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钱塘江畔，夜幕下的杭州奥体流光溢彩，亚运会成功闭幕。在这次亚运会，杭州前后斥资2000+亿大规模建设基础设施，泰诺风有幸能参与其中，种种高效尽显中国速度，引得外国网友频频围观，狂呼“基建狂魔”。
如今我们穿梭在城市的建筑森林之中，一栋栋幕墙建筑，没有最高只有更高，而我们也不再感慨这只有谁谁谁能做，资讯时代，在全球化的背景下，门窗幕墙行业已与国际接轨，齐头并进，技术交流必不可少。
泰叔上周介绍了幕墙中开启扇对幕墙节能的影响，今天特地翻译一篇泰诺风北美同事发表的论文供大家参考。
随着GB55015的提出，国内南方地区对于门窗有了更低的U值要求，这篇文章为此举提供了有利的数据支撑，说明了低U值对于炎热气候区的贡献。致广大而尽精微，本文以整体视角深入讲解门窗U值对建筑能耗的影响以及炎热气候下断桥隔热（词条“断桥隔热”由行业大百科提供）结构对门窗幕墙节能的重要性，希望能够对各位有所帮助。
摘要：人们普遍认为，在炎热的气候条件下， U值并不是影响门窗幕墙性能的关键因素，而规范和设计关注的重点通常是太阳辐射得热，尤其是减少透明部分得热。大家的想法是，炎热气候下室内外的空气温差比寒冷气候下小得多，因此热传递的驱动力较小。
然而，在炎热气候下，门窗幕墙型材部分传热的主要机制还有吸收太阳辐射，然后将吸收的热量通过传导的方式传输到型材的室内侧表面。由于吸收太阳能，型材外表面温度会大大超过环境空气温度，尤其是深色型材。通过这种机制产生的内外温差与冬季寒冷气候下的温差更为接近。使用隔热条和暖边间隔条可以大大削弱这种通过玻璃边缘及型材部位的太阳得热机制。
本文回顾的新加坡太阳能研究所(SERIS)的一项研究数据表明，在炎热的气候条件下，门窗型材部分的隔热性能如何显著影响热量的传输以及门窗系统（词条“门窗系统”由行业大百科提供）的热舒适性能。通过对整栋建筑进行建模研究，说明了与太阳得热系数(SHGC)相比，门窗U值对建筑能耗的影响。研究表明，隔热型材在炎热气候条件下建筑中的使用，与在寒冷气候条件下一样重要。
此外，太空针塔翻新工程中使用的暖边间隔条表明，减少玻璃边缘的热传导对于降低夏季制冷负荷、冬季制热负荷以及改善全年热舒适度起着至关重要的作用。
关键词：性能、能效、健康-舒适-IEQ 性能、隔热、暖边间隔条、玻璃性能、规范-标准-评级系统。
导言和背景
通常认为，只有在寒冷气候区，使用低传热系数(低 U值)的门窗设计才是重要的。在美国建筑规范中，1-3 号气候区(南部较热地区)的U值限值相比 6-8 号北部气候区更高，便证明了这一点。表 1 列出了 2018 年国际节能规范 (IECC)、美国采暖、制冷和空调工程 (ASHRAE) 标准 90.1 - 2016 的 U值要求。
表1：美国最新版建筑规范要求的门窗U值要求
(单位：btu/℉.hr.ft2)
固体材料传导热量的一个关键驱动因素是一侧与另一侧之间的温差，温差越大，热量传输越快。传导热传输的方程为(Zemansky& Dittman，1981 年)：
其中：
• Q/t 是单位时间内的热传导量(瓦或 btu/hr)。
• k 是材料的导热系数
• A 是横截面的面积
• T(hot) - T(cold) 是冷热表面之间的温差，即 "Delta T"，DT
• d 是材料的厚度(能量流动方向的尺寸)
人们普遍认为，门窗系统的外表面温度与外部环境空气的温度相近。因此，在亚利桑那州的炎热沙漠地带与北达科他州的寒冷平原相比，温差(DT)或热传递的驱动力相对较小。例如，在北达科他州这样寒冷的气候条件下，室外空气温度可能低至 -40℃(-40℉)，而室内温度为 21℃(70℉)，DT 为 61℃(110℉)。
然而，在亚利桑那州的盛夏，室外气温可达 43℃(110℉)室温为 21℃(70℉)时，DT 仅为 22℃(40℉)。然而，这种简单化的观点忽略了外框材料对太阳能量吸收的影响。在太阳直射的情况下，型材外表面的温度会大大超过室外空气温度，尤其是深色外框。太阳吸收机制可使型材内外表面之间的 DT 值更接近在寒冷气候下观察到的 DT 值。
如果没有使用隔热材料(例如尼龙隔热条)对室内外铝型材进行断热处理，亦或没有在玻璃边缘使用隔热材料(例如低热导率的暖边间隔条)，就无法阻止吸收的热量直接传导到建筑物内部，从而给空调系统带来巨大负荷，并给靠近外窗的住户带来明显的炎热不适感。由于存在误解，许多为热带气候条件下的建筑物设计的门窗幕墙都不考虑隔热条或中空玻璃暖边间隔条。因此证明这种热量传输机制对节能和舒适性能都有意义是非常重要的。
我们将新加坡太阳能研究所(SERIS)的实地测试结果(SERIS 2016)、建筑系统与诊断(BSD)的建筑能耗建模分析(BSD，2016 年)和实际建筑案例研究的结果汇总展示在此，以说明在炎热气候区降低门窗幕墙 U 值的重要性。
实地测试研究
实验细节：
为了证明铝门窗系统的断桥隔热结构在炎热气候下的作用，这里将回顾 SERIS 开展的一个研究项目(SERIS，2016 年)。SERIS研究了四种不同的铝框系统：无断桥的系统(Uf = 7 W/㎡ K)、低性能断桥系统(Uf = 3-4 W/㎡ K)、中等性能断桥系统(Uf= 2.5 W/㎡ K)和高性能断桥系统(Uf= 1-2 W/㎡ K)(图 1)。
请注意：以 w/㎡K为单位的框架U值是采用欧洲标准方法计算得出的，因此，即使转换成 IP单位，也无法与采用 NFRC 100计算得出的美国 U值相比较。因此，为避免与美国建筑规范等等要求混淆，未将单位转换为 btu/℉.hr.ft2。
图1：本研究中评估的四种铝合金系统。
从左到右依次为非断热、低断热、中断热和高断热系统。
每种系统都分别对浅色和深色表面的型材进行了测试。这些框安装在新加坡的一个调控试验室朝西的墙壁上(图2)。
图2：调控试验室(左)和试验屋墙壁框架结构特写(右)。
全套数据采集系统每 2 秒钟采集一次数据，采集数据的热电偶温度计分别放置在每种框的室内和室外表面，热通量传感器放置在每种框的室内一侧(用于测量通过框从室外到室内的热通量)，两个空气温度和湿度传感器(室内和室外)，以及一个日射强度计(用于测量室外垂直太阳照度)。在大约 3 个月的数据采集期间，室内温度保持在 23-24℃之间，室外环境温度从最低的 24℃ (75℉) 到最高的 37℃(99℉)，每天保持3小时左右。日间太阳光照度最高达 670 W/㎡K。
结果：得热
根据测量到的热通量数据计算出了通过窗框的日平均得热量，这表明断热铝合金门窗幕墙的应用对减少建筑物内部得热有着显著影响。(图3)
图3：四种不同类型窗框的 60天内平均太阳得热量(深色)
对于深色型材，高断热型材平均得热量相比非断热型材减少了 61%。即使是断热型材中性能最差的低断热型材，也比非断热系统减少了 24% 的太阳得热量。而对于非断热型材，浅色型材与深色型材相比可减少 27% 的得热量。浅色高断热型材相比浅色非断热型材得热量减少62%，而其与深色无断桥框架相比，得热量减少73%。
这些数据支持了这样一个事实，即通过窗框的热传导机制是由以下因素驱动的：1. 窗框对太阳能的吸收量(深色比浅色吸收更多)2. 吸收的热量从窗框外部向室内传输的快慢取决于型材的断热程度。
由于篇幅长度原因，今天就先讲这么多。这一期通过公式强调了炎热气候区降低门窗幕墙 U 值的必要性和重要性。接下来用详细的实验数据，让我们对门窗型材部分的隔热性能如何影响热量传输有了深入了解。敬请期待下一期，泰叔将引入一个建筑能源模型，详细分析SHGC与U值对建筑能耗影响的对比。
