无源式建筑是近几年国内外提倡的一种新型建筑形式，由于其能耗超低及节能减排等优点，逐步受到国家和民众的扶持和重视。研究无源式建筑热损耗机理，对于国内建筑的节能降耗及推广应用有重要意义。无源式建筑极其重视节能和能源的高效利用，其围护结构尤其是外窗等构件有很高的规范要求和性能要求，在外窗的安装、制作等工艺方面也体现了节能降耗的高超标准。

外窗作为建筑围护结构的重要构件，在采暖节能和改善室内环境以及提升居住空间的舒适度等方面发挥重要作用。因此在无源式建筑的应用中，外窗的选择要符合绿色低能耗以及具有更高要求的采暖保温等性能要求。无源式建筑外窗一般选用双Low-e玻璃，它不同于普通的外窗玻璃，因此在传导热量过程中的导热损失也不同，进而节能效果也有所差异。因此，本文结合中德生态园被动房体验中心项目，对无源式绿色建筑外窗进行能耗量化分析，进而更准确地得到外窗在采暖期的导热损失。

在无源式建筑节能外窗的研究与应用方面，易序彪等指出提高无源式建筑外窗配置性能要求，要保证整窗的传热系数低于1.0W/（m²·K）；许威等在无源式建筑外窗的研究方面，提出适合无源式建筑外窗的玻璃类型以及优选方案；刘洋等对无源式建筑围护结构的损耗进行了研究，但并没有对外窗损耗进行针对性分析。本文针对无源式建筑外窗进行了详细研究，首先利用外窗K值计算公式推导出无源式建筑外窗的传热系数，再利用热平衡原理下的导热能耗损失公式计算无源式建筑外窗和普通外窗的热损耗，最后对无源式建筑外窗和普通外窗的能耗损失结果进行对比分析，从而分析出无源式建筑外窗和普通建筑外窗的节能效果。

外窗的热损耗是由于内外温差触发的热传递导致的，本文将从热传递的三个方面对外窗的导热能耗进行分析。

热辐射是物体根据自身的温度来散发能量的一种热传导方式，例如太阳的热量辐射，但由于太阳辐射并不是连续的，因此外窗的热工机能具有两个方面：一方面是外窗作为得热的部件，白天时透过玻璃使太阳辐射进入室内来稳定温度；此外外窗作为失热部件，当晚间没有太阳辐射时，由于温差影响，室内的热量就通过外窗玻璃散失。

因此，为了减少热辐射方式导致的传热损失，在外窗玻璃上镀膜是至关重要的，可选择镀双low-e膜，这样能够减少热辐射形成的导热损失；同时室内一侧采用防水隔气膜，增加玻璃的气密性；室外一侧采用防水透气密封膜，增加玻璃的防水性。

对流是指液体、气体冷热部分循环流动趋于均匀的热传导方式。建筑外窗作为外围护结构，容易由于室内室外的温度差异通过空气形成对流，进而引起外窗的采暖能耗损失。因此无源式建筑外窗在玻璃的选用上不同于普通玻璃，一般采用真空玻璃或充入惰性气体的玻璃。其中三玻两腔双Low-e真空玻璃是外窗两腔被抽成真空，真空和惰性气体都是热的不良导体，没有了空气的对流，便降低了由于空气对流热传递方式导致的外窗传热损失，同时外腔真空也提高玻璃的隔热性能，降低了噪音影响。其玻璃构造如图1。

热传导是从物体高温部分传到低温部分一种传导方式，由于不同建筑材料的导热性能不同，又因为变换季节室内外温差较大，所以在外窗洞口处易产生热桥效应。热桥效应可造成室内墙体结露、发霉甚至渗漏水的现象。

为了避免外窗的热桥效应，要求在外窗框的选材及安装上采取节能降耗的材料和工艺。通过大量模型试验，外窗框选用铝包木材质，两种材料通过高分子尼龙件连接在一起，同时在外窗固定件与外墙连接处采用隔热构件和工艺，以有效隔绝热传导，从而避免热桥的出现。工程常用的铝包木外窗构造如图2所示。

热平衡是指一个具有明确的界限范围的有限的空间区域内，能量的获得与能量散失相等。传热系数就是在热平衡原理的基础上计算不同材料的导热能力，其外窗的传热过程见图3，计算公式见式（1）。

Ki——整窗传热系数[W/（m²·K）]；

At——整窗面积（m²) ;

Kg——玻璃传热系数[W/（m²·）]；

Ag——窗玻璃面积（m²) ;

Ke——窗框的传热系数[W/（m²·K）]；

Ae——窗框面积（m²) ;

φ——窗框和玻璃之间的线传热系数[W/（K·m）]，中空玻璃线传热系数一般可取0.05W/（K·m），普通玻璃可取0.07W/（K·m）。

l——玻璃边缘长度（m）。

无源式建筑的采暖能耗计算方式也是针对无源式建筑的特殊设计在热平衡原理基础上的计算方式。即在无源式建筑围护结构内，其能量获得与能量散失相等。无源式建筑的得热方面主要包括太阳辐射得热和内部得热；失热方面主要包括通风热损失和围护结构导热损失。无源式建筑外窗是围护结构中的透明围护结构，因此要利用透明围护结构的导热损失公式来进行外窗能耗损失的计算。其具体计算公式见式（2）。

Q——外窗采暖导热损失；

Ki——整窗的传热系数；

Ai——外窗的面积；

D——采暖期时长，单位h;

T——采暖期室内外温差。

在具体应用中，首先需要对研究对象的室内外温度进行数据对比和分析，并根据该地区的气候温度条件来确定采暖期的时间以及相关系数。对研究对象进行监测，进而收集数据、分析数据，同时要利用K值表征来更准确地得出不同玻璃材质和不同窗框材质下的整窗传热系数，进而利用采暖能耗公式计算出采暖期内外窗导热损失。经过导热损失的对比分析来判断无源式建筑与普通建筑外窗的节能效果，并根据分析不断挖掘节能空间，使无源式建筑技术中心在满足高舒适性的前提下进一步降低能耗损失。

依照《公共建筑节能检测标准》JGJ/T 177-2009的相关规定监测点布置要求：三层以上的建筑物应对首层、标准层和顶层内设置温度测点；在没有设置空调的建筑物内温度检测数量不应少于总房间数量的10%。本文根据当地的采暖期以及建筑物的设计构造并结合规定要求在首层、标准层和顶层设置监测点。

根据测点的布置对无源式建筑室内和室外进行温度的监测，记录每日的室内和室外的温度数据，筛选出不同测点所测的温度较相近的数据记录下来，对于不同测点测出的温度偏差较大的数据不予采用，从而能够更加准确地获得采暖期内温度的相关数据，以便更深层次地对数据进行处理分析。

借用Excel、Matlab等统计分析工具对建筑物采暖期内的温度数据进行采集处理。首先将监测点监测的采暖期温度数据记录下来，将采暖期内数据输入到Excel软件中进行汇总，分别记录室内温度和室外温度以便进行数据的处理比较，再利用软件中相关功能对建筑物室内和室外温度进行处理，得到室内外的平均气温，最后利用软件Matlab绘制采暖期室内外平均气温对比图，有助于比较形象直观地表示出建筑物室内和室外气温的差异，进而得到建筑物采暖期室内外的平均气温差。

青岛中德生态园被动房体验中心（见图4）是无源式建筑的一种，其外窗规范及性能要求是完全按照德国标准。同时窗户的保温要求选用质量好的玻璃，使玻璃达到很低的传热系数，一般被动房会采用三玻双Low-e玻璃。

以中德生态园被动房体验中心为例，其外窗采用三玻双Low-e玻璃。传热系数K≤0.8W/（m²·K），夏季将光线隔绝在室外，冬季使阳光射入室内，从而实现用自然光来维持室内温度和照明的需求。

外窗对于实现被动式建筑性能起到了至关重要的作用，本项目所采用的三玻两腔双Low-e门窗幕墙系统的施工过程有严格要求。为了避免热桥的产生，窗和外墙的连接件采用隔热构件，在窗框与窗洞口的缝隙内填充封条，窗框与外墙连接处贴膜，提高了外窗的防水和透气性能。玻璃四周用压条和扣条固定，施工中采用聚氨酯压条，聚氨酯压条导热系数满足工程需要，在现场施工时聚氨酯压条、胶条和扣条组成一个整体，然后用螺栓固定至窗框。其外窗的构造详图见图5。

在中德生态园被动房体验中心一层的展览厅中央设置一个监测点，大型会议室内设置两个监测点。体验中心三层为办公区，包括办公室、茶歇室和会议室，在每间办公室、茶歇室、会议室及大厅内各设置一个监测点。在体验中心五层的活动室及大厅内各设置一个监测点。由监测点监测得到2017年至2018年被动房体验中心采暖期的数据，并传送到被动房监测系统中进行记录汇总，进而进行数据分析。

取2017年11月16日至2018年3月20日的被动房体验中心的采暖期的室内外温度进行对比分析，经过数据对比分析分别整理出11月份下半月的室内外温度折线图，如图6所示；12月份的室内外温度折线图，如图7所示；1月份的室内外温度折线图，如图8所示；2月份的室内外温度折线图，如图9所示；3月份的室内外温度折线图，如图10所示。

从以上图中可以看出，采暖期内被动房体验中心最低温度为17.52℃，最高温度24.26℃，平均温度为21.65℃。

根据其外窗热损失机理，以被动房体验中心为例，选取其窗框尺寸为1.42m×0.07m、0.74m×0.07m，窗玻璃尺寸为0.6m×1.28m，被动房体验中心的玻璃类型配置的传热系数较低，符合Kg≤0.8W/（m²·K）要求，铝包木材质属于绿色节能材质，窗框采用铝包木型材，其传热系数较低，取Ke≤1.3W/（m²·K），因此利用公式（1）计算被动房外窗的整窗传热系数为：

选取相同尺寸的普通建筑的外窗，以中空玻璃为例进行整窗传热系数的计算，传热系数可取3.0W/（m²·K），从取值上可看出普通中空玻璃的传热系数比被动房外窗玻璃高，因此损耗热量大。中空玻璃窗框材料多选用铝合金，其传热系数可在3.69W/（m²·K）-4.38W/（m²·K）选取进行计算，由此可以得出普通中空玻璃的整窗传热系数：

然后利用透明围护结构的计算公式（2）对外窗采暖期内的传热损失进行计算对比分析。被动房采暖期共计125天，采暖期时长=125×24=3000h，被动房的外窗面积为341.79㎡，经计算取整窗的传热系数为0.78W (m²·K）。采暖期室内外平均温差为17.4℃。将数据代入公式可得被动房外窗的导热损失能耗为：

青岛地区普通住房外窗一般采用铝合金普通中空玻璃，它的传热系数经计算取3.31W/（m²·K），在与被动房其它相同条件下，通过计算得普通建筑外窗的导热损失为：

通过对无源式建筑和普通建筑外窗采暖导热损失的对比计算研究，可以看出无源式建筑采用的外窗从热传导、对流和热辐射三个方面有效地减少了热传递，降低了由于热传递导致的导热损失，其计算结果也有效表明无源式建筑外窗的导热损失远远低于普通建筑外窗的导热损失。

本文就外窗玻璃的导热损失进行分析研究来比较无源式建筑采用的外窗玻璃和普通建筑外窗玻璃的绿色节能效果，得出以下结论：

(1）外窗节能是建筑节能的重要部分，根据导热机理的分析，建筑外窗宜选用真空玻璃或者充入惰性气体的玻璃，这样防止建筑室内外空气的对流，从而减少以对流形式的热传递导致的外窗传热损失。

(2）在外窗玻璃的选择上玻璃应采用Low-e玻璃，即在玻璃上进行镀膜通过设置的Low-e膜而使阳光被遮挡在室外，能够有效减少热辐射，进而降低外窗的导热损失，符合绿色低能耗的要求，更具有节能效果。

(3）外窗窗框和玻璃的连接以及外窗的安装工艺对于减少由于热传导产生的热桥效应非常重要，因此在窗框的选择上宜采用铝包木尼龙连接窗框，并且在外窗与墙固定安装的位置采用隔热的构件，这样有效地防止热传导，降低外窗的导热损失。