关于中国不同气候区超低能耗建筑标准对高性能门窗的分析与选择

随着我国超低能耗建筑的推广和发展，被动式超低能耗建筑也被大家熟知，相较于常规建筑通过主动式的设备来调节室内气候及舒适度，被动式超低能耗建筑通过提高建筑结构的质量和标准来提高建筑的室内舒适度，保证更佳的可持续性、舒适性、健康性、可靠性、经济性和节能环保性，逐步改善环境和气候问题。

被动式超低能耗建筑五大原理是：卓越的隔热保温性能；无热桥的设计和构造；密闭的建筑外围护结构；高效舒适的热回收新风系统；性能良好的被动式门窗。

良好性能的被动式门窗是超低能耗建筑的五大设计原则之一，门窗在外围护结构中所占的面积一般只有30% 左右，而门窗的能耗损失却占建筑围护结构的50% 以上，所以超低能耗建筑选用什么样的门窗在一定程度上决定了建筑的性能好坏。因而，对超低能耗建筑用门窗的设计与选择提出了更高的标准和要求。选择门窗必须根据不同气候环境的特点，采用当地适用的被动式门窗进行适当地调整。

1 中国环境气候区的分类

中国区域辽阔，是世界上气候类型分布最多的国家之一，建筑气候区划的目的是使建筑更充分地利用和适应我国不同的气候条件，做到因地制宜。《民用建筑设计统一标准》GB 50352-2019 根据环境条件将我国划分为五个气候区：严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区，如图1 所示。

图1 中国建筑气候区划图

严寒地区，例如黑龙江省，每年冬季气候寒冷，采暖季长达5~6 个月，冬季室外环境温度大多在-25℃以上。该地区属于超低能耗建筑的重要发展地区之一。

寒冷地区，例如北京，该地区采暖季也长达4~5 个月，室外气候常年平均略高于严寒地区，也是超低能耗建筑的重要发展地区之一。

夏热冬冷地区，例如上海、重庆，最冷月平均气温0℃ ~10℃，平均相对湿度在80% 左右，冬季气温虽然比北方高，但日照不如北方。北方日照率不少于60%，而重庆不足15%。整个冬季阴暗，不见阳光。

夏热冬暖地区，例如深圳，该地区最冷月平均温度高于10℃，最热月平均温度在25℃ ~30℃，而且月平均温度为25℃的天数有100~200 天，所以需要制冷的天数在3~6 个月。

温和地区，例如昆明，夏季部分房间存在过热的情况。冬季部分地区室内温度偏低，有需要保温采暖的需求。

由此可见，在中国大部分区域以及城市的建筑都需要保证居住的热舒适性，提高能源利用效率，以节约能源、保护环境，从而保证人们所居住的环境。

2 各地区典型代表省市超低能耗建筑标准现状对比分析

为推进建筑能效水平提升，各地颁布的超低能耗建筑标准因地理气候不同，对超低能耗建筑的性能要求也不同。2019 年9 月1 日起，国家标准《近零能耗建筑技术标准》GB/T 51350-2019 正式实施。全国各地相继颁布出台了关于超低能耗建筑的相关标准。上海市在同年3 月13 日颁布《上海市超低能耗建筑技术导则（试行）》；黑龙江省在2019 年1 月2 日发布了《被动式低能耗居住建筑节能设计标准》DB23/T 2277-2018，北京市在2019 年10 月12 日发布了《超低能耗居住建筑设计标准》DB11/T 1665-2019 等。表1 对中国不同气候区典型代表省市地区超低能耗建筑标准进行对比。

表1 中国不同气候区代表省市超低能耗建筑标准对比表

根据不同气候区代表省市标准对超低能耗建筑要求可以看出，当前我国在环境气候的影响下，各地超低能耗建筑标准在气候特征和建筑要求上有着较为明显的差异，在应用超低能耗建筑理念时，有差异化的技术设计和指标。

在外墙、门窗等外围护结构要求方面，偏北地区（严寒地区与寒冷地区）比偏南地区（夏热冬暖与夏热冬冷、温和地区）要求相对较高。北方地区对外墙及屋面的传热系数要求在0.1w/m²·k 左右，对门窗的传热系数要求在1.0w/m²·k 左右。而南方地区对外墙及屋面传热系数要求在0.3w/m²·k，对门窗的传热系数要求在2.0w/m²·k 左右，高2~3 倍。而南方区域的换气次数高于北方区域，黑龙江、北京的换气次数分别为n50≤ 0.5h-1与 n50≤0.6h-1，而南方区域则为n50≤1.0 h-1 。由此可见，在较潮湿的南方地区换气次数应适当增加，而在较炎热干燥的北方地区则可适当减少换气次数，方可达到舒适的室内环境。

在遮阳要求方面，南方地区高于北方地区，要求夏季的太阳得热系数为≤0.15W/m2，而北方地区要求冬季的太阳得热系数为≥0.45，夏季的太阳得热系数≤0.3。夏热冬冷地区情况特殊，日照率不高，上文中曾说明，要求不同于南方地区，也就是要求在冬季的太阳得热系数为≥0.45 ，夏季的太阳得热系数为≤0.3。可以增加外遮阳，也可以在门窗玻璃上增加技术性能（低辐射镀膜玻璃），这样在采光的同时，也可以阻挡热能光源进入室内。

3 在各地区超低能耗建筑标准的要求下，高性能门窗如何选配

超低能耗建筑应选择保温效果较好的外门窗，其影响性能的主要参数包括传热系数、遮阳系数以及气密性能；影响外窗节能性能的主要因素有玻璃层数、low-e膜层、填充气体、边部密封、型材材质、截面构造及开启方式等。在满足各地标准的门窗性能的情况下，当前门窗行业铝包木、铝合金、塑钢门窗都可满足各地要求。

3.1 严寒地区代表省份——黑龙江

在严寒地区达到超低能耗建筑的要求门窗如表2 所示，宜采用四玻三腔中空玻璃，再添加惰性气体、暖边间隔条等，传热系数可达到0.5w/m²·k，且黑龙江地区无强制要求遮阳，宜采用固定或活动外遮阳设施，相对降低玻璃遮阳系数的配置，从而可以在冬季有效地吸收太阳能得热。配合铝包木窗框厚度达到≥130mm；隔热铝合金窗选用隔热条宽度≥60mm，在框内同时添加石墨聚苯板等低传热系数保温材料（石墨聚苯板传热系数0.032w/m²·k）；塑钢窗选用腔体数≥7 腔；同样填充保温材料，从而达到地区标准在传热系数0.8w/m²·k 以下的门窗性能要求。

表2 严寒地区选用门窗配置表

3.2 寒冷地区代表城市——北京

在北京地区达到超低能耗建筑的要求的门窗如表3 所示，玻璃宜选用三玻两腔，填充惰性气体、暖边间隔条传热系数达到0.75w/m²·k；配备铝包木窗型材厚度≥120mm 的窗框；隔热铝合金间选用隔热条宽度≥57m、添加保温材料的窗框；塑钢窗选用腔体数≥6 腔的窗框，同时添加保温材料的窗框；即可满足北京地区标准要求。

北京地区标准要求因冬季与夏季太阳照射角度不同，遮阳系数要求在冬季要求≥0.45，夏季要求≤0.3，夏季太阳角高，冬季太阳角低，非常适合于用固定外遮阳的方式满足夏季遮阳而又不影响冬季日照的要求。

3.3 夏热冬冷地区代表城市——上海市

在上海地区达到超低能耗建筑要求的门窗如表4 所示，外门窗的遮阳系数应综合考虑室内透光、外遮阳设置情况。上海地区日照率不强，因为遮阳系数的玻璃可见光等性能下降，宜采用可调节外遮阳时，不宜选用过低遮阳系数玻璃。满足以上要求后，选用三玻两腔（传热系数0.95w/m²·k）且有一定遮阳效果的中空玻璃，配备铝包木窗型材厚度≥95mm 的窗框；隔热铝合金选用隔热条宽度≥32mm 的窗框；塑钢窗腔体数≥5 腔的窗框，即可满足上海地区对外门窗传热系数≤1.80w/m²·k 的标准要求。

表3 寒冷地区选用门窗配置表

表4 夏热冬冷地区选用门窗配置表

3.4 温和地区代表城市——昆明

温和地区日平均温度不高，冬季寒冷时间短而不极端的情况下，要求外窗传热系数≤ 2.0w/m²·k，遮阳系数为夏季≤0.15、冬季≥0.4。选用双玻传热系数1.84w/m²·k 的玻璃，配置铝包木窗选用型材厚度≥85mm 的窗框；隔热铝合金选用隔热条宽度≥24mm 的窗框；塑钢窗腔体数≥3 腔的窗框，即可满足当地要求（如表5 所示）。

表5 温和地区选用门窗配置表

3.5 夏热冬暖地区代表城市——深圳

在深圳地区达到超低能耗建筑要求的门窗（如表6所示）。由于深圳地区要求遮阳系数较高，过低辐射玻璃会影响可见光、透明程度，再加上该地区要求传热系数较低，综合考虑这些情况下，可采取外遮阳措施。选用双玻，传热系数2.48w/m²·k 的玻璃。配备铝包木窗选用型材厚度≥85mm 的窗框；隔热铝合金选用隔热条宽度≥20mm 的窗框；塑钢数选用腔体数≤3 腔的窗框。达到当地标准外门窗传热系数≤2.5w/m²·k，遮阳系数在夏季达到≤0.15 的要求。

表6 夏热冬暖地区选用门窗配置表

4 高性能门窗在不同气候地区的选择适宜性

随着超低能耗建筑标准对门窗传热系数的要求由南到北逐步增高的情况下，各类门窗型材宽度也会随之增加（如表7 所示）。在北方地区对门窗性能要求较高，为了达到标准要求，隔热铝合金窗相比铝包木窗、塑钢窗在工艺要求上更加复杂，所以价格偏高。铝包木窗相比塑钢窗，木材导热系数较低，所以铝包木窗更容易达到性能要求。由此可见，在北方地区选用门窗，铝包木门窗适宜性较好，塑钢门窗适宜性适中，隔热铝合金门窗适宜性一般。而在南方地区超低能耗建筑标准门窗，应适用于南方潮湿、室外温度较高、日照率高的气候环境，隔热铝合金较铝包木窗、塑钢窗更易达到要求。因此在南方地区，隔热铝合金窗适宜性较好，铝包木门窗适宜性适中，塑钢门窗适宜性一般。

表7 不同地区适宜用门窗分类表

5 结论

被动式门窗作为超低能耗建筑的重要环节之一，在满足各地区超低能耗建筑标准门窗性能要求的同时，选用适宜当地气候环境的门窗也是极其必要的。各类门窗因材质及构造不同，适用性的选用应做到因地适宜，从而在保证超低能耗建筑舒适性的基础上，达到更加节能经济、增加建筑寿命等更上一层楼的效果。

参考文献

[1]GB 50352-2019，《民用建筑设计统一标准》[S].

[2]GB/T51350-2019，《近零能耗建筑技术标准》[S].

[3]《上海市超低能耗建筑技术导则（试行）》[S].

[4]DB23/T 2277-2018，《被动式低能耗居住建筑节能设计标准》[S].

[5]DB11/T 1665-2019,《超低能耗居住建筑设计标准》[S].

作者

河北奥润顺达窗业有限公司  朱旭 赵及建 刘爽 柴阳青

本文出自《建设科技》2020年08期，主题：被动式低能耗建筑（被动房）。