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摘要：低能耗、超低能耗及零能耗建筑節(jié)能標準的相繼推出，對建筑門窗的節(jié)能性能提出了更高的要求。建筑門窗作為建筑圍護結(jié)構(gòu)（詞條“圍護結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）的重要部分，其節(jié)能性能的設(shè)計及安裝對建筑物整體節(jié)能性能的影響起到重要的作用。性能化設(shè)計，系統(tǒng)化安裝是建筑門窗提高節(jié)能性能的重要措施。
關(guān)鍵詞：性能化設(shè)計;系統(tǒng)化安裝;低能耗建筑;零能耗建筑
1.前言
建筑能耗約占我國社會總能耗的40%。作為建筑外圍護結(jié)構(gòu)的建筑門窗，其能耗約占建筑能耗的50%，因此，建筑門窗的節(jié)能是建筑節(jié)能的關(guān)鍵。
我國的建筑節(jié)能工作經(jīng)歷了自1986年～2016年的建筑節(jié)能30%、50% 、65%的30年發(fā)展，建筑節(jié)能65%的設(shè)計標準已經(jīng)基本普及實施。建筑節(jié)能工作減緩了我國建筑能耗隨城鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展而持續(xù)高速增長的趨勢，并提高了人們居住、工作和生活環(huán)境的質(zhì)量。為了推動建筑節(jié)能設(shè)計標準向更高的目標實施，國家以2016年國家建筑節(jié)能設(shè)計標準為基準，制定了2025、2035、2050中長期建筑能效提升目標。其中，2016年執(zhí)行的國家建筑節(jié)能設(shè)計標準包括《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》GB 50189 - 2015、 《嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》 JGJ 26 - 2010、《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》JGJ 134 - 2010、《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》JGJ 75 - 2012。
1.1低能耗建筑
以2016年為基準，在此基礎(chǔ)上，建筑能耗降低25%～30%的建筑可稱為“低能耗建筑”。已經(jīng)修訂實施的《嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》JGJ 26-2018、《溫和地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》JGJ 475-2019及正在修訂的《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》JGJ 134-20XX 和《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》JGJ 75-20XX，其目標為75%節(jié)能率，相對于2016年國家建筑節(jié)能設(shè)計標準，其能耗降低30%，屬于“低能耗建筑”標準。
1.2近零能耗建筑
適應(yīng)氣候特征和場地條件，通過被動式建筑設(shè)計最大幅度降低建筑供暖（詞條“供暖”由行業(yè)大百科提供）、空調(diào)、照明需求，通過主動技術(shù)措施最大幅度提高能源設(shè)備與系統(tǒng)效率，充分利用可再生能源，以最少的能源消耗提供舒適室內(nèi)環(huán)境，且其室內(nèi)環(huán)境參數(shù)和能效指標符合本標準規(guī)定的建筑，其建筑能耗水平應(yīng)較2016年執(zhí)行的國家建筑節(jié)能設(shè)計標準降低 60%～75%以上。
其中，嚴寒和寒冷地區(qū)，近能耗居住建筑能耗降低70 %～75 以上，不再需要傳統(tǒng)的供熱方式，夏熱冬暖和夏熱冬冷地區(qū)近零能耗居住建筑能耗降低60%以上;不同氣候區(qū)近零能耗公共建筑能耗平均降低60%以上。
1.3超低能耗建筑
超低能耗建筑是近零能耗建筑的初級表現(xiàn)形式，其室內(nèi)環(huán)境參數(shù)與近零能耗建筑相同，能效指標略低于近零能耗建筑，其建筑能耗水平應(yīng)較2016年執(zhí)行的國家建筑節(jié)能設(shè)計標準降低50%以上。
超低能耗建筑是實現(xiàn)近零能耗建筑的預(yù)備階段，除節(jié)能水平外，均滿足近零能耗建筑要求。以2016年為基準，在此基礎(chǔ)上，建筑能耗降低25%～30%的建筑可稱為“低能耗建筑”。
超低能耗建筑是較“低能耗建筑”更高節(jié)能標準的建筑，是現(xiàn)階段不借助可再生能源，依靠建筑技術(shù)的優(yōu)化利用可以實現(xiàn)的目標，其建筑能效在2016國家建筑節(jié)能標準水平上有較大水平的提升，建筑室內(nèi)環(huán)境也更加舒適，其供暖、通風(fēng)、空調(diào)、照明、生活熱水、電梯能耗應(yīng)較2016年國家建筑節(jié)能設(shè)計標準降低50% 以上。
1.4零能耗建筑
零能耗建筑能是近零能耗建筑的高級表現(xiàn)形式，其室內(nèi)環(huán)境參數(shù)與近零能耗建筑相同，充分利用建筑本體和周邊的可再生能源資源，使可再生能源年產(chǎn)能大于或等于建筑全年全部用能的建筑。
1.5被動式設(shè)計
建筑設(shè)計應(yīng)根據(jù)氣候特征和場地條件，通過被動式設(shè)計降低建筑冷熱需求和提升主動式能源系統(tǒng)的能效達到超低能耗，在此基礎(chǔ)上，利用可再生能源對建筑能源消耗進行平衡和替代達到近零能耗，有條件時，宜實現(xiàn)零能耗。
被動式設(shè)計。近零能耗建筑規(guī)劃設(shè)計應(yīng)在建筑布局、朝向、體形系數(shù)和使用功能方面，體現(xiàn)節(jié)能理念和特點，并注重與氣候的適應(yīng)性。通過使用保溫隔熱性能更高的非透明圍護結(jié)構(gòu)、保溫隔熱性能更高的外窗、無熱橋的設(shè)計與施工技術(shù)，提高建筑整體密性，降低供暖需求，通過使用遮陽（詞條“遮陽”由行業(yè)大百科提供）、自然通風(fēng)、夜間免費制冷等技術(shù)，降低建筑在過渡季和供冷季的供冷需求。
2.建筑門窗設(shè)計
2.1建筑門窗節(jié)能設(shè)計
建筑門窗的節(jié)能設(shè)計應(yīng)從建筑節(jié)能的整體節(jié)能性能設(shè)計方面考慮，包括建筑門窗的性能化設(shè)計和建筑門窗的系統(tǒng)化安裝設(shè)計兩方面。
性能化設(shè)計建筑門窗是以建筑室內(nèi)環(huán)境參數(shù)和規(guī)范設(shè)計參數(shù)為性能目標，利用模擬計算工具，對建筑門窗設(shè)計方案進行逐步優(yōu)化，最終達到建筑門窗預(yù)定性能目標要求的設(shè)計過程。
性能化設(shè)計方法的核心是以性能目標為導(dǎo)向的定量化設(shè)計分析與優(yōu)化。面向建筑性能，給出滿足性能目標的參數(shù)和指標要求，門窗的關(guān)鍵性能參數(shù)選取基于性能定量分析結(jié)果，而不是從規(guī)范中直接選取。
性能化設(shè)計建筑門窗的節(jié)能性能，對于室內(nèi)環(huán)境參數(shù)要求較高的建筑，還應(yīng)包括應(yīng)根據(jù)建筑物的不同朝向，針對性的設(shè)計特殊位置、特殊要求的門窗。
門窗的建筑設(shè)計應(yīng)選用與建筑保溫（詞條“建筑保溫”由行業(yè)大百科提供）隔熱系統(tǒng)設(shè)計性能要求相匹配的門窗系統(tǒng)。門窗方案設(shè)計應(yīng)根據(jù)建筑功能和環(huán)境資源條件，以氣候環(huán)境適應(yīng)性為原則，以建筑室內(nèi)環(huán)境及技術(shù)性能參數(shù)要求目標，充分利用天然采光自然通風(fēng)以及外門窗保溫隔熱等設(shè)計手段。
近零能耗建筑應(yīng)采用保溫隔熱性能較好的外窗系統(tǒng)窗。外窗是影響近零能耗建筑節(jié)能效果的關(guān)鍵部件，其影向能耗的性能參數(shù)主要包括傳熱系數(shù)（詞條“傳熱系數(shù)”由行業(yè)大百科提供）(K值)，太陽得熱系數(shù)(SHGC值)以及氣密性能。影響外窗節(jié)能性能的主要因素有玻璃（詞條“玻璃”由行業(yè)大百科提供）層數(shù)，Low-E膜層、填充氣體、邊部密封、型材材質(zhì)、截而設(shè)計及開啟方式等。應(yīng)結(jié)合建筑功能和使用特點，通過性能化設(shè)計方法進行外窗系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和選擇。
2.2建筑門窗技術(shù)設(shè)計
隨著我國建筑節(jié)能的要求不斷提高，極大的推動了建筑門窗行業(yè)的發(fā)展。從構(gòu)成建筑門窗的材料，到建筑門窗的使用功能和性能要求，再到建筑門窗的生產(chǎn)技術(shù)，都存在著現(xiàn)代新技術(shù)對建筑門窗行業(yè)的影響。
建筑新材料的不斷研發(fā)使得建筑門窗的技術(shù)設(shè)計，不再僅僅是門窗形式的簡單拼裝。建筑門窗的技術(shù)設(shè)計包括對構(gòu)成門窗的材料、構(gòu)造、門窗形式、技術(shù)、性能等要素構(gòu)成的相互關(guān)聯(lián)的技術(shù)體系設(shè)計，其中：
材料設(shè)計包括型材、增強、附件、密封、五金、玻璃等構(gòu)成門窗的各種原、輔材料;
構(gòu)造設(shè)計包括各材料組成的節(jié)點（詞條“節(jié)點”由行業(yè)大百科提供）構(gòu)造、角部以及中豎框和中橫框連接構(gòu)造、拼樘構(gòu)造、安裝構(gòu)造、各材料與構(gòu)造的裝配邏輯關(guān)系等構(gòu)成門窗的所有構(gòu)造;
門窗形式設(shè)計包括門窗的材質(zhì)、功能結(jié)構(gòu)(如形狀、尺寸、材質(zhì)、顏色、開啟形式、組合、分格等)及延伸功能結(jié)構(gòu)(如紗窗、遮陽、安全防護、新風(fēng)及智能控制等);
技術(shù)設(shè)計包括建筑門窗的工程設(shè)計規(guī)則、加工工藝與工裝及安裝工法等所有設(shè)計、加工及安裝方面的技術(shù);
性能設(shè)計包括安全性、節(jié)能性、適用性和耐久性。安全性主要包括抗風(fēng)壓（詞條“風(fēng)壓”由行業(yè)大百科提供）性能、平面內(nèi)變形性能、耐火完整性、耐撞擊性能、抗風(fēng)攜碎物沖擊性能、抗爆炸沖擊波性能等;節(jié)能性能包括氣密性能、保溫性能、隔熱性能等;適用性能包括啟閉力、水密性能、空氣聲隔聲性能、采光性能、防沙塵性能、耐垂直荷載性能、抗靜扭曲性能等;耐久性包括反復(fù)啟閉性能等。
3.性能化設(shè)計
門窗的性能化設(shè)計與其它設(shè)計方法最大的不同點在于根據(jù)目標建筑室內(nèi)環(huán)境及技術(shù)性能參數(shù)要求，通過定量化計算，確定滿足性能要求的方案設(shè)計。
3.1室內(nèi)環(huán)境參數(shù)
健康、舒適的室內(nèi)環(huán)境是建筑設(shè)計的基本前提。室內(nèi)熱濕環(huán)境參數(shù)主要是指建筑室內(nèi)的溫度、相對濕度（詞條“相對濕度”由行業(yè)大百科提供）,這些參數(shù)直接影響室內(nèi)的熱舒適水平和建筑能耗。空間環(huán)境參數(shù)以滿足人體熱舒適為目的。
根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)標準和文獻的研究成果，當(dāng)人體衣著適宜且處于安靜狀態(tài)時，室內(nèi)溫度20℃比較舒適，18℃無冷感，15℃是產(chǎn)生明顯冷感的溫度界限。冬季熱舒適(-1≤PMV≤1)對應(yīng)的溫度范圍為：18℃～24℃。基于節(jié)能和舒適的原則，本著提高生活質(zhì)量、滿足室內(nèi)舒適度的條件下盡量節(jié)能，將冬季室內(nèi)供暖溫度設(shè)定為20℃，在北方集中供暖室內(nèi)溫度18℃的基礎(chǔ)上調(diào)高2℃。
《近零能耗建筑技術(shù)標準》GB/T 51350對建筑室內(nèi)主要房間熱濕環(huán)境參數(shù)要求見表1所示，居住建筑內(nèi)噪聲晝間≤40dB(A)，夜間≤30dB(A)。
建筑門窗的性能設(shè)計要求：滿足室內(nèi)環(huán)境參數(shù)要求及規(guī)范設(shè)計要求，且室內(nèi)環(huán)境參數(shù)應(yīng)滿足較高的熱舒適水平。
門窗結(jié)露就是在門窗的室內(nèi)表面凝聚著露水或水霧。當(dāng)玻璃、窗框表面溫度較周邊臨近潮濕空氣的露點溫度低時，空氣中的水蒸汽變?yōu)橐后w的水，凝結(jié)在冷的固體表面，就會產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。當(dāng)結(jié)露部位溫度在5℃～50℃，相對濕度達到80%以上時，就容易發(fā)生霉變。因此，露點溫度和霉變溫度是建筑門窗節(jié)能設(shè)計必須考慮的因素。
3.2規(guī)范設(shè)計技術(shù)參數(shù)
我國地域廣闊，氣候分區(qū)多，不同氣候分區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計對外門窗均有相應(yīng)的規(guī)范設(shè)計參數(shù)要求，國家標準《近零能耗建筑技術(shù)標準》GB/T 51350-2019中對近零能耗下的節(jié)能門窗要求如下：
(1)外門窗氣密性能不宜低于8級;
(2)居住建筑外窗(包括透光幕墻)及公共建筑外窗(包括透光幕墻)熱工性能參數(shù)分別見表2和表3。
注：太陽得熱系數(shù)為包括遮陽(不含內(nèi)遮陽)的綜合太陽得熱系數(shù)。
3.3建筑門窗的性能化設(shè)計方法
(1)采用協(xié)同設(shè)計的組織形式;
(2)根據(jù)設(shè)定目標(建筑地區(qū))要求，設(shè)定室內(nèi)環(huán)境參數(shù)及節(jié)能指標要求，并利用模擬計算軟件等工具，優(yōu)化設(shè)計方案;
(3)性能化設(shè)計程序
�、僭O(shè)定室內(nèi)環(huán)境參數(shù);
�、谕ㄟ^定量計算，制定設(shè)計方案;
�、劾媚M計算軟件等工具進行設(shè)計方案的定量分析及優(yōu)化;
�、苤贫庸すに嚭凸ぱb;
⑤試制產(chǎn)品并進行性能測試、優(yōu)化，直至滿足目標設(shè)計要求;
�、薮_定優(yōu)選設(shè)計方案;
⑦制定工程設(shè)計規(guī)則;
�、嘀贫ò惭b工藝;
�、峒夹g(shù)總結(jié)。
外門窗是影響建筑節(jié)能效果的關(guān)鍵部件，其影響能耗的性能參數(shù)主要包括傳熱系數(shù)(K值)、太陽得熱系數(shù)(SHGC值)以及氣密性能。影響外窗節(jié)能性能的主要因素有玻璃層數(shù)、Low-E膜層、填充氣體、邊部密封、型材材質(zhì)和截面設(shè)計及門窗開啟方式等。
建筑門窗的性能化設(shè)計是以定量分析及優(yōu)化為核心，進行塑料建筑門窗組成要素的關(guān)鍵參數(shù)對門窗性能的影響分析，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合門窗的經(jīng)濟效益分析，進行技術(shù)措施和性能參數(shù)的優(yōu)化。
4.系統(tǒng)化安裝
建筑門窗的系統(tǒng)化安裝是指建筑門窗安裝設(shè)計時應(yīng)滿足建筑物整體節(jié)能方案設(shè)計要求，安裝時保證熱橋設(shè)計的一致性(等溫設(shè)計)和氣密層的連續(xù)完整性。
建筑物節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計，充分考慮了構(gòu)成建筑物的構(gòu)配件及各構(gòu)造節(jié)點的節(jié)能性的整體設(shè)計與施工安裝。
建筑門窗作為建筑外圍護結(jié)構(gòu)，其性能要求應(yīng)首先服務(wù)于建筑物、滿足建筑物功能和性能要求。因此，建筑門窗的安裝應(yīng)滿足建筑物整體節(jié)能性能的系統(tǒng)化安裝要求，確保建筑物節(jié)能要求中的等溫線和氣密線的連續(xù)性。
門窗的安裝位置應(yīng)進行建筑熱工優(yōu)化后確定，設(shè)計出合理的安裝施工工藝，進而確保建筑門窗與建筑物節(jié)能性能的一致性。
門窗的等溫設(shè)計應(yīng)與建筑物整體等溫設(shè)計保持一致性，即保持等溫線的連續(xù)性，如圖1所示，避免安裝節(jié)點構(gòu)造產(chǎn)生熱橋。
外門窗及其遮陽設(shè)施熱橋處理應(yīng)符合下列規(guī)定:
(1)外門窗安裝方式應(yīng)根據(jù)墻體的構(gòu)造方式進行優(yōu)化設(shè)計。當(dāng)墻體采用外保溫系統(tǒng)時，外窗可采用整體外掛式安裝，框內(nèi)表面宜與基層墻體外表面齊平，門窗位于外墻外保溫層內(nèi)。裝配式夾心保溫外墻，外門窗宜采用內(nèi)嵌式安裝方式，外門窗與基層墻體的連接件（詞條“連接件”由行業(yè)大百科提供）應(yīng)采用阻斷熱橋的處理措施。
(2)外門窗外表面與基層墻體的連接處宜采用防水透汽材料密封，門窗內(nèi)表面與基層墻體的連接處應(yīng)采用氣密性材料密封。
(3)窗戶外遮陽設(shè)計應(yīng)與主體建筑結(jié)構(gòu)可靠連接，連接件與基層墻體之間應(yīng)采取阻斷熱橋的處理措施，如2所示。
建筑物氣密性是影響建筑供暖能耗和空調(diào)能耗的重要因素，對實現(xiàn)近零能耗目標來說，由于其極低的能耗指標，由單純圍護結(jié)構(gòu)傳熱導(dǎo)致的能耗已較小，這種條件下造成氣密性對能耗的比例大幅提升，因此建筑氣密性能更為重要。良好的氣密性可以減少冬季冷風(fēng)滲透，降低夏季非受控通風(fēng)導(dǎo)致的供冷需求增加，避免濕氣侵入造成的建筑發(fā)霉、結(jié)露和損壞，減少室外噪聲和室外空氣污染等不良因素對室內(nèi)環(huán)境的影響，提高居住者的生活品質(zhì)。建筑圍護結(jié)構(gòu)氣密層應(yīng)連續(xù)并包圍整個外圍護結(jié)構(gòu)如圖3所示。
從圖3中可以看出，外門窗的氣密性是建筑整體氣密性的重要一環(huán)，對近零能耗建筑整體的氣密性有較大的影響，因此，外門窗的氣密性安裝施工是實現(xiàn)建筑整體氣密性目標的基礎(chǔ)保證。
5.結(jié)語
建筑門窗的性能設(shè)計與安裝是被動式低能耗建筑節(jié)能性能設(shè)計與安裝的重要一環(huán)，將建筑門窗的性能化設(shè)計和系統(tǒng)化安裝與被動式低能耗建筑的性能化設(shè)計與系統(tǒng)化安裝整體性考慮，才能保證被動式低能耗建筑整體節(jié)能的整體節(jié)能效果。
參考文獻
[1]王波，孫文遷.建筑系統(tǒng)門窗研發(fā)設(shè)計[M].北京：中國電力出版社，2022.1.
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作者單位：南昌職業(yè)大學(xué)門窗學(xué)院
