利用临时性保温措施(TWS)节约能源

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考虑到不断上涨的能源成本和减少二氧化碳的排放需求，有必要在全球范围内节约住宅和办公楼的供暖和制冷能耗。在许多国家，最大的措施是对现有建筑物进行能源翻新。为此，有必要进行评估并分析各种技术和设计方案以提高能源效率，以便确定最经济的方案。除了市场上已知的经典改进之外，例如通过新的窗户或保温更好的外墙、层间天花板和屋顶，新型的卷帘百叶窗也可以明显改善建筑外立面的隔热性能。这尤其适用于大陆气候国家的窗户能源改造，这些国家和地区的特点是冬季寒冷，夏季炎热，云量少。在此，卷帘，滑动和折叠百叶窗以两种方式有效。在冬天，它们可在夜间寒冷的时候降低供暖能源需求，以作为临时的保温措施。夏季是有效的遮阳，降低冷却的能源需要。以下内容旨在解释说明必须考虑哪些建设性的方面以及潜在的节省量。

图1 卷帘百叶和外部封闭装置白天用于遮阳和隔音，夜晚用于更好的保温以及热舒适性

建筑物理学背景

根据EN 13659的外部和内部封闭装置，例如卷帘百叶窗和推拉百叶窗，遮光帘和纺织品悬挂装置，在某些条件下，还可以在夜晚的寒冷时间在透明的表面区域(窗户和玻璃窗)提供临时的保温。由于居民或用户希望自然采光和与外界的视觉接触，因此白天使用相对较少。非常精确地计算可能的节能量时，必须考虑建筑物的各种影响。为了避免这种情况，通过根据EN ISO 13790进行的基于DIN EN ISO 13791的单室模型，模拟对建筑物的影响。这简化了确定可能的节能量的过程。这样，通过临时保温措施 (TWS) 节能的有效性主要取决于以下因素：

1. TWS的气密性(静态空气层和传热阻力，根据EN 13125)

2. TWS的隔热值(通过在表面上使用红外反射涂层来实现隔热阻力和辐射行为)

3. 现有外墙和窗户/玻璃的隔热等级

4. 气候条件(供暖季节的日照持续时间和外界温度)

5. TWS的控制类型和关闭时间(固定时间或与日照时间相适应)

可能的节能效果与窗的面积有关，因为对窗户和TWS的所有影响都具有同样的程度，并且热工改善仅限于透明区域。

图2 临时性保温措施(TWS)的重要影响因素

传热系数 ∆U_W

为了精确评估建筑物可能节省的能源，必须考虑气候数据，现有建筑物的设计，窗户和采暖技术，但是，在买卖窗户时通常不知道这些信息，而且对于初次评估而言费用过高。因此，考虑传热系数ΔU_W的改善也是有意义的，因为这是建筑师，制造商和业主众所周知的参数。但无法直接推断出可能的节能效果，因为这种改善仅在激活TWS时才有效。对于确定内表面温度，∆U_W,TWS当然是有帮助的。通过TWS的改进取决于外部封闭装置的热阻∆R，该热阻在很大程度上取决于外部封闭装置的透气性和隔热值。四周接缝的总和e_tot(侧面，顶部和底部的连接)由以下关系得出：

e_tot = e₁+ e₂ + e₃     [e_tot]=mm    (1)

基于e_tot，根据EN 13125(表2)，外部封闭装置分为5个等级。仅当关闭卷帘百叶窗帘片的透光和通气孔，内部互锁或搭接，并且周围的接缝小于3mm时，才能达到最高的气密性(5级)。气密性可以基于EN 13125的表中确定，也可以根据EN 12835进行精确测量。EN 13125规定了某些结构的最低气密等级，例如，带导板的折叠百叶窗(手风琴)为1级，带有组合或固定叶片的外部百叶窗处于关闭位置时为2级。

帘片的热阻R_sh或其他外部封闭装置的热阻必须由制造商指定。该值可以通过根据EN ISO 12567-1的热箱方法进行检测来确定，也可以通过根据EN ISO 10077-2的计算来确定，并且必须精确到小数点后两位。两种验证程序都可以由ift Rosenheim进行。k系数考虑了在窗户侧用红外线反射涂层制成的内部封闭装置涂层，该系数取决于涂层的辐射系数ε，然后乘以∆R。

结构实施

TWS(卷帘，百叶窗等)的结构不仅应提高隔热值，而且还应承担其他重要的附加功能，例如遮阳，防盗和防雨，冰雹或风等天气影响。TWS的隔热值受材料(卷帘)的隔热阻力和气密性影响。外部封闭装置(例如卷帘百叶窗帘片)的气密性以及外墙，窗户或幕墙上的TWS的气密性影响最大，在TWS和窗户之间会形成静止的空气层。

图3  根据EN 13125的接缝(图片Alutech Group)

考虑到以下因素，内部封闭装置可通过红外反射涂层来改善传输损耗：

1. 在对流较弱的地方(通常是面向窗户的一侧)涂上红外反射层

2. 最好加在隔热性较低的组件上

3. 确保涂层不受污染

4. 保护层在清洁或操作过程中不受损坏

如果是外部封闭装置，则不能考虑符合EN 13125的红外反射涂层，且由于使用寿命期间的污染也不能考虑红外反射涂层。

计算举例

确定U值可能的改善可以通过带有铝合金卷帘的窗户为例进行说明，因为这种结构通常用于提高防盗性能。样品计算基于Alutech Group的“RS.AR41”卷帘百叶窗系统(请参阅ift检测报告11- 000216-PR03)。

产品描述和参数值

卷帘系统，包括带端杆的卷帘百叶窗帘片，卷帘盒，侧导轨和底端导轨。铝型材，带聚氨酯整体泡沫填充物。铝合金侧面和下部导轨/端部导轨带有EPDM密封型材，下部边缘带有EPDM密封型材的封闭端杆，具有排水功能的端部导轨。卷帘盒位于顶部，出口处没有任何密封装置。

卷帘百叶窗帘片片与卷帘盒或建筑结构连接之间的接缝宽度：

连接处的接缝宽度：0mm

上部连接的接缝宽度：5mm

侧面连接的接缝宽度：1mm

R_sh = 0.02(m²·K)/W

附加热阻的计算

根据EN13125透气性划分为一个等级：

下部接缝宽度:  e₁ = 0mm

上部接缝宽度:  e₂ = 5mm

侧面接缝宽度:  e₃ = 1mm

总接缝宽度: e_tot = e₁ + e₂ + e₃ = 6mm

闭合的帘片的透光和通气孔完全闭合。符合EN 13125等级4的透气性要求，接缝总宽度必须为e_tot ≤8 mm。这样，前面提到卷帘百叶窗可达到EN 13125的等级4。

借助R_sh = 0.02(m²·K)/W，通过热箱法进行如下测量，可以得出附加的热阻∆R(另请参见表1)：

∆R = 0.8 x R_sh + 0.14 = 0.8 x 0.02 (m²·K)/W + 0.14 = 0.16 (m²·K)/W

当翻新旧窗户时，如果Uw = 2.8 W/(m²·K)，根据EnEV 2009，在使用现代窗户时，TWS可使U值提高约0.85 W/m²K，如果Uw = 1.3 W/(m²·K)，则可以获得约0.2 W/(m²·K)的改善。这可以显著提高热舒适性，尤其是在傍晚和晚上。可能的节能量取决于气候。

不同气候区域的能源节约

为了准确计算建筑物可能的节能潜力需要了解现有的气候数据(日照持续时间，外部温度)，现有建筑物和窗户的设计(隔热标准，蓄热质量)以及供暖技术等信息。这里当然不考虑局部现象，例如雾区或更高的风速。考虑到与气候有关的影响(全球辐射，风和温度数据以及太阳的位置，以及来自Meteonorm [10]的气候数据)，可以相当精确地确定可能的节能量。建筑物的效果是根据EN ISO 13790在单室模型(根据DIN EN ISO 13791)的基础上进行模拟的，并且ift Rosenheim可以为多种气候区域提供服务。

可能的节能与窗户面积有关，以便能够忽略与建筑物相关的影响，例如通风热损失或内部热源，因为这些影响同样适用于窗户和TWS。但是，建筑外立面和窗户或玻璃的隔热效果越好，影响就越小。

以维尔茨堡，明斯克，莫斯科和基辅的地点节省下来的费用为例。为此必须知道现有的窗户，因为U值更低，通过TWS的改进也会降低。因此，针对典型和常用的窗类型进行了模拟(请参见表格)。

图4  通过铝合金百叶窗实现节能，R_sh = 0.02m²K/ W，气密性等级4，适用于不同类型和位置的窗户(可向ift Rosenheim要求其他结构和位置的计算)

总结

卷帘百叶窗和外部封闭装置可以有效地防止夏季过热，从而大大节省了空调系统的能源消耗。可以通过采用合适的材料和结构措施来显着提高U值，尤其是较旧的窗户和玻璃的U值。除了节省能源之外，由于内部表面温度明显升高，内部的热舒适性也得到了显著改善。但是，这取决于仔细和经过深思熟虑的设计和施工，以及节能量的计算和由公认的检测机构进行的保温检测。考虑到与气候相关的影响(全球辐射，风和温度数据以及太阳的位置)，以及来自Meteonorm[10]的气候数据)，可以非常精确地确定可能的节能量。在旧的单层玻璃窗(窗户类型1)中的临时隔热保温 (TWS)中，每平方米窗的面积可以节省140 kWh/a，具体取决于气候。在窗户面积为30平方米的住宅建筑中，每年大约节约4,200 kWh，相当于约420升取暖油。用旧的中空玻璃(窗户类型2)替换窗户时，每平方米窗户面积仍然可以节约60 kWh/a或每年1,800 kWh。同时，TWS还优化了安全性和防盗能力。

作者

M.BP.Dipl.-Ing.(FH) Manuel Demel, ift Rosenheim

Dipl.-Ing. (FH) Jürgen Benitz-Wildenburg, ift Rosenheim

参考文献

[1]  EN ISO 10077 Teil 1+2; Wärmetechnisches Verhalten von Fenstern, Türen und Abschlüssen – Be- rechnung des Wärmedurchgangskoeffizienten. Beuth-Verlag.

[2]  EN 13125; Abschlüsse, Zusätzlicher Wärmedurchlasswiderstand, Zuordnung einer Luftdurchlässig- keitsklasse zu einem Produkt. Beuth-Verlag,

[3]  Demel, M.; Master-Thesis; Erstellung von Einsatzempfehlungen für die standortabhängige Anwendung des Energy Labels in Europa. Universität Stuttgart, Lehrstuhl für Bauphysik, 2013.

[4]  Kommentar zur EN 14351-1; Fenster und Türen – Produktnorm, Leistungseigenschaften – Teil 1: Fenster und Außentüren ohne Eigenschaften bezüglich Feuerschutz und/oder Rauchdichtheit.

Eigenverlag ift Rosenheim

[5]  EN 13659; Abschlüsse außen – Leistungs- und Sicherheitsanforderungen; Beuth-Verlag.

[6]  ift-Fachinformation „Bauen mit energieeffizienten Sonnenschutzsystemen“

[7]  ISO 18292; Energy performance of fenestration systems for residential buildings – Calculation proce- dure. Beuth-Verlag.

[8]  EN ISO 13790; Energieeffizienz von Gebäuden – Berechnung des Endenergiebedarfs für Heizung und Kühlung. Beuth-Verlag.

[9]  EN ISO 13791: Wärmetechnisches Verhalten von Gebäuden - Sommerliche Raumtemperaturen bei Gebäuden ohne Anlagentechnik - Allgemeine Kriterien und Validierungsverfahren.

[10]  Meteonorm Version 7 – Global Meteorological Database; www.meteonorm.com; ©METEOTEST, Fab- rikstrasse 14, CH-3012 Bern, Switzerland.

[11]  Abschlussbericht Forschungsprojekt, „Temporärer Wärmeschutz von Fenstern“, ift Rosenheim

[12]  Aktionsplan „Temporärer Wärmeschutz und Sonnenschutz“ IBH 798/09, Ingenieurbüro Prof. Dr. Hau- ser GmbH; Industrieverband Technische Textilien, Rollladen, Sonnenschutz e. V.