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摘要：在“碳達(dá)峰、碳中和”的背景下，超低能耗忙門窗系統(tǒng)在我國應(yīng)越來越廣泛。本文介紹被動(dòng)式超低能耗門窗幕墻的主流產(chǎn)品和在我國的應(yīng)用背景。重點(diǎn)闡述了鄭州市骨科醫(yī)院中采用的幕墻門窗系統(tǒng)的構(gòu)造做法和注意事項(xiàng)。旨在探索適合我國國情的超低能耗幕墻門窗做法。
關(guān)鍵詞：符合中國的被動(dòng)式 ; 超低能耗幕墻門窗系統(tǒng)
1.被動(dòng)式的超低能耗建筑的應(yīng)用背景
2021年9月22日，中共中央發(fā)布36號(hào)文件，要求全面落實(shí)貫徹新發(fā)展理念，做好碳達(dá)峰、碳中和工作意見，對(duì)于建筑行業(yè)提出在城鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)管理各環(huán)節(jié)全面落實(shí)綠色低碳要求。自2007年以來住房城鄉(xiāng)建設(shè)部科技發(fā)展促進(jìn)中心與德國能源署在建筑節(jié)能領(lǐng)域開展技術(shù)交流、培訓(xùn)和合作，引進(jìn)德國先進(jìn)建筑節(jié)能技術(shù)，以被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)為要點(diǎn)，建設(shè)了河北秦皇島在水一方、黑龍江哈爾濱溪樹庭院等被動(dòng)式超低能耗綠色建筑示范工程以來，各省市不斷出臺(tái)相關(guān)超低能耗的專項(xiàng)規(guī)劃、長期發(fā)展規(guī)劃、技術(shù)導(dǎo)則、建筑節(jié)能規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿等。根據(jù)中國建筑科學(xué)研究院的數(shù)據(jù)建筑運(yùn)行碳排放占據(jù)國家總排放量近40%，而幕墻門窗的能量損失又占據(jù)整個(gè)建筑能耗的比例超過40%。被動(dòng)式超低能耗幕墻和門窗對(duì)于雙碳目標(biāo)的意義重大。
2.被動(dòng)式的超低能耗建筑的理論
被動(dòng)式建筑不需要通過主動(dòng)加熱，基本依靠被動(dòng)收集來的熱量使房屋本身保持一個(gè)舒適的溫度。它使用太陽、人體、家電及熱回收裝置等帶來的熱能，不需要主動(dòng)熱源的供給。被動(dòng)式建筑主要通過：高效的熱回收和新風(fēng)系統(tǒng)、良好的熱圍護(hù)結(jié)構(gòu)、建筑的架構(gòu)無熱橋、良好的氣密性、能源的充分利用等來實(shí)現(xiàn)其功能。其中建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)作為整體建筑的氣密和保溫（詞條“保溫”由行業(yè)大百科提供）成為被動(dòng)式建筑一切功能的基礎(chǔ)。
“被動(dòng)式”建筑的研究和實(shí)踐始于德國，1996 年，沃爾夫?qū)しㄒ了固夭┦?WolfgangFeist)創(chuàng)建了德國被動(dòng)房研究所(Passive House Institute PHI)，該研究所是被動(dòng)房研究和認(rèn)證的權(quán)威機(jī)構(gòu)，為世界首棟被動(dòng)式住宅（詞條“被動(dòng)式住宅”由行業(yè)大百科提供）建筑、辦公建筑、學(xué)校建筑、體育建筑、工業(yè)建筑、既有建筑被動(dòng)式改造等提供了設(shè)計(jì)咨詢、技術(shù)支持及后續(xù)認(rèn)證。目前，已經(jīng)有 6 萬多棟的房屋按照被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)建造，其中有約 3 萬棟建筑獲得了被動(dòng)房的認(rèn)證。
PHI 出版了被動(dòng)房設(shè)計(jì)手冊(cè)(PHPP)、被動(dòng)房計(jì)算軟件、被動(dòng)房評(píng)價(jià)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)、被動(dòng)房部品認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)達(dá)到被動(dòng)房標(biāo)準(zhǔn)的建筑、建筑部品(門窗、保溫系統(tǒng)、空調(diào)、新風(fēng)設(shè)備等)、建筑設(shè)備、認(rèn)證工程師、設(shè)計(jì)單位、施工單位進(jìn)行認(rèn)證。PHI 體系作為被動(dòng)房超低能耗建筑標(biāo)準(zhǔn)體系中最為成熟的一員，受到很多國家的學(xué)習(xí)和借鑒。目前，我國各個(gè)地區(qū)在建造被動(dòng)房建筑時(shí)，基本上也參照 PHI 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
在中國，被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)正逐漸成為建筑領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。這種技術(shù)通過提高外圍護(hù)性能、采光、通風(fēng)等被動(dòng)式技術(shù)和光伏建筑一體化等主動(dòng)化技術(shù)，與建筑其他專業(yè)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)整體建筑超低能耗的目標(biāo)。歐美主要國家已經(jīng)或正在制定適應(yīng)本國國情的被動(dòng)式超低能耗建筑技術(shù)體系。在中國，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部于2015年制定的《被動(dòng)式超低能耗綠色建筑技術(shù)體系》標(biāo)志著對(duì)這一技術(shù)的官方認(rèn)可。被動(dòng)式超低能耗建筑在門窗方面的具體應(yīng)用也備受關(guān)注。中國氣候區(qū)域復(fù)雜，設(shè)計(jì)策略上的創(chuàng)新和適用性至關(guān)重要。
3. 門窗幕墻超低能耗分析及在鄭州市骨科醫(yī)院中的應(yīng)用
鄭州市骨科醫(yī)院東院區(qū)新建綜合病房樓建設(shè)項(xiàng)目是“中原第一、中部領(lǐng)先、全國一流”區(qū)域性骨科醫(yī)院。該項(xiàng)目位于鄭州市二七區(qū)隴海中路與勤勞街交叉口西北角鄭州市骨科醫(yī)院內(nèi)。地下三層，地上二十二層。根據(jù)本工程建筑節(jié)能設(shè)計(jì)表的要求：外窗傳熱系數(shù)K≦1.0 分級(jí)指標(biāo)K應(yīng)為10級(jí)。
本項(xiàng)目設(shè)計(jì)范圍包含窗墻系統(tǒng)、鋁板幕墻、石材幕墻、雨篷、鋁合金（詞條“鋁合金”由行業(yè)大百科提供）外門窗、屋頂玻璃欄板、外立面金屬格柵等，如下圖為本項(xiàng)目東南東北側(cè)效果圖，其中超低能耗條形窗墻系統(tǒng)主要分布在南東西側(cè)，且南側(cè)條形窗集成了隱藏式電動(dòng)外遮陽卷簾。此窗墻系統(tǒng)采用65/100系列隔熱型材,合金（詞條“合金”由行業(yè)大百科提供）牌號(hào)及狀態(tài)號(hào)為6063-T6。型材室外外露可視部位采用氟碳噴漆（詞條“噴漆”由行業(yè)大百科提供）處理，室內(nèi)外露可視部位分采用噴粉處理，主型材截面主要受力部位基材最小實(shí)測壁厚不小于2.5mm;面板規(guī)格采用6(Low-E)+16Ar+6+16Ar+6鋼化中空玻璃和8(Low-E)+16Ar+8+16Ar+8鋼化中空玻璃。
建筑南立面的全部外窗采用電動(dòng)可調(diào)卷包式遮陽卷簾，可調(diào)節(jié)光線角度和入射通光量，抗風(fēng)性不低于8級(jí)，外遮陽與外墻保溫層連接處采用隔熱墊片和預(yù)壓（詞條“預(yù)壓”由行業(yè)大百科提供）膨脹密封帶減低傳熱損失。北側(cè)聚氨酯（詞條“聚氨酯”由行業(yè)大百科提供）斷橋超低能耗門窗系統(tǒng)。95系列隔熱型材,合金牌號(hào)及狀態(tài)號(hào)為6063-T6。型材室外外露可視部位采用氟碳噴漆處理，室內(nèi)外露可視部位采用噴粉處理，主型材截面主要受力部位基材最小實(shí)測壁厚不小于2.0mm。面板規(guī)格采用6(Low-E)+16Ar+6+16Ar+6鋼化中空玻璃和8(Low-E)+16Ar+8+16Ar+8鋼化中空玻璃。
其余部分為石材幕墻系統(tǒng)和鋁板（詞條“鋁板”由行業(yè)大百科提供）幕墻系統(tǒng)，其做法與傳統(tǒng)幕墻也均不相同。
3.1常見的被動(dòng)式玻璃幕墻系統(tǒng)按照產(chǎn)品材質(zhì)劃分
被動(dòng)式低能耗玻璃幕墻(幕墻窗)、門窗集成了其配套的獨(dú)特的安裝方式、專用新型節(jié)能副框系統(tǒng)、預(yù)壓膨脹棉、防水隔汽膜、防水透汽膜、窗臺(tái)板等。這需根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)配置，以達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)。常見的被動(dòng)式門窗幕墻系統(tǒng)按照產(chǎn)品材質(zhì)劃分一共有四大類。他們的共同特征是較低的K值，四類產(chǎn)品各具特點(diǎn)，需要根據(jù)不同的工程情況來選擇合適產(chǎn)品。
第一類是斷橋鋁幕墻、斷橋鋁門窗、窗墻系統(tǒng)。代表品牌WICONA為主的德系工裝產(chǎn)品。如下圖所示分別為幕墻系統(tǒng)(窗墻系統(tǒng))、門窗系統(tǒng)、門窗系統(tǒng)(集成遮陽)。本類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)是適合大型公建項(xiàng)目，鋁材（詞條“鋁材”由行業(yè)大百科提供）造型工藝成熟，耐久性（詞條“耐久性”由行業(yè)大百科提供）好，適合不同的建筑形式，比如醫(yī)院類超長條形窗，可
以采用窗墻系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡約美觀，沒有拼接材料，可以達(dá)到玻璃幕墻的效果，又能規(guī)避住建部38號(hào)文對(duì)玻璃幕墻對(duì)醫(yī)院的使用 限制。 且項(xiàng)目后期方便維護(hù)清潔。此類進(jìn)口品牌如WICONA、旭格等，價(jià)格昂貴。本類產(chǎn)品中幕墻不能應(yīng)用于醫(yī)院項(xiàng)目，門窗系統(tǒng)在視覺效果上不如窗墻系統(tǒng)，窗墻系統(tǒng)最為適宜，但價(jià)格稍高于斷橋門窗系統(tǒng)，且此類項(xiàng)目需要滿足較低的K值，隔熱條需要使用進(jìn)口產(chǎn)品。
第二類是木索系統(tǒng)、鋁木復(fù)合門窗（詞條“鋁木復(fù)合門窗”由行業(yè)大百科提供）產(chǎn)品。其代表品牌為墨瑟、森鷹等國內(nèi)家裝系統(tǒng)品牌。木索幕墻系統(tǒng)立柱橫梁為全實(shí)木構(gòu)造，鋁木復(fù)合門窗分兩類，一類是實(shí)木較多，一類是木板為裝飾板。前兩者價(jià)格昂貴，后期不方便打理，木質(zhì)構(gòu)件適合家裝，不適宜公建項(xiàng)目，且有發(fā)霉變形隱患。且鋁包木難以達(dá)到較高的節(jié)能要求。木系統(tǒng)價(jià)格比斷橋類價(jià)格昂貴，斷橋類價(jià)格比塑鋼類價(jià)格昂貴。
第三類是(增強(qiáng)型樹脂材料)塑鋼門窗、(PVC（詞條“PVC”由行業(yè)大百科提供）類)塑鋼門窗，代表品牌。此類產(chǎn)品的隔熱性能僅次于同檔次的玻璃纖維復(fù)合增強(qiáng)門窗，傳統(tǒng)的塑鋼門窗材料落后，北方項(xiàng)目較多采用塑鋼類產(chǎn)品，其缺點(diǎn)是抗紫外線能力差，民眾接受度低。塑料材質(zhì)容易產(chǎn)生劃痕，強(qiáng)度不高，超過3.5米高度或者外掛門窗安裝容易產(chǎn)生安全隱患。此類產(chǎn)品中也有工藝較為復(fù)雜的產(chǎn)品，以為例，其塑鋼型材外部集成鋁合金材質(zhì)，能夠克服外部惡劣環(huán)境，內(nèi)部增加了PVC覆膜（詞條“覆膜”由行業(yè)大百科提供）工藝，可以實(shí)現(xiàn)耐久性和美觀。又具備塑鋼卓越的保溫性能。兼具了三種材料的優(yōu)點(diǎn)。但工藝復(fù)雜，需要較高的加工精度（詞條“加工精度”由行業(yè)大百科提供）和設(shè)備。
第四類是玻璃纖維復(fù)合增強(qiáng)門窗(聚氨酯+玻璃纖維)，其代表品牌為此類材料做法又分為兩大類。一類是整體做玻纖復(fù)合型材，保溫性能最為卓越，另一類是斷橋+玻纖復(fù)合材料。玻纖復(fù)合增強(qiáng)材質(zhì)一般應(yīng)用于高酸堿石油化工行業(yè)，強(qiáng)度較高可以作為地鐵支架，石油鉆井平臺(tái)支架。
3.2被動(dòng)式超低能耗做法對(duì)比
門窗是外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，以普通住宅為例，門窗面積只占圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積的12%左右，但在建筑外圍結(jié)構(gòu)的熱損失中，門窗的熱損失缺占到整體熱損失的50%。
門窗安裝根據(jù)其具體的安裝位置可以有不同的安裝方法，目前國際主流的超低能耗門窗安裝為下圖中最后一種外掛式安裝方法，其典型優(yōu)點(diǎn)是13度等溫線與結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生干涉，無冷凝霉變風(fēng)險(xiǎn)。
國內(nèi)項(xiàng)目需要經(jīng)過PHI體系認(rèn)證的也多采用此方式安裝，但是由于外掛安裝對(duì)結(jié)構(gòu)洞口精度（詞條“精度”由行業(yè)大百科提供）要求高，對(duì)防水要求高，不達(dá)標(biāo)則容易造成漏水隱患。因此也采用下圖三中的齊平洞口安裝，此安裝成本低，對(duì)各方面要求相對(duì)較低，無漏水隱患，13度等溫線基本不與結(jié)構(gòu)干涉，無霉變風(fēng)險(xiǎn)，適合醫(yī)院應(yīng)用環(huán)境的衛(wèi)生要求，本項(xiàng)目擬采用次安裝方式。
圖示為窗安裝的不同位置與建筑外保溫的配合關(guān)系A(chǔ)、B、C、D。A窗安裝在結(jié)構(gòu)洞口的居中位置，保溫沒有對(duì)窗框體進(jìn)行覆蓋;B窗安裝在結(jié)構(gòu)洞口居中位置，保溫對(duì)窗框體進(jìn)行覆蓋;C窗安裝在結(jié)構(gòu)洞口內(nèi)靠外側(cè)，保溫對(duì)窗框體進(jìn)行覆蓋;D窗安裝在結(jié)構(gòu)洞口外側(cè)，保溫材料對(duì)其進(jìn)行覆蓋。
A方案：所示的安裝位置關(guān)系為是目前較為普遍的安裝方式，此種安裝便于窗的快速定位和安裝，便于保溫的施工，作為建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的最薄弱環(huán)節(jié)，保溫沒有進(jìn)行有效地覆蓋，不僅會(huì)造成很大的熱損失，也會(huì)在洞口的位置存在較大的結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)影響整個(gè)外維護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，由于窗過于靠近室內(nèi)，雖然有利于防水，不利于室內(nèi)的采光，影響建筑得熱。
B方案：同樣是居中安裝，由于保溫對(duì)窗框體進(jìn)行了覆蓋，對(duì)門窗的保溫性能有了一定的提高，有效地提高了窗室內(nèi)的表面溫度，對(duì)窗的抗結(jié)露性能有了一定的作用，但是由于窗的安裝位置太靠近室內(nèi)，窗與結(jié)構(gòu)之間結(jié)露發(fā)霉的問題已然沒有有效解決，13℃等溫線依然穿過結(jié)構(gòu)。13℃等溫線在結(jié)構(gòu)上穿過，就會(huì)產(chǎn)生如下問題.
C方案：將窗的安裝位置更靠近室外側(cè)，首先有利于采光，可提高建筑得熱;可根據(jù)洞口結(jié)構(gòu)的改變提高防水性能，根據(jù)熱工計(jì)算可以看出，其溫度梯度進(jìn)一步減小，有效地將其等溫線移向室外側(cè)，很大程度改善室內(nèi)熱環(huán)境，同時(shí)避免了結(jié)構(gòu)產(chǎn)生霉菌的可能。C方案的13℃等溫線恰好與結(jié)構(gòu)邊緣掠過，即能夠有效地避免霉菌的產(chǎn)生,從而避免一系列的問題。
D方案：經(jīng)典的外掛式安裝體系，這種安裝方法是把窗整體移向建筑結(jié)構(gòu)外側(cè)，并使用外墻保溫材料對(duì)門窗框進(jìn)行覆蓋，可有效提高窗與結(jié)構(gòu)之間的保溫性能，避免窗框及洞口周邊結(jié)露現(xiàn)象的產(chǎn)生，其等溫線分布均勻，可有效避免門窗結(jié)構(gòu)位置的結(jié)露發(fā)霉等問題。工藝要求高。
13℃等溫線已經(jīng)不在建筑結(jié)構(gòu)上，即表明上圖安裝位置較為合理，建筑結(jié)構(gòu)和窗之間不會(huì)有發(fā)霉的現(xiàn)象產(chǎn)生。此種安裝方法是將窗依靠“型材”/連接件形成支撐結(jié)構(gòu)，把窗“掛”在建筑結(jié)構(gòu)的外側(cè)，被廣泛稱為外掛式安裝(圖7)。所示的安裝方式有利于窗的保溫，并有效的防止窗安裝位置的結(jié)露和霉菌的產(chǎn)生，是一種較為穩(wěn)妥的安裝方法，但是這種安裝方法需要較厚的保溫，目前75%節(jié)能建筑的保溫厚度為10cm，如果是“外掛”安裝需要至少15cm。此種安裝多用與被動(dòng)式建筑。容易造成漏水隱患。
3.3鄭州骨科醫(yī)院超低能耗項(xiàng)目做法
超低能耗項(xiàng)目氣密性要求較高，如下表本項(xiàng)目氣密性要求8級(jí)，常規(guī)的上懸，外開等形式無法滿足氣密性要求。本項(xiàng)目采用內(nèi)開內(nèi)倒開啟。
如下圖分別為超低能耗窗墻和聚氨酯門窗的基本構(gòu)造做法。本窗墻系統(tǒng)隔熱條長度達(dá)49mm，隔熱條和玻璃之間腔體（詞條“腔體”由行業(yè)大百科提供）通過填充聚氨酯隔熱塊來降低熱量的傳遞和對(duì)流（詞條“對(duì)流”由行業(yè)大百科提供）。本項(xiàng)目的北側(cè)洞口門窗采用95系列聚氨酯斷橋門窗，其配置如下圖，其聚氨酯尼龍共擠門窗的斷橋部分長度達(dá)60mm，腔體全部用聚氨酯材質(zhì)填充。
低能耗項(xiàng)目需要考慮建筑使用年限，建議選擇可以達(dá)到50年使用要求的保溫和防火材料。防止20年后保溫達(dá)到質(zhì)保期，保溫時(shí)效，增加低能耗項(xiàng)目的維護(hù)費(fèi)用。且巖棉類材料在住建部淘汰材料名單，部分城市已經(jīng)禁止使用。可以考慮下圖復(fù)合珍珠巖棉板作為保溫和節(jié)能材料，請(qǐng)參考相應(yīng)的國標(biāo)和地標(biāo)要求。
其他構(gòu)造措施需要滿足被動(dòng)房超低能耗項(xiàng)目的要求。如埋板部位設(shè)置50mm厚防腐木墊塊或者聚氨酯塊，門窗洞口安裝方式自內(nèi)而外嚴(yán)格按照防水隔氣膜+預(yù)壓膨脹棉+防水透氣膜的安裝方式。采用洞口齊平安裝，避免結(jié)露霉變等。南側(cè)隱藏式這樣卷簾設(shè)置如下圖等。
上圖中的預(yù)壓膨脹棉可以實(shí)現(xiàn)最大40mm的尺寸形變，結(jié)合防水透氣膜和防水隔汽膜，有效實(shí)現(xiàn)氣密性，同時(shí)避免結(jié)露。絕熱（詞條“絕熱”由行業(yè)大百科提供）墊塊有效的杜絕幕墻系統(tǒng)通過龍骨進(jìn)行的熱量的傳遞。聚氨酯塊和聚氨酯發(fā)泡有效的杜絕熱量的對(duì)流和輻射。同時(shí)避免使用較為昂貴的超低能耗材料如真空板等。
本項(xiàng)目的做法綜合考慮河南省省情和施工實(shí)際情況，選用成本低的洞口齊平安裝方法，選用低成本的防腐木墊塊等，為更多超低能耗項(xiàng)目在河南以較低成本的建設(shè)落地提供示范作用。
建筑節(jié)能是建筑領(lǐng)域減碳的必要途徑，門窗幕墻系統(tǒng)在建筑的節(jié)能中尤為重要，被動(dòng)式低能耗門窗系統(tǒng)不僅是建筑的未來發(fā)展趨勢，也是推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和的重要方式之一。 針對(duì)中國地域廣闊的特點(diǎn)，選擇施工地域的產(chǎn)異化被動(dòng)式門窗幕墻系統(tǒng)產(chǎn)品和安裝方式。
相關(guān)主管部門、設(shè)計(jì)研究院所、施工企業(yè)需要綜合考慮我國的國情，氣候特點(diǎn)，綜合成本效益，改造成本，制定合適設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，為雙碳目標(biāo)早日達(dá)成貢獻(xiàn)力量。
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作者單位：浙江中南建設(shè)集團(tuán)建筑幕墻設(shè)計(jì)研究院
