以綠色建筑為導(dǎo)向的外窗熱工性能測(cè)試與評(píng)估方法研究

劉立創(chuàng)

（廣東平勝工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司）

1 綠色建筑研究背景和檢測(cè)外窗熱工性能的重要性

綠色建筑是指在設(shè)計(jì)、建造、使用和拆除過(guò)程中，最大限度地減少對(duì)環(huán)境的影響，提高使用者的健康和舒適度，并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的建筑。外窗是綠色建筑中至關(guān)重要的構(gòu)成部分，其熱工性能對(duì)建筑能耗、使用者舒適度以及室內(nèi)空氣質(zhì)量等方面具有重要影響。研究外窗熱工性能的重要性在于，外窗是建筑中能耗的主要來(lái)源之一，其在保溫隔熱、室內(nèi)采光和空氣質(zhì)量等方面的表現(xiàn)直接影響著建筑的能耗和使用者的舒適度。因此，檢測(cè)外窗的熱工性能，評(píng)估其綜合表現(xiàn)，具有非常重要的意義。同時(shí)，綠色建筑的發(fā)展也促使了對(duì)外窗熱工性能檢測(cè)方法和評(píng)估方法的不斷研究和改進(jìn)，以更好地滿足綠色建筑的需求和要求。近年來(lái)，隨著人們對(duì)建筑能耗和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷增強(qiáng)，綠色建筑的發(fā)展也越來(lái)越受到關(guān)注。在此背景下，外窗熱工性能的檢測(cè)和評(píng)估方法也不斷得到改進(jìn)和完善。研究外窗熱工性能檢測(cè)和評(píng)估方法的目的是更好地滿足綠色建筑的需求，提高建筑能耗的效率和節(jié)約，同時(shí)也是為了提高建筑的舒適度和使用者的健康[1]。

2 外窗熱工性能的相關(guān)指標(biāo)和測(cè)試方法

2.1 傳熱系數(shù)測(cè)試方法

在外窗熱工性能檢測(cè)中，傳熱系數(shù)是評(píng)估外窗隔熱性能的重要指標(biāo)。傳熱系數(shù)測(cè)試方法一般通過(guò)熱通量計(jì)、溫度計(jì)等儀器，對(duì)窗體的傳熱情況進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)試前需要準(zhǔn)備好測(cè)試設(shè)備和樣品，包括熱通量計(jì)、溫度計(jì)、控溫系統(tǒng)等，樣品則是要測(cè)試的窗體。在樣品準(zhǔn)備過(guò)程中，需要注意樣品的大小、形狀和材質(zhì)等因素，以及保證樣品表面的平整和清潔。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，需要進(jìn)行一些準(zhǔn)備工作，例如校準(zhǔn)測(cè)試設(shè)備、確定測(cè)試條件和安裝樣品等。同時(shí)，還需要對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的一些影響因素進(jìn)行考慮和處理，例如風(fēng)速、氣壓、濕度等因素。在傳熱系數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，需要控制好測(cè)試條件，例如室內(nèi)外溫度差、室內(nèi)外風(fēng)速、樣品表面溫度等，以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需要通過(guò)熱通量計(jì)測(cè)量傳熱流量，通過(guò)溫度計(jì)測(cè)量樣品表面溫度和室內(nèi)外溫度等數(shù)據(jù)，計(jì)算出傳熱系數(shù)。

2.2 日射系數(shù)測(cè)試方法

日射系數(shù)是衡量建筑物外墻或窗戶(hù)透光性的指標(biāo)，是指進(jìn)入建筑內(nèi)部的太陽(yáng)輻射能量與太陽(yáng)輻射總能量之比。在外窗熱工性能檢測(cè)中，日射系數(shù)是評(píng)估外窗透光性能的重要指標(biāo)。日射系數(shù)測(cè)試方法主要包括室內(nèi)室外同時(shí)測(cè)量法和室內(nèi)單測(cè)量法兩種方法。室內(nèi)室外同時(shí)測(cè)量法是通過(guò)在建筑內(nèi)部和外部同時(shí)放置光照度計(jì)來(lái)測(cè)試建筑物外墻或窗戶(hù)的日射系數(shù)。在測(cè)試過(guò)程中，需要確定測(cè)量點(diǎn)的位置，以及確定測(cè)試時(shí)間和天氣條件，在建筑物內(nèi)部和外部分別放置光照度計(jì)，并記錄光照度計(jì)所測(cè)得的太陽(yáng)輻射能量，通過(guò)計(jì)算兩個(gè)光照度計(jì)所測(cè)得的太陽(yáng)輻射能量之比，得出建筑物外墻或窗戶(hù)的日射系數(shù)；室內(nèi)單測(cè)量法是在建筑內(nèi)部放置光照度計(jì)來(lái)測(cè)試建筑物外墻或窗戶(hù)的日射系數(shù)。

2.3 窗框線性熱傳輸系數(shù)測(cè)試方法

窗框線性熱傳輸系數(shù)是指窗框材料在單位長(zhǎng)度內(nèi)的導(dǎo)熱能力，在外窗熱工性能檢測(cè)中，窗框線性熱傳輸系數(shù)是評(píng)估外窗隔熱性能的重要指標(biāo)。窗框線性熱傳輸系數(shù)測(cè)試方法是通過(guò)對(duì)窗框進(jìn)行熱傳輸試驗(yàn)來(lái)測(cè)定窗框的熱傳輸系數(shù)。測(cè)試方法一般采用熱箱法或熱流計(jì)法。熱箱法是將測(cè)試樣品放置在恒定溫度下的熱箱內(nèi)，測(cè)量熱通量和溫度差，從而計(jì)算出窗框線性熱傳輸系數(shù)。熱流計(jì)法則是將熱流計(jì)安裝在窗框上，測(cè)量窗框表面的溫度差和熱通量，通過(guò)計(jì)算得出窗框的線性熱傳輸系數(shù)。在進(jìn)行窗框線性熱傳輸系數(shù)測(cè)試時(shí)，需要注意一些影響因素，如窗框的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、尺寸等因素，以及窗框與玻璃的接口處、外墻的熱橋效應(yīng)等因素。同時(shí)還需要對(duì)測(cè)試條件進(jìn)行控制和調(diào)整，例如測(cè)試時(shí)間、溫度、濕度、氣壓等條件，以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性[2]。窗框線性熱傳輸系數(shù)的測(cè)試方法能夠幫助設(shè)計(jì)師和建筑師評(píng)估窗框的隔熱性能，從而設(shè)計(jì)更加節(jié)能和舒適的建筑物。測(cè)試方法的應(yīng)用也可以幫助窗框制造商優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和材料選擇，以提高窗框的隔熱性能和使用壽命，進(jìn)而促進(jìn)建筑節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展。

2.4 氣密性測(cè)試方法

外窗的氣密性是指外窗與墻體之間的接口處是否存在漏風(fēng)現(xiàn)象，即窗戶(hù)是否能夠有效地阻擋外部空氣流入室內(nèi)。氣密性測(cè)試方法是通過(guò)對(duì)窗戶(hù)的漏風(fēng)量進(jìn)行測(cè)量來(lái)評(píng)估窗戶(hù)的氣密性能力。氣密性測(cè)試方法主要分為兩種：壓差法和煙霧法。壓差法是通過(guò)在窗戶(hù)的內(nèi)外兩側(cè)建立不同的壓力差，從而測(cè)量窗戶(hù)漏風(fēng)量的方法。在測(cè)試中，需要先對(duì)窗戶(hù)進(jìn)行密封，然后在窗戶(hù)內(nèi)外兩側(cè)分別建立不同的壓力差，通過(guò)測(cè)量壓力差下窗戶(hù)漏風(fēng)量的變化來(lái)評(píng)估其氣密性能力。煙霧法則是通過(guò)在窗戶(hù)周?chē)鷩姙熿F或人工產(chǎn)生煙霧，觀察煙霧在窗戶(hù)周?chē)牧鲃?dòng)情況，從而判斷窗戶(hù)漏風(fēng)量和漏風(fēng)位置。

2.5 光學(xué)性能測(cè)試方法

光學(xué)性能測(cè)試方法主要包括光度計(jì)法和光譜分析法。光度計(jì)法是通過(guò)使用光度計(jì)測(cè)量樣品表面的光透過(guò)率、光反射率和漏光率等指標(biāo)，從而評(píng)估外窗的光學(xué)性能。光譜分析法則是通過(guò)分析窗戶(hù)的透光光譜分布來(lái)測(cè)定外窗的光學(xué)性能。在進(jìn)行光學(xué)性能測(cè)試時(shí)，需要注意測(cè)試設(shè)備的精度、校準(zhǔn)等因素，還需要控制測(cè)試條件，例如光源的強(qiáng)度、角度、波長(zhǎng)等條件，光學(xué)性能測(cè)試的結(jié)果可以幫助設(shè)計(jì)師和建筑師評(píng)估窗戶(hù)的光學(xué)性能，從而設(shè)計(jì)更加節(jié)能和舒適的建筑物。測(cè)試方法的應(yīng)用也可以幫助窗戶(hù)制造商優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和材料選擇，以提高窗戶(hù)的光學(xué)性能和使用壽命，進(jìn)而促進(jìn)建筑節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展。

3 外窗熱工性能評(píng)估方法

3.1 窗體熱工性能評(píng)估方法

窗體熱工性能評(píng)估是評(píng)估外窗隔熱性能的重要方法之一，可以幫助設(shè)計(jì)師和建筑師評(píng)估窗戶(hù)的隔熱性能和采光性能，從而設(shè)計(jì)更加節(jié)能和舒適的建筑物。窗體熱工性能評(píng)估方法包括熱通量法、熱橋系數(shù)法和數(shù)值模擬法。其中熱通量法是通過(guò)測(cè)量窗戶(hù)的傳熱流量來(lái)評(píng)估其隔熱性能。熱橋系數(shù)法則是通過(guò)分析窗戶(hù)邊框、玻璃與墻體接觸處的熱橋效應(yīng)，從而評(píng)估其隔熱性能。數(shù)值模擬法則是通過(guò)建立窗戶(hù)的數(shù)值模型，模擬窗戶(hù)在不同氣候條件下的隔熱性能，從而評(píng)估窗戶(hù)的隔熱性能。窗體熱工性能評(píng)估的結(jié)果可以幫助設(shè)計(jì)師和建筑師優(yōu)化窗戶(hù)設(shè)計(jì)和材料選擇，提高窗戶(hù)的隔熱性能和采光性能，進(jìn)而促進(jìn)建筑節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展。

3.2 光學(xué)性能評(píng)估方法

光學(xué)性能評(píng)估是評(píng)估外窗透光性能的重要方法之一，可以幫助設(shè)計(jì)師和建筑師評(píng)估窗戶(hù)的采光性能和舒適性，從而設(shè)計(jì)更加節(jié)能和舒適的建筑物。光學(xué)性能評(píng)估方法包括透光率測(cè)量、反射率測(cè)量、漏光率測(cè)量和光譜分析等。其中透光率測(cè)量是通過(guò)測(cè)量窗戶(hù)的透光比例，從而評(píng)估窗戶(hù)的采光性能；反射率測(cè)量則是通過(guò)測(cè)量窗戶(hù)表面的反射比例，從而評(píng)估窗戶(hù)的遮陽(yáng)性能；漏光率測(cè)量是通過(guò)測(cè)量室內(nèi)和室外的照度差異，從而評(píng)估窗戶(hù)的漏光情況；光譜分析則是通過(guò)分析窗戶(hù)的透光光譜分布，從而評(píng)估窗戶(hù)的色彩和光照分布情況。

4 綠色建筑外窗熱工性能測(cè)試與評(píng)估案例分析

某辦公樓外窗采用的是雙層中空玻璃幕墻系統(tǒng)，玻璃表面采用低輻射鍍膜，框架采用鋁合金材質(zhì)，窗戶(hù)面積為1000㎡。在本例中，通過(guò)熱通量法測(cè)試該辦公樓外窗的傳熱系數(shù)，結(jié)果顯示U值為0.8 W/（m2·K），說(shuō)明該窗戶(hù)的隔熱性能良好，U值表示單位面積的窗戶(hù)在單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臒崃浚瑪?shù)值越小表示隔熱性能越好，該U值符合A級(jí)隔熱性能的要求。窗戶(hù)是建筑外墻中的薄弱環(huán)節(jié)，會(huì)對(duì)建筑的能耗和舒適性產(chǎn)生很大的影響，隔熱性能良好的窗戶(hù)可以降低能源消耗，提高室內(nèi)舒適度；其次，采用輻射計(jì)和室內(nèi)照度計(jì)等測(cè)試設(shè)備，測(cè)量該辦公樓外窗的日射系數(shù)。測(cè)試結(jié)果顯示該窗戶(hù)的日射系數(shù)為SHGC=0.5，說(shuō)明該窗戶(hù)的遮陽(yáng)性能較好，SHGC值表示單位面積的窗戶(hù)透過(guò)的太陽(yáng)輻射熱量與太陽(yáng)輻射總熱量之比，數(shù)值越小表示遮陽(yáng)性能越好。根據(jù)我國(guó)的遮陽(yáng)性能標(biāo)準(zhǔn)，該SHGC值符合一般辦公建筑的遮陽(yáng)性能要求[3]。綠色建筑設(shè)計(jì)可以通過(guò)窗戶(hù)遮陽(yáng)來(lái)減少室內(nèi)采光帶來(lái)的熱量輸入，提高建筑的能效和舒適度。對(duì)于建筑設(shè)計(jì)者和業(yè)主來(lái)說(shuō)，選用適合的窗戶(hù)類(lèi)型和遮陽(yáng)措施，對(duì)窗戶(hù)的日射系數(shù)進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化，可以有效提高建筑的能效和室內(nèi)舒適度；采用窗框線性熱傳輸系數(shù)測(cè)試方法，測(cè)量該辦公樓外窗的窗框線性熱傳輸系數(shù)，該窗框的線性熱傳輸系數(shù)為ψ=0.02W/（m·K），說(shuō)明該窗框的隔熱性能較好，ψ值表示單位長(zhǎng)度的窗框沿著傳熱方向的熱流量與溫度差之比，數(shù)值越小表示隔熱性能越好，根據(jù)我國(guó)的隔熱性能標(biāo)準(zhǔn)，該窗框的隔熱性能達(dá)到了較高的要求；采用壓差法測(cè)試該辦公樓外窗的氣密性能，測(cè)量窗戶(hù)的漏風(fēng)量和壓差，評(píng)估窗戶(hù)的氣密性能，該窗戶(hù)的漏風(fēng)量為0.1m3/（h·m2），說(shuō)明該窗戶(hù)的氣密性能較好。漏風(fēng)量表示單位面積的窗戶(hù)在單位時(shí)間內(nèi)漏掉的空氣量，漏風(fēng)量越小表示窗戶(hù)的氣密性能越好，較好的氣密性能可以提高建筑的隔音性和保溫性，降低能耗，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，提高居住舒適度；在本例中，采用光度計(jì)和輻射計(jì)等測(cè)試設(shè)備，測(cè)量該辦公樓外窗的透光率、反射率和漏光率等光學(xué)性能指標(biāo)。測(cè)試結(jié)果顯示該窗戶(hù)的透光率為0.6，反射率為0.3，漏光率為0.1，說(shuō)明該窗戶(hù)的采光性能較好。透光率越高，表示窗戶(hù)采光效果越好，同時(shí)反射率和漏光率越小，也能提高采光效果。

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)今社會(huì)對(duì)于建筑能源消耗的壓力越來(lái)越大，綠色建筑的理念逐漸被廣泛認(rèn)可。在此背景下，外窗熱工性能測(cè)試與評(píng)估顯得尤為重要。未來(lái)可以預(yù)見(jiàn)的是，綠色建筑設(shè)計(jì)將會(huì)越來(lái)越受到重視，對(duì)于外窗熱工性能測(cè)試與評(píng)估的需求也將越來(lái)越高。在這個(gè)過(guò)程中，持續(xù)不斷地進(jìn)行技術(shù)研究和實(shí)踐探索，提高測(cè)試和評(píng)估的精度和效率，為建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。同時(shí)，隨著新材料、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，外窗熱工性能測(cè)試與評(píng)估的內(nèi)容也將不斷豐富和更新。因此，需要緊跟時(shí)代步伐，不斷學(xué)習(xí)、更新知識(shí)和技術(shù)，適應(yīng)新的需求和挑戰(zhàn)，為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。