森鹰PASSIVE120和PASSIVE A+是怎样炼成的

  各位领导、各位嘉宾，大家下午好！我今天分享的主题是“森鹰PASSIVE120和PASSIVE A+是怎样炼成的”，关键词是“保温性能”。所以我今天就着重围绕着窗在寒冷和严寒地区保温性能这一关键词，详细介绍一下这两款产品在研发过程中背后的故事。

  谈到窗的保温性能，就不得不研究Uw值，它代表整窗的传热系数。单位是W/(m2K)，它表示在稳定传热条件下，外门窗两侧温差为1K，单位时间内通过单位面积的传热量。北京2013年1月1日推出的新标准，窗Uw值要在1.5-2.0 W/(m2K)之间。

  为 了更好地理解Uw值这一概念，我举个例子：假设各位100平方米的家中有25平米的窗户，在寒冷的冬季室内外温差40度的情况下，这些窗户的耗能为 2.0*25*40=2000瓦，这是什么概念，这就相当于2千瓦的大号电炉子每天24小时不间断运行。可见Uw值2.0 W/(m2K)这个新标准并不高。

  那么如何才能有效降低Uw值，让我们先来看一个常用的公式：

  Uw=Uf* (Af/ Aw ) +Ug* (Ag/ Aw ) +Ψg* (Lg/ Aw)

  一 樘窗可以划分为透明部分和非透明部分，透明部分指的是中空玻璃，而非透明部分指的是框体及中空玻璃边部。那么Ug是代表透明部分的参数，而Uf、Ψg则代 表非透明部分的参数。Uw就是由Uf、Ug、Ψg三个参数再乘以各自的权数而得来，如果这三个参数数值降低，就可降低Uw值。所以我下面分别从这三个参数 入手谈一下如何降低Uw值。

  首先来看中空玻璃边部与框体之间的线传热系数Ψg，它对Uw值产生影响最小，大概在10%左右，绝对值也只有0.1-0.2 W/(m2K) 大小。但在寒冷和严寒地区它对人民生活的影响却很大，由于边部温度最低，导致结露通常发生在中空玻璃的边部。如果Ψg值过高，玻璃边部就会结露；就会滋生 霉菌，影响人体健康，减少建筑材料寿命。我们通常是通过采用暖边间隔条以及中空玻璃与框体间缝隙填充绝热材料等措施加以解决。暖边条又分为硬条和软条，硬 条有不锈钢的、泰诺风TGI的、瑞士SWISSSPACER的，软条有TPS的、EDGETECH的。根据BF的数据统计，瑞士SWISSSPACER暖 边间隔条的效果最好，可以把Ψg值降低到0.03 W/(mK)左右。暖边间隔条增加成本也不大，也是做被动房用窗的必选项所以我们用就好了。

  第一个参数Ψg毋庸赘述，让我们还是来看看第二个参数Ug值。

  由 于玻璃占据整窗面积的60-70%，降低Ug值对整窗传热系数的改善会达到立竿见影的效果。这是玻璃Ug值一览表，我们可以看到单玻的Ug值为5.6，后 来被2.8的双白玻代替，LOW-E玻璃的出现，又使得中空玻璃的Ug值提高到1.5-1.8之间，如果使用好一点的LOW-E玻璃再充上氩气，双玻的最 好效果能达到1.2。三玻两腔代替两玻一腔又进一步提升了Ug值，采用两片LOW-E玻璃充氩气，Ug值最好可以达到0.65。那么用0.65的这种中空 玻璃再配以IV68标准的铝包木框体，整窗的传热系数就可以达到1.1左右，如果再换上云杉这样更为保温的木材，整窗的传热系数Uw值就会接近1.0。

  因 为我们是生产木窗企业，木窗又天生保温节能，所以我们很早就关注被动房用窗了。2009年我接到公司任务要取得PHI的认证，当时我对被动窗的认识还很肤 浅，我以为只要Uw值低于0.8就OK了，所以我当即打保票，保证顺利完成任务。我心里盘算，框体不变我把0.65的三玻换成0.2的真空加真空的玻璃， 损失点经济效益也无所谓，还是把认证先拿下来重要，怎么也能把Uw值给拉到0.8以下。就在我沾沾自喜的时候，PHI给我的回复是“NO WAY”，Ug值只能采用0.7的，Uw值要想做到小于0.8，Uf值最次也要小于0.8才行。

  并且提出了一个很新鲜的概念“Ψopaq值”即不透明部分的线传热系数，这个值才是衡量一樘窗是否符合被动房用窗的真正标准。

  Ψopaq=Ψg+Uf*Af/Lg

  因 为涉及到的是玻璃的边部线传热系数Ψg和框体的传热系数Uf值，所以归结为不透明部分的线传热系数。当Ψopaq≤0.065时，被动房配套用窗的节能等 级定为A+级，用于极寒地区；当Ψopaq≤0.11时，节能等级定为A级，适用于严寒地区；当Ψopaq≤0.155时，节能等级定为B级，适用于寒冷 地区。如果Ψopaq大于0.155，将不予认证。这种分级方式表明，一樘窗仅仅Uw值达到要求是不够的，还要考虑不透明部分的线传热系数，也就是说只依 靠玻璃达到Uw要求是不合乎标准的，框体和玻璃要均衡发展。

  根据Ψopaq=Ψg+Uf*Af/Lg这个公式，与Ψopaq有关的Ψg值已优化至极限，因此只能在Uf值上突破，才能取得认证，这也是被动房配套用窗的真正难点所在。从这时起我们总算踏上漫长而艰辛的被动窗研发之路。

  为 了降低Uf值，我们首先想到的是增加框体厚度。把68mm的木材厚度改为78、88、92……但若想达到Uf值小于0.8，框体须增厚至150mm，这种 方案采用木材过多十分不经济。其次，我们也尝试了特种木材，如三明治木材、蜂窝木等，分析下来其经济性和实用性都很差，这个方案也被放弃了。再次，我们也 研究了塑钢框体和铝合金框体，看看能不能得到些启发。塑料框体保温没有问题，但加上钢衬保温性能大打折扣，这款6腔的塑料框体就因为钢衬的缘故Uf值只做 到了0.97，听说不加钢衬的特种塑料框体价格是普通框体的7、8倍；铝合金框体就更让人瞠目结舌！断热桥的宽度做到了45mm，Uf值也只能做到 1.6，一款PHI认证的铝合金框体的窗价格至少要每平米价格万元以上。不过给我们最大的启示是何不开发一种铝、塑型材和木窗框复合在一起的复合框体，以 增加断热的效果哪！经过三年的努力，我们最终开发出了木塑铝多层复合框体，它的Uf值达到了0.73之低。由它制作而成的窗能够满足被动式房屋用窗的基本 要求。

  PASSIVE120主体是木材所以仍是木窗，天生就具有一定的隔热保温能力。 多腔工程塑料型材作为附件，又进一步增强了框体的保温隔热效果。单铝型材与塑料型材复合后起到美观、防紫外线、密封的作用，再配以0.65的三玻两腔双 LOW-E双暖边充氩气中空玻璃。我们这里采用的是单银LOW-E玻璃，因为离线单银LOW-E它的经济性、可靠性俱佳，最可取的是它的得热系数很高，能 够获得更多的太阳能，更符合PHI的理念。所以这款窗无论在经济性还是实用性上都取得了成功。

  2012年7月20日，森鹰PASSIVE120作为中国第一款通过德国PHI认证的被动房用窗，实现了中国被动式窗零的突破。近日还顺利通过了住建部科技计划项目的验收。

  然 而，如何保证产品达到性能要求的同时，还能兼顾美观实用？产品如何落地，生产工艺尤为关键！为此在工艺上森鹰进行了大量革新，自行研制了世界首创的复合框 体装配线，为了提高密封性我们还组建了胶条四角焊接线、外铝板框自动化无缝焊接生产线；中空玻璃方面投资建设了自动化三玻离线LOW-E中空玻璃生产线、 SWISSSPACER暖边间隔条自动化焊接生产线，为这款产品真正实现工业化量产打下牢固的基础。同时还创新地采用了软硬共挤胶条技术和铝窗台披水板技 术。

  在森鹰的门窗三性检测中心检测PASSIVE 120水密性能达到700Pa以上，属于防台风级别。气密性达到0.3m3/mh以下远远低于国标最高级0.5m3/mh的标准。四道密封轻松地通过被动房n50的气密性检测，足以挡住空气中任何微小的雾霾颗粒。

  这是国家建筑工程质量检验中心和国家建筑材料测试中心给出的鉴定，PASSIVE120的传热系数均低于0.8 W/(m2K)，这是有历史上最好的检测数据，让在场专家们惊叹不已！

  PASSIVE120良好的性能、大气严整的外观，一经推出就赢得了很多客户的青睐，短短的两年时间从华东到东北已经在三十多个项目中采用，例如朗诗的布鲁克被动房、哈尔滨辰能溪树庭院被动房等等，在谈的项目还有几十个。

  这 就是PASSIVE120的由来，然而遗憾的是它的Ψopaq值仅达到了0.14，符合B级标准，只能适用于寒冷地区的被动式房屋。我们公司就处于严寒地 区，黑龙江省也会有极寒天气，况且我们还要建设世界上最大的被动式工厂，不能生产出符合自己被动房的窗户，作为我们技术人员是一件非常懊恼的事！有了 PASSIVE120的经验和德国专家的支持，这回我们主动请缨，立项研制符合被动式房屋研究院最高级别A+的认证窗，名字都直接起好了就叫 “PASSIVE A+”，专利申请、名称注册等等都一步到位，万事具备只欠东风了！

  说 干就干，在框体上进行了革命性的创造。把框体的看面宽度缩小到100mm，有效控制成本并提高美观度，把厚度加大到157mm以提升框体的Uf值，框体的 外侧采用了7公分厚的热导率只有0.031的EPS材料，它的外面以热导率仅为0.63的FIBERGLASS材料包覆，再配以Ug值0.52的充氪气的 三玻两腔双离线LOW-E双暖边中空玻璃。

  PASSIVE A+的 安装方式也很特别，“墙包框、框包扇、层层包裹”，我们称之为转角式安装，最大程度地减少热量的流失。基于这种想法我们设计了隐扇式的产品结构，抛弃了常 用的明式转轴合页，采用了世界上先进的隐藏式五金铰链。它的优点是可以在结构设计上最大程度地减小框体的看面宽度，达到节能目的。

  这样一来，PASSIVE A+整窗的传热系数Uw值真的就做到了0.6，可以应用到严寒地区。采用上述转角式安装方式，整窗的安装U值也仅为0.62。

  经 过2年的奋斗，最终在2014年4月份的德国纽伦堡门窗展上取得了PHI的认证。但这里向大家汇报一下小小的遗憾，它的Ψopaq值是0.089，取得的 是A级认证，没有达到PHI最高等级A+级。名字再改回去也不太可能了，只有让遗憾转化为创新的动力了。不过说句老实话，A+级的难度可真是太大了！

  由 上图我们可以看出PASSIVE A+的水平还是极高的。在玻璃的边部最低温度值可达到13.2°C，结露系数达到0.773，这是非常了不起的数值。因为在严寒地区室内相对湿度达到 50%，室内温度在22°C的情况下，若要实现玻璃不结露，玻璃内表面的最低温度值要达到11.1°C，能满足要求的窗系统在世界范围内寥寥无几。而PASSIVE A+完全超过了这个露点温度，这是中空玻璃边部处理、框体保温隔热处理、玻璃与框体间的EPS填充共同作用的结果。真正实现严寒地区在不结露的状态下，使人们生活在温湿度最适宜、舒适性最高的环境中。

  另外，PASSIVE A+非常简洁美观，从室外看，就像一块玻璃幕墙；从室内看，窗框笔直纤细， 改变人们对木窗窗框粗大厚重的印象。世界被动房之父沃尔夫冈博士认为PASSIVE A+产品是他见过的结构最合理的被动式建筑用窗，并在德国亚琛举办的世界第18届被动房大会上做了专题介绍。

  然而，人类技术创造的道路永无止境，世界上还有极寒地区，希望森鹰适合极寒地区的Uw小于0.4的被动窗早日问世，但真正的难度还在于Ψopaq，实现真正的A+级，这才是真正技术关键所在！