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凱米特分享|淺談被動窗的應用及研發(fā)
發(fā)布時間：
2021-12-24
摘要：2020年9月22日，習近平主席在聯(lián)合國一般性辯論時宣布中國二氧化碳排放量力爭在2030年達到峰值，2060年前實現(xiàn)碳中和。如何能如期兌現(xiàn)承諾，貫徹落實國家能源利用轉型,積極推動低碳社會發(fā)展,發(fā)展綠色建筑、零能耗建筑。作為實現(xiàn)碳達峰、碳中和任務目標的重要途徑。發(fā)展零能耗建筑避不開被動式門窗的應用。
摘要：2020年9月22日，習近平主席在聯(lián)合國一般性辯論時宣布中國二氧化碳排放量力爭在2030年達到峰值，2060年前實現(xiàn)碳中和。如何能如期兌現(xiàn)承諾，貫徹落實國家能源利用轉型,積極推動低碳社會發(fā)展,發(fā)展綠色建筑、零能耗建筑。作為實現(xiàn)碳達峰、碳中和任務目標的重要途徑。發(fā)展零能耗建筑避不開被動式門窗的應用。
一、背景
2020年9月22日，習近平主席在聯(lián)合國一般性辯論時宣布中國二氧化碳排放量力爭在2030年達到峰值，2060年前實現(xiàn)碳中和。
2020年12月12日，習近平主席在氣候峰會上進一步提出了中國國家自主貢獻新舉措，即到2030年單位國內生產總值二氧化碳排放將比2005年下降65％以上，非化石能源資源占一次能源消費比重將達到25％左右，森林蓄積量比2005年增加60億立方米，風能、太陽能發(fā)電量將達到12億千瓦以上。
碳達峰是指全球、國家、城市、企業(yè)等主體的碳排放在由升轉降的過程中，碳排放的最高點即碳峰值。碳中和是指人為排放量與通過植樹造林，碳捕捉與封存（CCS）技術等人為吸收匯達平衡，狹義上指二氧化碳排放，廣義也可指所有溫室氣體排放。
如何能如期兌現(xiàn)承諾，貫徹落實國家能源利用轉型,積極推動低碳社會發(fā)展,發(fā)展綠色建筑、零能耗建筑。作為實現(xiàn)碳達峰、碳中和任務目標的重要途徑。發(fā)展零能耗建筑避不開被動式門窗的應用。
二、被動門窗在建筑中的應用
2.1什么是被動式門窗
門窗作為一個空間單元，是建筑物必不可少的基本要素之一，它烘襯著建筑物的形象和風格，從形式到功能都記錄放映了建筑藝術傾向；被動門窗通過外立面均等分的線條感設計、以及各種各樣的開啟方式，使建筑物更具備強烈的視覺效果沖擊，充分展現(xiàn)建筑物流暢高雅的感覺。
基于被動式設計而設計的節(jié)能門窗，被動門窗不是一種能耗標準，而是一種兼顧效能、建筑外觀和良好舒適度的系統(tǒng)門窗解決方案；而“被動式設計”應用自然界的陽光、風力、氣溫、濕度的自然原理，盡量不依賴常規(guī)能源的消耗，以規(guī)劃、設計、環(huán)境配置的建筑手法來改善和創(chuàng)造的居住環(huán)境；基本不需要額外加裝采暖、制冷設備。
2.2被動門窗分類：
被動門窗按照材質可分為塑鋼門窗、木門窗、鋁合金門窗，本文主要討論鋁合金門窗。
2.3被動式門窗特性：
根據(jù)德國被動式房屋研究所PHI的研究結果表明，被動式房屋的窗戶必須符合以下要求。
三層低能耗或等效的玻璃、高保溫性能暖邊、高保溫窗框、墻體中的優(yōu)化安裝方式。對目前國內大部分的磚石混凝土實墻，按被動式建筑要求采用墻體洞口外側懸掛安裝固定。這些條件完全匹配才能使被動式門窗熱損失與現(xiàn)代標準的玻璃相比減少50%。即使在冬天寒冷的夜里，這些減少的熱損失也能保持室內溫度舒適。
1、 對外窗透明部分的基本性能要求：
玻璃的透明部分性能是最為復雜的，需同時滿足如下要求：
1)玻璃的傳熱系數(shù)應滿足K≤0.8W/(m2 ·K) 。
2)玻璃的太陽能總透射比G≥0。
3)玻璃的選擇性系數(shù)S，愈大愈好。并滿足S=TL/g≥1.25的要求;其中TL 是可見光透射比。
三、被動窗的研發(fā)
四、被動窗新材料應用的展望
隨著科學技術發(fā)展，新材料、新工藝、新技術不斷出現(xiàn)，在被動窗的研發(fā)中新方案也層出不窮。
1. 新型玻璃真空玻璃
真空玻璃是空玻璃是一種新型玻璃深加工產品，是基于保溫瓶原理研發(fā)而成。真空玻璃的結構與中空玻璃相似，其不同之處在于真空玻璃空腔內的氣體非常稀薄，幾乎接近真空。真空玻璃的保溫隔熱性能是基于真空保溫瓶原理。鋼化真空玻璃 V 玻產品的隔熱效果超過 1 米厚的磚墻，是普通中空玻璃的 4~6 倍，U 值（也叫傳熱系數(shù)或 K值）低至 0.4 W/m2·K（歐洲 IFT 實驗室報告）。如果使用真空玻璃來制作被動窗，不僅能很好的減輕玻璃重量，還能節(jié)省資源。
2. 氣凝膠材料
1） 硅氣凝膠纖細的納米網(wǎng)絡結構有效地限制了局域熱激發(fā)的傳播，其固態(tài)熱導率比相應的玻璃態(tài)材料低2—3個數(shù)量級。納米微孔洞抑制了氣體分子對熱傳導的貢獻。硅氣凝膠的折射率接近l，而且對紅外和可見光的湮滅系數(shù)之比達100以上，能有效地透過太陽光，并阻止環(huán)境溫度的紅外熱輻射，成為一種理想的透明隔熱材料，在太陽能利用和建筑物節(jié)能方面已經得到應用。
通過摻雜的手段，可進一步降低硅氣凝膠的輻射熱傳導，常溫常壓下?lián)教細饽z的熱導率可低達0.013w/m·K，是熱導率最低的固態(tài)材料，可望替代聚氨脂泡沫成為新型冰箱隔熱材料。摻入二氧化鈦可使硅氣凝膠成為新型高溫隔熱材料，800K時的熱導率僅為0．03w/m·K，作為軍品配套新材料將得到進一步發(fā)展。
2） 上海交通大學的李志強等采用熱擠壓法制備了0.1%（質量分數(shù)）石墨烯/鋁符合材料，其抗拉強度較純鋁基本提高了62%，達到了249MPa。同時他們進一步研究表明加入3%（質量分數(shù)）的石墨烯可以是彈性模量提高18%。
隨著科技的進步與發(fā)展和政府的政策干預，近零能耗建筑，被動門窗必將越來越被普遍的應用，而且隨著新材料的應用被動門窗性能必將會更好。
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