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节能外窗选择的考虑因素分析
类别:门窗幕墙  日期:2021-3-10  来源:  点击率:3516  打印 关闭



 

摘要:本文针对新建或翻新建筑外窗的选择问题,以在德国市场占有率较高的Aluplast企业旗下三种不同结构外窗产品为检测对象,围绕其节能性、舒适性、卫生健康表现以及使用成本等方面进行了对比分析。

 

1 玻璃

本文以具有代表性的1230×1480mm尺寸窗体作为测试探讨对象。玻璃的隔热保温能力对整窗的保温性能起着决定性作用,主要以两个热力学参数作为体现,一个是g值,即太阳能总透射比或称为太阳能得热系数,指通过透光围护结构进入室内的太阳辐射部分与投射到透光围护结构构件表面太阳辐射照度的比值。如果g=1表示外部照射的太阳能全部进入到室内如果g=0.5,表示仅有一半可以进入。另一个是传热系数Ug,其衡量的是由空气温差引起的热量传递强度Ug越低,表明损失的热量就越少,玻璃材料的保温性能也就越好例如某型号的双玻中空玻璃的g值为0.64Ug值为1.12W/m2K

除了采用惰性气体填充和玻璃镀膜外,中空腔体的厚度对外窗的节能保温性也有着重要影响。以腔体厚度为12mm并填充氩气的三玻两腔中空玻璃为例,其Ug值为0.72 W/m2K,而厚度为16 mm并填充氩气的高性能三玻两腔中空玻璃Ug值为0.58 W/m2K,节能优势更为明显,也更符合节能要求。这两种三玻两腔中空玻璃的差别仅在于充氩气层多了4mm,但两者之间的价格成本差异相对(具体可参见fensterversand.com其中并不将折扣计算在内。对于此处所选的窗体尺寸,双玻中空玻璃和普通三玻中空玻璃价格差约为25欧元/m2;双玻中空玻璃和高性能三玻中空玻璃的价格差约为28欧元/m2;普通型和高性能三玻中空玻璃之间的价格差3欧元/m2

 

2 窗框

本文主要探讨以下三种塑窗产品,如图1所示。

Aluplast Ideal 4000型              Aluplast Ideal 8000型              Aluplast Energeto 8000型ED

图1 Aluplast企业三种窗产品

 

Aluplast企业Ideal 4000塑窗框具有5腔室,外框型材厚度70mm主要适用于双玻中空玻璃通常窗需要填加加强构件,以便达到必要的稳定性。Ideal 4000采用钢材进行加固,但这种钢材料导热性很高对节能保温不利窗框架的传热系数以Uf示,单位为W/m2K。以双玻中空玻璃为测试对象,其框架的Uf值为1.50 W/m2K),该数值相对较高,已不能满足日益严格的建筑节能要求

Aluplast企业Ideal 8000外框型材厚度85mm,有6个腔室和3个热性能明显改善的密封结构,该类型窗可配备两种厚度尺寸的三玻两腔中空玻璃。框架的传热系数也受玻璃厚度的影响,经测试,当采用玻璃厚度较薄的三玻中空玻璃,该框架Uf1.11 W/m2K),玻璃较厚的Uf1.09W/m2K)。同样,Ideal 8000经钢材加固,相同配置下其相对于Ideal 4000的价格也多出10%详见fensterversand.com

Energeto 8000Aluplast企业的高端产品。其中,带有框架隔热Energeto 8000ED的几种延伸产品已经达到了目前建筑节能的要求Energeto8000 Passiv型号的外窗系统更是得到了国际被动房协会的认证,该窗体并不是采用钢材料进行加固,而是以纤维增强塑料进行加固(塑钢加固),在设计上还结合隔热材料,当采用玻璃厚度较薄的三玻中空玻璃时,框架Uf值为0.84W/m2K;采用玻璃较厚的三玻中空玻璃时,框架Uf值为0.83W/m2K)。价格方面,Energeto 8000相对于Ideal 4000要多出15%详见fensterversand.com

 

3 间隔条

为了实现整窗的节能设计,除了采用高质量的玻璃系统和保温优良的窗框型材系统外,同样不能忽视玻璃边缘部位造成的线性传热损失,即应当采用暖边间隔条材料。传统上,金属铝间隔条虽然具有易加工且成本低廉的优势,但其导热性较强,容易造成热量损耗。符合目前节能趋势的是非金属暖边间隔条,例如圣戈班旗下的高性能暖边间隔条SwisspacerUltimateSwspU,其由35%的玻纤增强合成材料复合高气密性非金属箔膜组成同等配置下,采用该产品产生结露的室外温度比使用传统铝条低10甚至更多,最大限度避免了局部连接位置的热桥问题,减少结露的同时也延长门窗的使用寿命(详见fensterversand.com

 

4 节能规的范要求

德国节能规范EnEV 2014EnEV 2016未对新建筑规定一定的特征数值。但是相关建筑构件必须满足一定的热性能要求。对于采用常规供暖的住宅外窗整窗传热系数Uw不得大于1.3 W/m2K)。在上述产品中,除了带有铝间隔条的Ideal 4000外窗外其他产品均符合节能规范的要求反过来也就是说根据法规,带有铝间隔条的Ideal 4000外窗不得在房屋修整时使用。

 

5 舒适性

空气温度是影响人体热舒适性的主要因素。辐射温度居其次,它取决于周围物体的表面温度。一般来说,如果室内的空气温度和周围物质的辐射温度差处于合理的范围内,可将其视为舒适性空间此外,气流的速度对人体表面的冷热感知也有重要影响,气流能够迅速带走人身体上的热量从而感觉到凉爽或冰冷冬季,老旧窗体的内表面温度相对室内空气温度较冷空气流经温度低的表面而冷却同时密度增加且下沉形成冷空气涡流人们在附近就会感觉到不舒适。而当冰冷表面和空气的温度差小于4开尔文,这现象就不出现。如果知道一个地区室外的最低温度,从该最低温度和最温度差中可以计算出U值,低于该U值就可以获得很好的热舒适性。在德国这个整窗传热系数Uw值为0.8W/m2K。使用Energeto8000(型)ED型材配置Swisspacer Ultimate的三玻两腔中空玻璃,可以获得优于这样的性能,整窗Uw值可以达到0,73 W/m2KEnergeto8000(型)ED型材与其他配置所得到的整窗传热系数为0,81 W/m2K

 

6 卫生性

冬季由于玻璃温度较低,在室内淋浴时,大家经常遇到水汽在玻璃上凝结的现象,受潮湿环境和室内温度的影响,很容易形成霉菌,这对人们的健康不利。此外,融化的雪水也会对建筑带来一定损害,尤其对木材质外窗来说会影响其使用寿命。作为补救措施除了安装使用通风设备提高玻璃边缘温度也同样具有积极作用。如上所述,提高玻璃边缘温度可采用暖边间隔条,暖边间隔条具有合适氩气层厚度的三玻两腔中空玻璃以及隔热性能优异的窗框结合起来,对提升玻璃边缘温度、减少霉菌形成具有积极作用。一般将温度因数fRsi作为玻璃边缘位置是否会生长霉菌的参数,如果这一数值0.7,那么可以认为在常规室内湿度下不会长霉菌。Swisspacer Ultimate品牌下的各类三玻两腔中空玻璃都能满足这个标准。

 

7 成本

一般来说,外窗的隔热保温性越好,其价格成本也就越高。除了购买所花费的成本以外,在使用过程中也会产生隐性的成本支出,该成本与购买成本一起构成了产品使用周期内的总成本。具体来说是按照现金值因数方法计算,由得出的能耗消费成本和购买成本加和而成。按此进行计算时,持续发生的年度费用乘以由窗体使用寿命和实际利率得出现金值因数。此处所选的使用年限为40实际利率为2.5%,那么现金值因数为25.1。因此成本这样计算:购买成本+能耗消费成本×25.1因此,选择好的外窗搭配最低的使用周期成本是最经济的选择。

能耗消费成本按照0.1欧元/kWh进行估算,在德国给二氧化碳排放定价的背景下这一价格按使用周期40来说是比较低的估价。热量的损失也同样需要考虑在内,其是由通过外窗造成热量损失减去外窗获取太阳能热量组成。两者都与地理位置相关,获取的太阳能热量还与外窗的朝向相关。此处以建筑位置为德国慕尼黑,外窗朝向为西面为例

总体来说,外窗的购买成本虽然与其隔热保温能力呈正相关性但与能耗消费成本呈反相关性,减少了能耗消费支出也就意味着窗体的节能性,其使用周期成本越低。Energeto 8000ED框架搭配高性能的三玻两腔中空玻璃以及Swisspacer暖边间隔条是一种有效选择。

1 三种外窗产品的购买成本、能成本和使用周期成本对比

生命周期成本【/m2

节约的生命周期成本

能源现金值/m2

投资/m2

窗体

玻璃

Aluplast Ideal 4000(型)
2 Ug 1,12, g 0,64

Aluplast Ideal 8000(型)

3 Ug 0,72, g 0,53   3 Ug 0,58, g 0,53

AluplastEnergeto8000(型)ED

3 Ug 0,72, g 0,53  3 Ug 0,58, g 0,53

间距支架

铝材

SwspU

铝材

SwspU

铝材

SwspU

铝材

SwspU

铝材

SwspU

温度因数fRsj*0.25 m2K/W [·]

0,48

0.62

0.56

0.70

0.60

0.75

0.55

0.71

0.59

0.76

框架的U值【W/m2K)】

1.50

1.50

1.11

1.11

1.09

1.09

0.84

0.84

0.83

0.83

玻璃边缘的W/mK

0.072

0.033

0,075

0,031

0,080

0,029

0,079

0,030

0,086

0,028

UwW/m2K)】

1.42

1.33

1.03

0.92

0.94

0.81

0.95

0.83

0.87

0.73

购买/m2

161

170

189

206

201

218

203

221

208

226

能量现金值【/m2

150

128

92

67

71

42

75

47

55

22

使用周期成本【/m2

311

298

281

273

272

260

278

268

264

248

使用周期成本节约【

-5%

0%

6%

8%

9%

13%

7%

10%

11%

17%

二氧化碳排放【KgCO2eo/m2a

16.5

14.0

10.1

7.4

7.8

4.6

8.2

5.1

6.1

2.5

节约CO2

-17%

0%

28%

47%

45%

67%

42%

63%

57%

83%

1.6L Golf 5 TDI轿车km/m2*a))等效行驶距离

-20

0

33

56

52

79

49

75

67

97

框架条件:热量消费成本:0,1 /kWh;使用期间:40年;实际利率:2.5%;冬季不利因素:70%;太阳光照射:303 kWh/m2a);热度小时数:92 kKh/a

热性能特征数值来源:被动式住房认证,自己的计算,价格来源:fensterversand.com,于20191015日调取

计算和阐释:?2019,被动式住房协会

 

8 减排

保护气候环境没有成本支出并不现实,只有找到成本支出与气候保护的最佳平衡点,使二者能够协调一致才是最优选择。从外窗来讲,法定二氧化碳排放最低标准为每年11.5kg/m2如果室内使用天然气供暖,上述节能效果优异的外窗均能满足,并且达到83%的节能要求,其减排相当于一辆1.6L排量的大众Golf 5 TDI轿车行驶97km的二氧化碳排放量,以一个家庭外窗面积30平方米计算,减少的二氧化碳排放量则相当于该轿车行驶3000km

 

9 结语

Ideal 4000外窗与采用Swisspacer暖边间隔条和三玻两腔中空玻璃的Energeto 8000(型)ED外窗对比,后者在使用周期中的成本支出要比前者低17%,约为每平方米50欧元/年。

那么,如何选择将舒适性、卫生性、节能环保以及成本支出有效的结合外窗?笔者的建议就是直接选择热工性能优异的产品。

 




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