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夏熱冬暖地區建筑外窗的選擇與節能問題的探討

來源:  作者:石民祥  日期:2005-2-18
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    迄今為止,我國尚無建筑外窗夏季隔熱性能標準和豐采暖地區民用建筑節能設計標準。本文根據華南夏熱冬暖地區建筑氣候特點和熱工設計要求,提出了空調建筑外窗夏季隔熱節能綜合性能指標體系與措施的建議,以及該地區建筑外窗的選擇意見。對于我國中部夏熱冬冷地區(以夏季防熱為主,兼顧冬季保溫)建

    (2)中空玻璃:由2片(或3片)玻璃與空氣間層組合而成,空氣間層中充入干燥氣體或惰性氣體。普通透明中空玻璃的特點,是其傳熱系數比單層玻璃降低一半,保溫性能好;隔聲量比單玻提高5dB,可達30~40dB,隔聲性能好;但其遮陽系數降低很小,對太陽輻射熱的隔熱反射性改善不大。

    (3)熱反射中空玻璃:將熱反射鍍膜玻璃與普通透明玻璃合成中空玻璃,集熱反射鍍膜玻璃與中空玻璃的兩種優點與一身,傳熱系數和遮陽系數都降低,而隔聲量高,保溫、隔熱、隔聲綜合性能優良。

    (4)低輻射(Low-E)鍍膜中空玻璃:Low-E玻璃是一種含有超薄銀層的真空鍍膜玻璃,只能中空后使用。具有極低的表面輻射率(E<0.15)和極高的遠紅外線(熱輻射反射率,可見光透過率適中(30~75%)的特性。它吸收和二次輻射出的熱量少;對太陽光中的紅外線熱輻射有較高的反射率;能有效地阻止室外汽車、道路及建筑物發出的遠紅外線熱輻射進入室內。采用適于南方地區使用的遮陽系數低的Low-E玻璃做成中空玻璃,又具有很好的遮陽和阻隔溫差熱傳導效果,而冬季亦能保持室內熱量改善室內舒適度。采光、隔熱、保溫綜合節能效果好的Low-E中空玻璃是目前世界上最理想的窗玻璃材料。幾種常用窗玻璃的性能參數見表2。

    4.提高窗框隔熱性能
    鋁合金窗框的冬季傳熱系數約為PVC塑料窗框的1.5倍,并不等同于鋁合金型材PVC塑料型材材料導熱系數之比的1250倍。無隔熱的鋁型材傳熱系數K為6.0(W/m2·K)左右,而采用隔熱條的型材傳熱系數K值可降到1.8~3.5(W/m2·K)。鋁合金型材對紫外線、可見光、紅外線有很好的反射能力,其表面的反射能力與表面狀態和顏色有關,對熱輻射的反射能力最高可達90%,這對于阻隔太陽輻射熱是很有利的。

表2 窗玻璃的傳熱系數、遮陽系數與隔聲量

注:表2中K值為冬季傳熱系數,作為夏季傳熱系數參考
    鋁合金隱框玻璃窗是很好的隔熱節能窗。采用這種鋁合金隱框玻璃幕墻結構上用的隱框窗,太陽光不能直接照射在鋁合金窗框架上,玻璃與鋁型材之間起結構性粘接作用的固化后的有機硅橡膠,自然成為玻璃與鋁合金之間的斷熱橋,其導熱系數低于硬質PVC塑料型材。高強度、高彈性模量、抗臭氧和紫外線、耐熱、非燃燒性的硅酮結構膠,是理想的建筑外窗絕熱材料。采用單層熱反射鍍膜玻璃的鋁合金隱框玻璃窗就具有較好的隔熱性能,這已經得到證實。國內已有專的隱框推拉鋁合金窗產品推出。

    5.確保窗的負壓氣密性
    目前,我國的建筑外窗氣密性能分級及檢測,是按窗的室外壓力大于室內壓力10Pa下的空氣滲透量qo評定與檢測的,即是“正壓氣密性”。而空調通風制冷房間中,通常是保持室內正壓(≤50Pa),即室內壓力大于室外壓力,這對外窗要求的就是“負壓氣密性”。這樣,目前我國使用最多的外開式平開窗和一些外側單向密封推拉窗型,即“正壓氣密性”的窗型,就不一定能滿足空調建筑外窗“負壓氣密性”的要求。正在修訂的國家標準GB7107《建筑外窗空氣滲透性能分級及檢測方法》(修改稿)已經增加了“檢測負壓差下空氣滲透率”的內容。因此,雙向密封的推拉窗型和內開式平開窗型,對防止夏季空調房間的空氣滲透能量損失會更有利。

    6.適當考慮窗的通風換氣和散熱
    夏熱冬暖地區的建筑圍護結構,要求白天隔熱好,晚上散熱快,以利于降低冷負荷。特別是許多白天使用的辦公樓、學校、商業建筑等間歇使用空空調的公共建筑,晚上人走之后又要關窗,所以窗戶的隔熱密性要求太高也沒必要。而且 在我國目前建筑物內尚未能普遍設置機械換氣設備如微量通風器等的條件下,還要靠可調節換氣、能開啟的外窗等自然通風手段來改善室內空氣質量!堵灭^空調節能標準》對占全國旅游館總數70%的四級旅游旅館規定,其空調房間的空調設施,可不設新風供給系統,可采取設置開啟的外窗等自然通風措施。所以,夏熱冬暖地區建筑外窗的窗墻面積比(南向)和窗的可開扇比例大一些,有利于充分利用窗及其縫隙的自然通風和晚間散熱作用,處理好隔熱和散熱的矛盾。

    7.滿足采光要求,確保建筑照明節能
    建筑使用能耗中,照明能耗為20~30%,是占第二位的。因此,在考慮窗的隔熱節能時,要滿足窗的采光要求。否則,如果窗洞面積較小、窗杠遮光面積大,玻璃的可光透射率太低,自然采光不足,造成白天都要開燈,這就增加了照明能耗,而照明放熱又造成室內得熱,從而又加大了空調冷負荷,增加了空調能耗。塑料窗的粗大框架遮光,不少塑料窗的窗框窗洞面積比高達40%左右。洞品、窗型相同時,塑料窗比鋁合金窗的采光系數小11%左右,采光性能和視野效果較差。

    八、圍護結構及外窗隔熱設計標準
    《熱工規范》規定,圍護結構隔熱設計標準是:在房間自然通風情況下,建筑物的屋頂和東、西外墻的內表面最高溫度,應不高于當地夏季室內計算最高值即:0i.max≤te.max,實際上就是要求大體上達到24磚墻的隔熱水平。(24磚墻的傳熱系數K為2.4~3.2W/m2.K;廣州夏季室外計算溫度最高值為35.6℃,低于夏熱冬冷地區的城市如:南京37.1℃,武漢36.9℃,重慶38.9℃,長沙37.9℃)
    《采暖空調規范》規定,舒適性空氣調節房間圍護結束構最大傳熱系數K;屋蓋1.0;外墻1.5。
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