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1 研究背景
被动式超低能耗建筑是我国节能建筑发展的重要趋势，国内已完成了多项示范工程，并在陆续制订相应技术导则或标准。典型的被动式超低能耗示范建筑主要有秦皇岛某示范工程、哈尔滨某示范工程、新疆某示范工程等，还有一些工程在陆续建设中;标准编制方面，中国建筑科学研究院受住建部委托起草了被动式超低能耗绿色建筑技术导则，河北省起草了我国第一个被动式超低能耗建筑节能设计的地方标准。
作为被动式超低能耗建筑薄弱环节的外窗，其性能指标目前均简单参考德国“被动房”相关指标确定，难以实现被动式超低能耗建筑对建筑节能和热舒适度的更高要求。“被动房之父”菲斯特教授指出“整窗传热系数小于0.85W/(m2·K)，是基于内表面平均温度在设计条件下要高于17℃”。也就是说，外窗传热系数是根据内表面温度（词条“表面温度”由行业大百科提供）来确定的，即在不采暖的情况下，窗内表面温度要高于17℃，才能保证外窗内表面的热舒适度，称之为“热舒适度准则”。此准则明确指出，外窗的传热系数是由室内表面温度来确定的。研究表明，在室内空气温度为20℃，围护结构内表面温度高于17℃时，人体才不会感受到明显的来自围护结构的冷辐射。也就是说，外窗的传热系数指标要能保证在所处的环境下外窗内表面平均温度不低于17℃，才能达到被动式超低能耗建筑的热舒适度要求。我国与德国气候差异极大，适用于德国被动式超低能耗建筑用外窗的性能指标是否适用于我国，我国被动式超低能耗建筑的外窗指标应该如何确定，成为亟需研究解决的课题。另外，国内被动式超低能耗示范建筑评价是基于德国的方法进行，外窗的热工性能仅通过对节点的热工模拟结果确定，缺乏实测数据为其他工程提供参考。
本文基于被动式超低能耗建筑用外窗的“热舒适度准则”和传热学基本原理，推导出了适用于我国的被动式超低能耗建筑用外窗传热系数计算方法和内表面最低温度，给出了我国不同气候地区典型城市被动式超低能耗建筑用外窗传热系数限值。在对国内几个典型被动式超低能耗建筑用外窗性能测试基础上，论文给出了目前被动式超低能耗建筑用外窗存在的问题和分析，对国内被动式超低能耗建筑用外窗的设计和安装具有重要参考价值。
2 外窗热工性能指标研究
2.1 传热系数指标确定方法研究
根据被动式超低能耗建筑用外窗的“热舒适度准则”和传热学原理，外窗传热系数计算公式可推导如下：
假定外窗为单一均质材料，其典型的传热过程见图1[4][5]，室内空气温度t1为20℃，外窗内表面温度θ1为17℃，外窗内表面换热系数h1为8 W/(m2·K)[6]，室外空气温度为t2。
2.3 我国被动式超低能耗建筑用外窗传热系数研究
我国不同气候地区外窗传热系数应根据各地的冬季室外计算温度来确定，冬季室外计算温度可参考GB 50176-93《民用建筑（词条“民用建筑”由行业大百科提供）热工设计规范》的“附录三 室外计算参数”中的Ⅳ型数据确定[7]。外窗传热系数指标按本论文计算确定。
不同气候地区典型城市冬季室外计算温度和外窗传热系数限值见表1。
国内已陆续建成了多个被动式超低能耗示范建筑，因暂时国内没有发布统一的标准要求，因此已建和在建示范建筑的外窗传热系数均参考了德国有关指标，如秦皇岛某工程、哈尔滨某工程和新疆乌鲁木齐某工程等，均参考德国“被动房”的要求将外窗传热系数K值限值设定为0.8W/(m2·K)。而秦皇岛、哈尔滨和乌鲁木齐的冬季室外计算温度差异较大，依据规范，三地的冬季室外计算温度分别为-17℃、-33℃和-33℃，则按照本论文的方法，满足热舒适度准则的外窗传热系数应分别为≤0.65 W/(m2·K)、≤0.45 W/(m2·K)和≤0.45 W/(m2·K)。工程采用的0.8W/(m2·K)设计指标距本论文给出的限值有较大差异，难以满足被动式超低能耗建筑用外窗“热舒适度准则”的要求。
目前国内尚未出台各不同气候地区被动式超低能耗建筑用外窗相关性能的设计标准，制定该类标准对被动式超低能耗建筑在我国不同气候区的推广有非常重要的意义，本论文提出的方法对于我国制订不同气候区域被动式超低能耗建筑用外窗传热系数指标具有重要参考价值。
2.4 外窗内表面最低温度研究
由于外窗不是单一材质的均匀构件，因此在控制外窗传热系数指标时，还应对内表面最低温度进行控制。被动房之父”菲斯特教授指出“为了防止霉菌生长，在通常室内空气湿度下，窗户内表面的任何位置包括玻璃边缘温度至少应在13℃以上”。可见，外窗内表面最低温度确定的原则是外窗室内侧在正常的湿度条件下不结露，即外窗内表面最低温度应高于露点温度。
露点温度可按相应标准给出的公式计算得到。公式计算结果表明，相对湿度30%、50%、60%和 65%时，露点温度分别为1.90℃、6.00℃、9.26℃、11.99℃和13.2℃。室内体感舒适的湿度一般控制在30%~65%之间，因此，外窗应在相对湿度65%时不结露，即外窗内表面温度不应低于13.2℃，一般控制在13℃。
3 我国被动式超低能耗建筑用外窗性能测试分析
3.1 测试方法
外窗传热系数评估以按相应国家标准在实验室测试的报告数据为主[8]，没有测试报告的采用符合相应标准的外窗传热系数模拟计算数据[6]。
外窗空气渗漏普测采用红外热像仪定性测试。测试是在冬季室外温度较低的情况下进行的，外窗存在渗漏时，室内侧的红外热像图将有明显的低温区域，可简便、迅速地评估外窗的空气渗漏。气密性能现场测试是对外窗气密性能的定量评估手段，依据相应标准进行现场测试和等级评定[9][10]。
外窗内表面温度监测是对外窗内表面各点在连续时间段内温度变化进行监测，是测试外窗热工薄弱环节的一种手段。监测的主要方法是在外窗的内外表面典型点粘贴温度传感器，并连续采集温度数据。外窗内表面结露检查通过目测和拍照进行。
3.2 外窗传热系数测试评估结果及分析
几个典型工程的外窗做法及传热系数K值评估结果见表2。
外窗空气严重渗漏分两种情况：(1)外窗窗扇处空气渗漏，见图2，应为外窗型材（词条“型材”由行业大百科提供）翘曲变形所致;该工程铝包木型材在加工和使用过程中可能存在存放或处理不当导致的变形。(2)外窗与墙体接缝处空气渗漏，见图3，应为安装密封缺陷所致。
3.4 外窗气密性测试结果及分析
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