构解决空气对流及气流衰减问题也包括玻璃内外胶条的选用胶条安装过程中应考虑伸缩问题防止热胀冷缩时发生不完整连接。3、建筑外窗的气密性能保证建筑外窗气密性在标准状态下压力差为10pa时的单位开启缝长的空气渗透量和单位面积的空气渗透量。门窗的气密性能是影响建筑采暖或空调的热工性能的重要指标在寒冷地区由于室内外温差造成冬季室外的冷空气从窗的缝隙进入室内而室内的热空气从窗缝隙流到室外引起热损失炎热地区夏季室内也同样消耗电能保证建筑节能和保温气密性能的保证很重要。门窗在设计时要考虑产品的使用过程会发生的问题包括极端天气的影响门窗表现尤为突出所以建筑外窗保温系数K(U)1.0w/m2.k是合理的。超低能耗“大断桥”的安装示意图4、针对北方极端天气门窗节能的保证措施建筑外墙与门窗节能的匹配性保证建筑节能的一致性节能门窗保温传热系数1.1w/m2.k;结构采用断桥系统(铝、塑、木)应形成完整的闭合环如果不能形成断桥闭合环空气将有通道形成假断桥结构;结构的密封要形成环形密封并采用EPDM或硅胶条等高性能材料保证结构系统的耐候性能;型材断面设计要符合等强、等压原理的原则实现材料性能的匹配性和经济性;应用新材料和新技术保证隔热材料的导热系数要低从结构上阻隔空气传导和热传导途径的产生保证与玻璃的节能匹配;采用双Low-E三玻结构或真空中空玻璃控制玻璃充气的渗漏渗漏将导致玻璃性能失效确保玻璃的保温性能和阻止一定程度的光辐射;三玻两腔玻璃的性能指标应用好遮阳系统和通风系统控制好室内水蒸气饱和度、温度和湿度防止结露;处理好结构间缝隙的密封保证完全贴合;五金件的正确应用增加锁点保证气密性和结构强度;在施工过程中要严格按照干法工艺进行施工处理好窗户与洞口之间的密封以保证门窗的施工质量。以上要求满足新建和旧改项目的节能要求。三、结束语综上所述建筑外门窗的设计理念在最初时结构设计时要充分考虑各种不利因素导致的各种问题并通过结构设计解决以及要满足不同区域建筑的要求并在实际操作中进行控制其重要性可想而知把问题解决在事前。随着绿色建筑和建筑节能改造的逐渐推广与应用建筑新材料和新技术将不断涌现对我国的建筑业发展起到积极推动作用。