基于被动式超低能耗建筑发展现状的被动窗市场分析

中国作为世界建筑体量最大的国家，绿色建筑和超低能耗建筑的发展有目共睹，建筑能耗占社会总能耗的比例也有所好转，已从2018年的33.3%以上降为21%，但其中仍有70%以上属于高能耗建筑。据统计，2016年我国北方地区既有建筑面积206亿平方米。北方地区大气污染物排放量超出环境容量的50%以上，排放强度最高达到全国平均水平的5倍，在采暖季又将增加30%左右的排放量。如将该区域建筑全部改造成超低能耗建筑，每年可节约3.49亿吨标煤，在极大缓解大气污染治理难题的同时将减轻“煤改气”和“煤改电”引起的能源紧张局面。“因此深入推广和发展超低能耗建筑，营造健康、舒适、宜居的环境，对提升建筑节能水平、推动行业转型升级、保护环境等方面具有十分重要的意义^[1]。

随着人民生活水平的不断提高，人们对居住环境的要求也越来越高，已从以前的“有住就行、有房就行”上升到“住好才行、房好才行”。特别是经历了此次新冠肺炎疫情后，人们更加注意到打造健康舒适的居住环境尤为重要。门窗作为建筑能耗流失的“黑洞”，近年来节能门窗已被设计师和大众熟知并认可。随着建筑节能水平和人民对生活品质要求的不断提高，被动窗的市场会越来越大且呈现多元化发展，在材料的应用和外观上也较传统门窗有极大水平地提高及突破。

1 被动式超低能耗建筑及被动窗发展研究

1.1 被动式超低能耗建筑发展现状

中国建筑科学研究院研究团队收集了我国已建成、在建的超低能耗建筑示范项目，并对其中具有代表性的64个示范项目展开技术经济分析。64个项目分别于2012—2019年期间建成，其中建筑类型涵盖居住建筑、办公建筑、学校建筑等常规建筑类型，以及康复中心、展览馆等特殊功能建筑。其中，包含世界建筑规模最大的超低能耗建筑社区（120万m²）——高碑店列车新城，见图1。

居住建筑由于技术和市场逐渐成熟，增量成本从1300元/m²，降至600元/m²，降幅达53.8%，办公建筑增量成本从1620元/m²，降至800元/m²，降幅50.6%，学校类建筑增量成本主要集中在围护结构和空调新风系统方面，增量成本从1540元/m²，降至1000元/m²，降幅35.1%。2017、2018年间，夏热冬冷地区项目增多，此气候区示范建筑增量成本较寒冷地区相对降低[2]。

目前示范项目围护结构采用的保温材料主要为岩棉、XPS、EPS，以及真空绝热板等，其中使用最为普遍的仍然是岩棉和XPS。在北方地区SEPS石墨聚苯板因其优异的性能同样被广泛采用，但因其耐火等级和运输成本具有一定的区域性限制。环境一体机随着被动式超低能耗建筑的发展作为中国“特色产品”技术水平及相关标准也逐渐成熟。

图1 高碑店列车新城

1.2 被动窗发展现状

在建筑外围护结构中，外窗、外墙、屋面和地面是建筑能耗的四大部位。通过门窗损失的能量约占建筑围护部件总能耗的40%～50%。可见门窗是建筑节能的关键所在。因此，降低被动式超低能耗建筑外窗(以下称被动窗)的能耗，提高被动窗的保温隔热性能，是被动房室内环境和能耗的重要保障。

“被动窗”进入国内从业者的视野有十几年的时间，经过行业不断地发展，现在符合我国《近零能耗建筑技术标准》GBT51350-2019的门窗产品较前几年已经有长足的发展，伴随而来的是巨大的行业红利。

被动窗的生产方式及工艺要求十分严苛，要有设计、研发、低导热系数材料及大量的计算及实验验证，还要有精密的加工设备及熟练的门窗工匠和研发团队，确保产品的各项性能。国内主要生产企业主要以奥润顺达集团的MOSER门窗等为代表的门窗生产企业，目前国内取得“被动式低能耗建筑产业技术创新战略联盟”被动式低能耗建筑产品选用目录（第八批）中共计38家企业，其中84%均为北方的门窗企业。

北方冬季采暖能耗巨大，且政府推行清洁能源，实施老旧小区节能改造，且出台支持被动式产业发展的省市均以北方为主，故近年来被动式超低能耗建筑技术的发展应用及相关配套的部品生产企业或基地以北方的严寒和寒冷地区为主。

作为整栋建筑的“瓶塞”，被动窗要求具有极高的保温性能，DB13（J）/T273-2018《被动式超低能耗居住建筑节能设计标准》[3]中规定被动窗在严寒、寒冷地区传热系数K≤1.0W/（m²·K）。

表1 外门窗、采光顶传热系数K和太阳得热系数SHGC参考值

1.3 被动窗产品现状

随着我国建筑节能标准的提高及各地市被动式超低能耗建筑鼓励政策的出台。目前国内市场“符合标准要求”的被动窗种类越来越多，其配置也是越来越丰富。K≤0.6W/（m²·K）的“真空复合中空”、“四玻三腔”等高性能玻璃、柔性暖边间隔条及安装配套材料防水隔汽膜、防水透气膜、节能附框等。窗框种类及形式也呈多样化，例如铝木复合、隔热铝合金、塑料、玻璃纤维增强聚氨酯、铝塑共挤、聚氨酯隔热铝合金等一系列符合标准要求的被动窗型材。被动窗市场中铝木复合及隔热铝合金材质的被动窗因进入市场较早发展时间较长，相关标准及产品工艺较为完善，目前在国内占整个市场的主要份额。

1.4 被动窗技术现状

被动窗的技术主要是既有产品的升级改造和性能提升，近些年随着新材料的研发及国外技术的引进，也不乏有新的技术方案来生产制造被动窗。但目前这些技术方案及工艺流程并不被业内人员所熟知或接受，只能通过市场多元化的发展来逐步推动新材料新技术被大众熟知并认可。

被动窗有产品的改造升级是目前绝大部分企业所采用的，也是被大众熟知和认可的。传统产品的改造升级，有利于国内行业的健康发展和企业的降本增效，也成为了系统的延续。目前我国被动窗市场仍处于较为混乱的阶段，以次充好的现象较为严重，真正大型生产并有较高质量保证的企业较少，有自己独立的被动窗加工生产和创新研发的系统及技术方案的生产制造企业并不多。被动窗的技术发展并不充分，正在经历市场的优胜劣汰。

1.5 被动窗经济成本现状

被动式超低能耗建筑的窗户必须满足严格的标准，目前国内市场上有较多可供选择的产品。高性能，高舒适度的产品价格也相对较高。由于产品能耗较低，性能提高的特性，因此被动式超低能耗建筑的采暖、制冷成本也会相应降低。所以结合既有的被动式超低能耗建筑的运行情况和整体增量成本而言，选用高性能的被动窗性价比是很高的。

被动窗的价格是被动式超低能耗建筑中增量成本最大的一项，目前国内实行75%节能的地区，居住建筑的外窗要求K≤2.0w/（m²·K）。在2019年9月1日实施的GB/T51350-2019《近零能耗建筑技术标准》中要求寒冷地区居住建筑外窗传热系数K≤1.2w/（m²·K），严寒地区外窗传热系数K≤1.0w/（m²·K）。传热系数提高带来的首先是价格提升，因为普通型材和单片或双片玻璃是很难达到被动式超低能耗建的使用要求。型材的改良、加厚、升级结合三玻两中空或真空、真空复合玻璃才能达到相关标准的使用要求。

依据中华人民共和国住房和城乡建设部发布的《建筑门窗工程、防水工程、地源热泵工程造价指标》（试行）[6]中相关指标：东北、华北地区，保温性能为十级的平开铝合金门，指标为1729.66元/m²，其中材料费占比为82.42%。东北、华北地区，保温性能为十级的平开悬开铝合金窗指标为1983.45元/m²，材料费占比为80.91%。根据其他工程项目的均价，同等配置的铝包木及塑钢窗指导价也均在2000元左右，材料费用的占比约80%以上。该造价指标中给出的价格参数与实际制造经营满足要求的“基本配置”被动窗经济成本基本持平，若客户有其他特殊需求成本还会增加，例如选配“金刚一体纱”、“高端五金”、特殊的施工安装等。

除材料、加工、人员工时费外，被动窗另外一项增量费用，就是安装费用。被动窗为降低安装传热系数和安装固定件产生的热桥，在外墙外保温的结构中，被动窗通常采用外挂式的安装方式。经过测算，被动窗外挂式安装的增量成本约为400-450元。其中占比最大的费用是安装材料费用，主要是固定支架及防水隔汽膜、防水透气膜。外挂式安装施工需要在室外进行，也会增加安装辅助设备的使用时间和项目周期增加。目前被动式门窗的更换也需在室外进行，无形中也增加了被动窗的成本，导致被动窗的价格成为被动式超低能耗建筑中增量成本最大的一项。

表2 被动窗与传统门窗性能对比表

表3 东北、华北地区建筑门窗工程造价指标

2 被动窗的产品研究

2.1 铝木复合门窗

铝木复合型材是将铝合金型材和实木通过保温隔热型材连接的方法复合而成的型材框体，其室外侧为铝合金型材，室内侧为木制型材，充分避免了木材和金属收缩系数不同的属性，克服了实木型材受室外环境影响易腐蚀、易虫蛀和易变形等缺点。

随着现代木材加工工艺的不断发展，大多采用集成木材制作框体，木材经过严格筛选，进行防腐、脱脂、阻燃、防白蚁等特殊处理，使木材的强度和耐候性得到改善。木材热阻率大，传热系数低，市场主流铝包木被动窗厚度100-130mm，窗框Uf≤0.8W/(m²·K)。目前铝包木型材生产成本较高，但受中国传统木作的影响和其优异性能及多样化的造型，市场对铝包木产品十分青睐。

图2 铝包木被动窗

2.2 铝合金型材

图3 铝合金被动窗

隔热铝合金型材是在传统铝合金型材的基础上，采用高强度增强尼龙隔热条将室内外冷热腔体分割，使其具有良好的阻热性能。隔热条24mm宽的铝合金型材传热系数为Uf=2.8W/(m²·K);隔热条37.5mm宽的铝合金的传热系数的Uf=1.7W/(m²·K)。随着隔热条厚度增加，其传热系数逐渐降低。但隔热条增加到一定程度，会导致材料成本大幅增加。国内铝合金被动窗的隔热条宽度基本在50mm以上，目前隔热条最大宽度为64mm窗框Uf≤1.0～0.8W/(m²·K)。

2.3 塑料型材

塑钢型材是以聚氯乙烯树脂为主要原料，通过添加特定比例的化学药剂挤出成型材，然后在型材内部加入钢衬或无热桥衬。随着塑钢型材的发展，其材质不断优化，告别了容易老化、黄边、龟裂等现象。同时其结构形式也不断进化，型材厚度不断增大，空腔数量也逐渐增加。因为塑料窗空腔越多，其传热性能越好。目前市场主流的塑料被动窗腔体基本在6腔以上，部分型材厚度95mm塑料窗腔体数量达到8腔。腔体内填充K≤0.032W/(m²·K)保温材料，大大减小了其传热系数，增强保温性能Uf≤0.8W/(m²·K)。

图4 塑料被动窗

3 市场分析

被动式超低能耗建筑进入我国后除国家政策推动外，各省市地方也相继发布补贴政策推动超低能耗建筑的发展，自2016年开始，部分省市相继发布文件明确超低能耗建筑发展目标和具体实施管理办法，截至2019年12月，7个省及自治区、13个城市共出台28项超低能耗建筑激励政策。

2020年7月27日河北省人民政府办公厅印发关于支持被动式超低能耗建筑产业发展若干政策的通知《关于支持被动式超低能耗建筑产业发展的若干政策》[7]指出2020年和2021年，石家庄、保定、唐山市每年分别新开工建设8万平方米、20万平方米，其他设区的市每年分别新开工建设3万平方米、12万平方米，定州、辛集市2021年分别新开工建设2万平方米。2022～2025年每年以不低于10%的速度递增。到2025年，全省竣工和在建被动式超低能耗建筑面积合计达到1340万平方米以上。

该“通知”还要求要同时突出利用省级大气污染防治（建筑节能补助）专项资金，对单个项目（以立项批准文件为准）建筑面积不低于2万平方米的被动式超低能耗建筑示范项目给予资金补助。

4 结论

目前超低能耗建筑产业及被动窗市场正处于起步阶段，但随着技术迭代，产品规模化生产大规模应用推广，政策支持以及建筑节能标准的提升等多重作用下可成为积极拉动建筑行业高质量发展的高效引擎，将拉动建筑相关部品部件、建材、建筑设计、建筑施工及运维服务等行业的全面升级，催生巨大市场空间。

参考文献

[1]《中国建筑节能年度发展研究报告2020》第十六届清华大学建筑节能学术周公开论坛—江亿.

[2]张时聪，吕燕捷，徐伟.64栋超低能耗建筑最佳案例控制指标和技术路径研究.建筑科学，2020（6）：7-13+135.

[3]DB13（J）/T273-2018《被动式超低能耗居住建筑节能设计标准》.

[4]易序彪.《被动房与节能门窗的研究应用》.建设科技，2014（12）：23-28.

[5]《民用建筑门窗工程技术标准（征求意见稿）》.北京市市场监督管理局官方网站，2020年8月6日.

[6]《建筑门窗工程、防水工程、地源热泵工程造价指标》（试行）.

[7]《河北省人民政府办公厅印发关于支持被动式超低能耗建筑产业发展若干政策的通知》，河北省人民政府办公厅，2020年07月27日.