夏热冬暖地区居民住宅窗户节能影响因素分析

DOI:10.ki.10-1213/tu.2021.02.025

节能与环保夏热冬暖地区居民住宅窗户节能影响因素分析

杨顺福1张海涛2

1.四川鼎能建设(集团)有限公司;

2.四川鼎能房地产开发有限公司

摘要：本文根据节能住宅的要求，并结合已经颁布并实施的各项标准，对影响冬暖夏热地区居民住宅窗户节能性质的各种因素进行分析，并拟设9种不同的窗户类型，利用DOE-2软件对比分析，得到南北区节能性指标的不同，为项目提供合理的窗户选型，从而降低窗户能耗，减少项目成本。

关键词：冬暖夏热地区；窗户；节能；性能指标

1引言

通过对我国夏热冬暖地区的全面调査，可知窗户能耗在居民住宅建筑室内能耗中占据相当大的比例，约为40%，其中因空气渗透而引发的用能损耗则达到了 17%。这种现象可以用建筑热工学来解释，在建

筑围护结构中，窗户作为其中最为薄弱的环节，会使得采暖空调的大部分负荷通过窗户流失。相较于其他结构对建筑能耗的影响，窗户性能最为重要，具体包括:①保温性能;②隔热性能;③空气渗透性能;④窗墙面积比;⑤其他建筑热工学要求。

2工程概况

西昌市西部城区C2-31地块项目用地位于四川省西昌市. 地块位于西昌火车西侧500m左右，用地形态呈不规则长方形，南北最长约104m，东西宽约170m，净用地面积约17619.02m3 45。该项目用地东侧和袁马路之间，有一处15m宽的带状绿地。而围绕该地块四周所规划的道路，其高程整体由东到西缓慢下降，高差约为1.2m。

西昌市光热资源丰富，年降雨量充沛，夏季与过渡季节时间较长，属夏热冬暖地区。窗户耗能高低可折射出该地K整体居民住宅围护结构的能耗大小，为使建筑节能达标，提高能源利用率，必须合理完善居民建筑的窗户性能。一方面为了响应国家节能减排的号召，另一方面也为了降低损耗、减少成本，因此该项目民居建筑窗户的隔热以及隔湿性能必须得到保证。

3节能住宅的窗户要求

如前言中各标准所提到的，应控制窗墙面积比、提高自身保温性和密闭性、增设窗玻璃及其外部遮阳设施，具体应达到以下要求。

3.1提高窗户的气密性

一般的窗户由于设计或施工缺陷，都会留有缝隙，导致室外冷(热)空气大量渗人室内，气密性未达到建筑节能标准，此时应采取适当措施增强其密闭性，例如：在缝隙处设置密封条(常用橡皮、绣片等)。

3.2控制窗墙面积比

与墙体相比，由于普通窗户的热阻小得多，导致其保温隔热性能很差。因此窗墙面积比会直接影响采暖和空调能耗，比值越大，则能耗越高。因此，严格限制窗墙面积比(一般为30%左右），实现建筑能耗的降低是非常有必要的。3.3提高窗户的保温性能

(1) 窗框：研究表明，木材和塑料的保温性能较好，若采用钢或铝合金，则会明显增加热量损耗，因此金属型材料需进行断热

处理，提高其保温能力。

(2) 玻璃:①在单扇窗上安装中空玻璃，增加热阻;②选取一些对辐射有穿透选择性及吸收性的材料，在玻璃上镀层。

3.4提高窗户的隔热性能

保证窗户的隔热性能就是尽最大努力阻止太阳辐射直接进

人室内。因此可以通过改变外部遮阳条件，以及玻璃的光谱特

性，来改善窗上玻璃的热作用。

4窗户节能性能指标的规定

夏热冬暖地区大部分地带无须考虑冬季供暖，主要为空调

负荷；仅有小部分地带两者均需考虑。因此窗户节能性能便显

得十分重要。《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》(JGJ75— 2012)中规定了不同窗墙比时外窗的“综合遮阳系数”限值'

(1) 南北区居住建筑外窗有两个重要参数，平均传热系数)和平均综合遮阳系数），其取值范围见标准中表4.0.8-1、

4.0.8-2。

(2) 外窗平均综合遮阳系数，应按下式计算：

^ _ ^k'^w.e + ^s'^ic.s + 1-254r-S# …+ 0.8-4

式中：

X e i s/w w----各朝向的窗面积；

~一各朝向窗的平均综合遮阳系数。

注：权重系数：东、南取1.0，西取1.25，北取0.8。

(3) 窗墙比:①南、北向切.40;②东、西向幼.30。

(4) 对天窗的要求:①天窗面积 < 屋顶总面积的4%;②传热系数(A：)<4.0W/(m2.K);③本身的遮阳系数<0.4。

(5) 对窗户气密性的要求(在10Pa压差下）:①丨~9层建筑,9, <2.5m3，且？2<7.5m3。② 10层及以上建筑，9|幻.5m3，且92<4.5m3〇

其中：

qt—l h内lm缝隙的空气渗透；

q2一l h内lm2面积的空气渗透。

两个要说明的问题。

(1) 南北区：由《民用建筑热工设计规范》(GB50176-2016P

可知，夏热冬冷与夏热冬暖地区的区别在于，最冷月平均温度是

否低于l O t，而后者多数居民认为冬季室内温度以16尤为宜，在

此基础上，室内可通过获取热量提升因此取一月均温

11.5弋为等温线，划分南、北区，其中北区主要城镇有：福州、莆

田、龙岩；梅州、龙川、莫德；贺州、柳州等（集中在福建、两广

地区）。

(2) 外窗“综合遮阳系数”可按下式计算：

Sw =SC-SD

图1北区某城市77-C MW关系图

图2南区某城市7r C m，关系图

图1和图2明显区别在于：南区某城市各窗型r r C M W关系曲

线较北区更为紧凑，这就说明外窗传热性能对南区建筑能耗影

响很小，节能率几乎取决于外窗遮阳性能；相反北区则与二者均

有密切关系。这也恰好印证了南区日照资源丰富，全年温差较

小，无须考虑冬季供暖，其居民建筑全年总能耗以夏季空调损耗

为主，但在空调能耗中，窗所引起的温差传热仅占少量，因此南

区建筑节能要依靠外窗遮阳系数起主导作用。

6结论

综上，针对夏热冬暖地区，其南北区节能建筑对使用窗户性

能要求是不同的，北区由于维度问题，要使用兼顾保温和隔热的

外窗，气候上更偏向夏热冬冷地区(此地区适用带有外卷帘、百

叶护窗等外遮阳的窗户）；南区则只需保证外窗的隔热性能即

可。而本项目所涉及的西昌地块属于北区，因此在设计窗户的

时候需要综合考虑以上因素，选取合适的节能窗类型，达到期望

的节能指标，为公司降低成本、减少能耗，也为类似工程提供可

以借鉴的宝贵经验。

参考文献：

[1] 郭永昌等.夏热冬暖地区居住建筑墙体热工性能测试分析[J].广东工业大学学报，2008(1):90〜93.

[2] 益谙.节能住宅的窗户要求[J].中华建设，2005(5):54~55.

[3] 张磊.基于窗户性能的夏热冬暖地区民居能粍研究[D].广东工业大学,2019.

[4]JGJ75—2012.夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准问.

[5]GBT7106—2019.建筑外门窗气密、水密、抗风压性能检

测方法[S].

[6]GB5〇176—2〇16.民用建筑热工设计规范[S].

[7]GB5〇189—2〇15.公共建筑节能设计标准[S].

作者简介：

杨顺福（1966—)性别：男，籍贯：四川中江人，邮编：61_,

职称：高级工程师，学位：硕士，主要从事专业领域：建筑。

张海涛（1968—)性别：男，籍贯：四川成都人，邮编：611730,

职称：正高级经济师，学位：本科，主要从事专业领域：建筑经济。

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式中：

SC—窗本身的遮阳系数；

SD—窗口的建筑外遮阳系数，若不设置建筑外遮阳设备，取 S"=l。

5夏热冬暖地区窗户节能性能指标的分析

节能及各种多层玻璃具有传热系数小、结构坚固、抗氧化腐蚀性强的优势。同时，由《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》(JGJ75—2012)中表 4.0.8-1、4.0.8-2 可知：

北区对外窗值有具体规定，而南区则没有，这表明外窗

传热系数对南区建筑能耗和节能影响很小。因此，根据查阅相关文献资料对不同窗户类型及窗框材料的描述，选取了 9种“虚拟”窗组合（性能见表1所列），应用DOE-2软件，对南北区不同窗墙比、不同围护结构的近3000种节能方案做统计，计算可得其建筑能耗和节能率。整理数据结果，可得各节能方案下的建筑节能率tj与平均窗墙比CM W关系曲线，取南北区某城市重质墙体尺=1.5，偽3.0时的r;-CM W关系图，如图1、图2所示。

表1窗户性能表

编号传热系数W/(m2-K)遮阳系数(SC)

1 6.00.9

2 4.50.9

3 6.00.5

4 4.50.5

5 4.00.8

6 3.00.8

7 2.50.8

8 3.50.3

9 2.50.3

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