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新一輪的全國性的降溫來襲，北方開啟暴雪的極端天氣，濕寒氣候?qū)е麓蠹以谑覂?nèi)的時間會更多些，這時也是考驗(yàn)室內(nèi)舒適度和外窗結(jié)構(gòu)保溫的最佳時機(jī)，比如外窗出現(xiàn)不保溫、結(jié)露、漏風(fēng)、出汗、墻體發(fā)霉、返潮等現(xiàn)象，說明外窗不保溫導(dǎo)致的結(jié)果，由此反映出建筑外窗能耗比較大，約占建筑能耗50%，大家肯定都有切身的體會。
外窗出現(xiàn)結(jié)露和出汗現(xiàn)象
目前國家節(jié)能政策大力推進(jìn)雙碳+碳排放+節(jié)能，建筑是能耗比較大的行業(yè)，需要解決的問題很多，包括小區(qū)外墻及外窗的節(jié)能改造將是重點(diǎn)，建筑外門窗要解決這一系列的問題，需要從根本上來了解這個事情。
門窗如何不結(jié)露?需要幾個條件：
門窗設(shè)計(jì)、選材的合理性
采用高效節(jié)能門窗
氣密性能的保證
采用干法安裝
室內(nèi)保證良好的溫度和濕度
超低能耗建筑外窗“大斷橋”產(chǎn)品
第一部分：結(jié)露的基本原理
一、結(jié)露的產(chǎn)生原因
結(jié)露定義：主要是室內(nèi)外溫差、窗的傳熱系數(shù)U值及室內(nèi)相對濕度（詞條“相對濕度”由行業(yè)大百科提供）RH大小，氣密性能及安裝方式等因素，在室內(nèi)窗表面(或低于室內(nèi)溫度的室內(nèi)物體表面)而產(chǎn)生的飽和水蒸氣壓，將造成該表面結(jié)露。因此，要從窗的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、材料選擇、加工、組裝、安裝方式上予以高度重視，
現(xiàn)分述如下：
1.相對濕度
在一定的溫度空氣中，只能含有一定量的水蒸氣，若不能再含有更多的水份時，所達(dá)到的狀態(tài)，稱為飽和狀態(tài)。空氣中達(dá)到飽和狀態(tài)以前，所能含有的水份量，隨空氣溫度的高、低而增加或降低。即：相對濕度(RH)=空氣中的水蒸氣含量/同濕度空氣達(dá)到飽和時水蒸汽量×100%.........(1)
2.飽和水蒸氣壓Ps(mmhg)
不同溫度下的飽和水蒸氣壓Ps是不一樣的，隨著溫度越高，空氣中所能達(dá)到飽和水蒸氣壓Ps就越大，達(dá)到飽和水蒸氣壓Ps時，相對濕度RH即達(dá)100%。
3.室內(nèi)窗表面結(jié)露點(diǎn)濕度的計(jì)算方法
當(dāng)室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度條件下的相對溫度未達(dá)到飽和水蒸氣壓含量時的水蒸氣壓P，應(yīng)按室內(nèi)相對溫度與該溫度下飽和水蒸氣壓Ps的乘積，即：P=RH×Ps……..(2)
上述所求出是水蒸汽分壓P值，再從P值相等的飽和水蒸氣壓的相對應(yīng)的溫度，即為室內(nèi)窗表面的結(jié)露點(diǎn)溫度（詞條“露點(diǎn)溫度”由行業(yè)大百科提供）。例1：若室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為20℃，相對濕度RH=40%時，求室內(nèi)窗表面的結(jié)露點(diǎn)溫度，即得：P=0.4×17.53=7.013mmhg，飽和水蒸氣壓Ps為7.013mmhg時的溫度為6℃，故室內(nèi)窗表表面的結(jié)露點(diǎn)溫度為6℃
4.室內(nèi)窗表面的結(jié)露溫度判定
室內(nèi)窗表面溫度的計(jì)算公式為：T=Ti-RiU(Ti-To)，當(dāng)室內(nèi)窗表面溫度計(jì)算值T大于室內(nèi)結(jié)露點(diǎn)溫度時，可判定為室內(nèi)窗表面不會結(jié)露，否則會產(chǎn)生結(jié)露。例2：若室外溫度To=-24℃，室內(nèi)溫度Ti=20℃。窗的傳熱系數(shù)U=2.5w/m².k，室內(nèi)相對濕度RH=40%時，試判定窗內(nèi)表面是否結(jié)露。帶入上式：T=20-0.125×2.5×(20+24)=6.25℃，根據(jù)例1的計(jì)算室內(nèi)一般結(jié)露點(diǎn)為6℃，而本例計(jì)算出室內(nèi)窗表面的溫度為6.25℃，大于6度故按上述參數(shù)設(shè)計(jì)窗的內(nèi)表面不會結(jié)露。
超低能耗建筑示意
二、建筑體型系數(shù)與窗墻面積比對U值得影響
1、建筑體型系數(shù)
建筑體型系數(shù)指建筑物表面的面積與建筑物體積之比，即體形系數(shù)=∑A/V......(3)建筑物熱損失量與外表的總體積，傳熱系數(shù)U值，室內(nèi)外溫差體積有密切關(guān)系。我們知道，對建筑物體積來說，同樣大小的體積，若其長、寬、高尺寸的變化，可得出不同大小的總面積，因而其熱損失就有差別，從節(jié)能的角度上就提高了體積系數(shù)的要求，也就是說體形系數(shù)越大，則單位建筑面積對應(yīng)的外表面積就越大，傳熱損失就越大。這樣在建筑物熱損失量要求規(guī)定值時，若體型系數(shù)表越大，U值時要求就得越小，才能滿足要求。2、窗墻面積比對U值得影響由于窗和墻的傳熱系數(shù)相差較大，故對窗墻面積的不同比例對窗的U值就有不同要求，也就是說窗墻面積比越大，則對窗的U值要求就越小，以減少熱損失，見下表
建筑體型系數(shù)與窗墻面積比對U值得要求
三、室內(nèi)通風(fēng)與防潮
保溫效果的提高有兩個重要的指標(biāo)，即傳熱系數(shù)U值與氣密性能的要求，由于氣密性能的提高，帶來的新問題，即室內(nèi)的空氣污染物和相對濕度高時的潮濕問題。
1、衛(wèi)生和健康要求
換氣我們知道，長期以來所使用的老式門窗密封是很不嚴(yán)密的，冷空氣從窗縫透入室內(nèi)，盡管窗不打開，從縫隙入室內(nèi)的新鮮空氣，足以滿足一般居住條件的換氣與防潮要求。但進(jìn)入的冷空氣就得增加取暖設(shè)備的負(fù)荷，以保持室內(nèi)溫度，這就要耗費(fèi)能源。
按節(jié)能保溫要求，將室內(nèi)通風(fēng)，按國家標(biāo)準(zhǔn)要求，控制在適宜狀況，高檔的采取的措施是從建筑總體系統(tǒng)上安置溫度，濕度，通風(fēng)自動控制設(shè)施來自動調(diào)節(jié)造成舒適環(huán)境，但對普通建筑，仍采用人工開啟的通風(fēng)方式或通風(fēng)槽，換氣排煙器等設(shè)施來解決。
2、控制通風(fēng)量即防止相對濕度高時產(chǎn)生潮濕問題
在居住和工作的房間里，會通常產(chǎn)生水蒸汽，一個人的呼吸每天可產(chǎn)生1至2立升的水蒸汽，洗澡，吃飯，澆花等每天可產(chǎn)生2立升以上水蒸汽，這些肉眼看不見的水蒸汽保留在室內(nèi)空氣中，這些水蒸汽的變化像熱量由熱轉(zhuǎn)為冷的過程，即冬季由室內(nèi)向室外，向濕度轉(zhuǎn)低的室內(nèi)表面聚集而形成露點(diǎn)結(jié)露聚華成冷凝水。熱空氣能吸收許多水蒸汽，常壓下20℃溫度時的含水量為17.3克/米³，冷空氣吸收水蒸汽的量少，在0度含水量約為4.8克/米³.在20℃條件下空氣的相對溫度為100%時，若將其下降到0℃時，就會產(chǎn)生17.3-4.8=12.5克/米³的冷凝水。
飽和潮濕空氣的含水量
在室溫20度的條件下，相對濕度在40%-60%較為舒適，在同一濕度條件下，若相對濕度達(dá)70%時，就會感到“發(fā)悶”而相對濕度在30%時，就會感到“干燥”使人覺得不舒服。這樣室內(nèi)相對濕度高時就需采取通風(fēng)來調(diào)節(jié)。例3： 若室外溫度為-15℃，冬季晴天相對濕度40%與室內(nèi)濕度為20℃，相對溫度為70%。若通風(fēng)交換出室內(nèi)空氣1/3時，室內(nèi)相對濕度為多少?
(17.3×70%×2+1.39×40%)/3/17.3=0.477=～48%
上述計(jì)算說明，采取有控制的通風(fēng)，將室內(nèi)相對濕度控制在適宜的范圍與衛(wèi)生和健康要求換氣要求是一致的，即解決了室內(nèi)空氣污染也解決了室內(nèi) 的結(jié)露潮濕問題。
窗的傳熱系數(shù)與相對濕度和室內(nèi)外溫度的關(guān)系
第二部分 保證室內(nèi)環(huán)境舒適度要求
上世紀(jì)八十年代，由瑞典隆德大學(xué)教授波.阿德姆森等人就提出“被動房”理念，即在不設(shè)傳統(tǒng)采暖設(shè)施條件下，僅靠太陽能（詞條“太陽能”由行業(yè)大百科提供）幅射、室內(nèi)燈光、電器散熱、人體散熱等自然得熱方式條件下，建造冬季室內(nèi)溫度能達(dá)到20℃以上，需具備良好的舒適度的房屋。根據(jù)以上理念，提出超低能耗建筑，既節(jié)能又能滿足舒適環(huán)境的需求，主要通過三個方面來實(shí)現(xiàn)。
建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)做到高性能
良好的保溫、隔熱的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，包括薄弱環(huán)節(jié)的高性能門窗配套。
有效的大幅提升所有建筑節(jié)能系統(tǒng)的效率。
利用再生能源，如太陽能等、水資源合理利用及回收，有效減少化石能源的消耗。
具體來說，就是釆用各種節(jié)能技術(shù)，采用最佳的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和室內(nèi)舒適環(huán)境，最大限度地提高建筑保溫、隔熱等性能，使建筑物對主動性采暖和制冷需求降到最低，并通過各種技術(shù)手段如：新風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用、采光（詞條“采光”由行業(yè)大百科提供）太陽能利用、水循環(huán)系統(tǒng)的利用及回收等，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)舒適環(huán)境要求，最大限度的降低傳統(tǒng)主動式的采暖和制冷系統(tǒng)的依賴，或是完全取消這類設(shè)施的解決方案;或者采用可再生能源和清潔能源對建筑本身實(shí)現(xiàn)電力及采暖的自給自足。
一、超低能耗建筑性能確定的依據(jù)
1、人體對環(huán)境溫度的反應(yīng)
了解超低能耗建筑，首先要解決室內(nèi)居住環(huán)境滿足人們工作、生活所需求的舒適度為重點(diǎn)，其影響因素主要是空氣溫度、相對濕度、氣流速度及平均輻射溫度。其核心點(diǎn)是室內(nèi)環(huán)境，使人在休息時能保持體溫在37℃左右，超過或低于2℃時，在短期內(nèi)還可忍受，若持續(xù)時間太長或體溫升降偏差太大時，就會損害健康，甚至危及生命，因此，在人類賴以生存的條件范圍內(nèi)，有一個較小的區(qū)間定為“舒適區(qū)”，在此條件下，人體熱調(diào)節(jié)機(jī)能的應(yīng)變最小。因此對建筑設(shè)計(jì)中的墻體厚度及保溫、屋面保溫和排水（詞條“排水”由行業(yè)大百科提供）、門窗保溫及安裝方式、遮陽、水電氣的節(jié)能要求來實(shí)現(xiàn)。
早在40多年前，美國耶魯大學(xué)蓋奇等人就提出了人體熱感覺與環(huán)境、健康狀態(tài)的關(guān)系。
2、室內(nèi)環(huán)境熱舒適度準(zhǔn)則德國在建造“被動式超低能耗建筑”時，提出對建筑能耗保證熱舒適度的兩條準(zhǔn)則，應(yīng)是我們設(shè)計(jì)開發(fā)我國超低能耗建筑基本依據(jù)，歸納如下：不論室外空氣溫度是多少，在控制能耗的情況下，應(yīng)保持室內(nèi)溫度為20℃，室內(nèi)表面平均溫度在設(shè)計(jì)條件下，高于17℃，否則在地面可能形成冷氣層，在窗邊會感覺不舒適。為了防止細(xì)菌生長，室內(nèi)空氣相對濕度，人體感到舒適范圍內(nèi)，即30%～65%之間，即要求室內(nèi)表面在相對濕度為65%時不產(chǎn)生結(jié)露，這時結(jié)露點(diǎn)溫度為13.2℃，因此，內(nèi)表面溫度最低點(diǎn)位置應(yīng)保持在13℃以上。
二、解決方案
1、因地制宜解決不同氣候節(jié)能
由于我國的氣候條件地理環(huán)境與德國不一樣，不能完全照搬德國的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，要根據(jù)我國的氣侯狀況來建造超低能耗建筑，并制訂適合我國國情的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，滿足不同區(qū)域超低能耗建筑節(jié)能要求。國家政策在積極推進(jìn)綠色生態(tài)建筑，強(qiáng)化并提高門窗產(chǎn)品的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，包括2030、2060實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)，2022年4月實(shí)施建筑碳排放指標(biāo)強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，北京2021年實(shí)施節(jié)能80%目標(biāo)，門窗實(shí)施傳熱系數(shù)1.1w/m2.k，是推進(jìn)綠色生態(tài)建筑的典范，加快國際標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證進(jìn)行接軌，在歐美國家，節(jié)能減排措施已經(jīng)取得很大程度的進(jìn)展，全面降低能耗85~95%以上是建筑節(jié)能的發(fā)展方向。歐洲國家窗戶以內(nèi)平開內(nèi)下懸為主，對提高門窗各項(xiàng)性能指標(biāo)提升有幫助，沒有外開窗或推拉窗，門窗傳熱系數(shù)為1.0w/m2.k左右，甚至更低，門窗的隔熱斷橋?qū)挾然径际?40mm，并在型材腔體（詞條“腔體”由行業(yè)大百科提供）填充保溫材料，要求在2020年全面實(shí)現(xiàn)降低能耗95%以上，這就意味著門窗的傳熱系數(shù)要Uf≤0.8w/m2.k，氣密性能≤0.3m3/m.h，氣密和保溫性能是互相受影響的，氣密性直接影響門窗的保溫和結(jié)露，因此對于門窗的結(jié)構(gòu)體系和材料，包括：型材、玻璃、膠條、五金、窗臺板及窗套、加工工藝、安裝方法等都提出了更高的技術(shù)要求。
(圖片選自德國ift Rosenheim《窗及室外過道門的安裝導(dǎo)則》，主要表達(dá)室外窗戶的功能及安裝方式)
2、針對極端天氣的解決方案
建筑外門窗的氣密、水密、隔音、保溫性能是可直接感受到的指標(biāo)，氣密性能起到室內(nèi)外內(nèi)外空氣的完全封閉，不僅僅只是窗戶的密封，還有窗戶與洞口及墻體的密封等環(huán)節(jié)，需要我們認(rèn)真考慮。在安裝窗戶過程中，干法施工，包括窗臺板及窗套的使用，對解決外窗的氣密性有重要作用，窗框與窗扇之間的等壓膠條起的作用很大，等壓膠條不僅僅解決氣密性能，還有水密、隔音、保溫等性能，材質(zhì)要選用三元乙丙發(fā)泡復(fù)合膠條或其他高性能密封產(chǎn)品，所以要采用多腔結(jié)構(gòu)，解決空氣對流及氣流衰減問題，也包括玻璃內(nèi)外膠條的選用，膠條安裝過程中，應(yīng)考慮伸縮問題，防止熱脹冷縮（詞條“熱脹冷縮”由行業(yè)大百科提供）時發(fā)生不完整連接。3、建筑外窗的氣密性能保證建筑外窗氣密性：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，壓力差為10pa時的單位開啟縫長的空氣滲透量和單位面積的空氣滲透量。門窗的氣密性能是影響建筑采暖或空調(diào)的熱工性能的重要指標(biāo)，在寒冷地區(qū)，由于室內(nèi)外溫差造成冬季室外的冷空氣從窗的縫隙進(jìn)入室內(nèi)，而室內(nèi)的熱空氣從窗縫隙流到室外，引起熱損失，炎熱地區(qū)夏季室內(nèi)也同樣消耗電能，保證建筑節(jié)能和保溫，氣密性能的保證很重要。門窗在設(shè)計(jì)時要考慮產(chǎn)品的使用過程會發(fā)生的問題，包括極端天氣的影響，門窗表現(xiàn)尤為突出，所以建筑外窗保溫系數(shù)K(U)<1.0w/m2.k是合理的。
超低能耗“大斷橋”的安裝示意圖
4、針對北方極端天氣門窗節(jié)能的保證措施
建筑外墻與門窗節(jié)能的匹配性，保證建筑節(jié)能的一致性，節(jié)能門窗保溫傳熱系數(shù)<1.1w/m2.k;結(jié)構(gòu)采用斷橋系統(tǒng)(鋁、塑、木)，應(yīng)形成完整的閉合環(huán)，如果不能形成斷橋閉合環(huán)，空氣將有通道，形成假斷橋結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)的密封要形成環(huán)形密封，并采用EPDM或硅膠條等高性能材料，保證結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的耐候性能;型材斷面設(shè)計(jì)要符合等強(qiáng)、等壓原理的原則，實(shí)現(xiàn)材料性能的匹配性和經(jīng)濟(jì)性;應(yīng)用新材料和新技術(shù)，保證隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)要低，從結(jié)構(gòu)上阻隔空氣傳導(dǎo)和熱傳導(dǎo)途徑的產(chǎn)生，保證與玻璃的節(jié)能匹配;采用雙Low-E三玻結(jié)構(gòu)或真空+中空玻璃（詞條“中空玻璃”由行業(yè)大百科提供），控制玻璃充氣的滲漏（詞條“滲漏”由行業(yè)大百科提供），滲漏將導(dǎo)致玻璃性能失效，確保玻璃的保溫性能和阻止一定程度的光輻射;
三玻兩腔玻璃的性能指標(biāo)
應(yīng)用好遮陽系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)，控制好室內(nèi)水蒸氣飽和度、溫度和濕度，防止結(jié)露;
處理好結(jié)構(gòu)間縫隙的密封，保證完全貼合;五金件的正確應(yīng)用，增加鎖點(diǎn)，保證氣密性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度;在施工過程中，要嚴(yán)格按照干法工藝進(jìn)行施工，處理好窗戶與洞口之間的密封，以保證門窗的施工質(zhì)量。以上要求滿足新建和舊改項(xiàng)目的節(jié)能要求。
三、結(jié)束語
綜上所述，建筑外門窗的設(shè)計(jì)理念在最初時結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時要充分考慮各種不利因素導(dǎo)致的各種問題，并通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解決，以及要滿足不同區(qū)域建筑的要求，并在實(shí)際操作中進(jìn)行控制，其重要性可想而知，把問題解決在事前。隨著綠色建筑和建筑節(jié)能改造的逐漸推廣與應(yīng)用，建筑新材料和新技術(shù)將不斷涌現(xiàn)，對我國的建筑業(yè)發(fā)展起到積極推動作用。
