夏熱冬冷地區建筑外窗節能探討

來源:深圳市堅朗建材有限公司供稿　作者:陳平杜萬明黃興藝　日期:2006-8-25 　頁面功能【字體：大中小】【打印】【投稿】【評論】【啄木鳥】

　　我國夏熱冬冷地區的范圍大致為隴海線以南，南嶺以北，四川盆地東，長江中下游地區，在該地區居住的城鄉人口約5.5億。生產總值約占全國生產總值的48％，是我國人口最密集、經濟文化較為發達的地區。該地區氣候的顯著特點是夏天熱，冬天冷，長年濕度很高，夏季最熱，月平均溫度為25～30℃，而且以28～30℃居多，多數地方高于35℃的酷熱天氣，有半個月至一個月之多，空調制冷期達兩個多月之久。最熱月下午2時的平均氣溫在32～33℃，全天無涼爽時刻。白天熱浪滾滾，熱風橫行，夜間多為無風天氣。白天積累的熱量不能消散，氣溫仍居高不下，并且由于是長江中下游水網地帶，夏初季節持續陰雨天，日照弱，晝夜溫差小，僅為3～5℃，氣壓低，溫度高，使人感到悶熱難受。冬季，最冷月平均氣溫為2～7℃，大多在2～5℃之間，日最低氣溫低于5℃的天氣數長達兩個月。相對濕度也仍高達73～83％，整個冬季往往是雨雪連綿，天氣陰沉，因而陰涼寒冷。
建筑外窗是建筑圍護結構中的輕質、薄壁、透明構件，受建筑外窗的影響，采暖空調、照明能耗往往占到整個建筑能耗的一半左右。夏熱冬冷地區由于建筑節能工作起步較晚，建筑外窗多為白玻的單玻推拉窗和單玻平開窗，在冬天，建筑外窗因結構簡單密封性能和保溫隔熱性能差，冷空氣滲透嚴重，窗戶結露淌水，嚴重時，掛霜結冰。可想而之，要消耗多少空調采暖所需的能耗；至于在夏天，由于門窗熱傳導、門窗滲透對流、空氣滲透引起的能量損耗以及門窗輻射傳導引起的能量損耗，極大地增加了空調的制冷負荷。更值得我們注意的是：產生一千瓦小時的冷氣消耗的初級能源大約是供暖所需能源的3倍，在相同的環境下，夏季空調制冷溫度升高1°C比降低1°C要節約用電0.3度(KW/h)-0.4度(KW/h)，可見，建筑節能的意義非同小可，可以創造可觀的社會效益和自身利益。而隨著我國經濟的快速發展，人民生活水平大幅度提高，電暖器、電風扇、熱泵型空調逐步走入千家萬戶，而為了改善居住的舒適度，在冬夏兩季室內維持的溫度和濕度與室外的溫度和濕度就有較大的差別，這個溫差導致能量以熱的形式流入或流出室內，使得空調等設備消耗大量的能源來補充這個能源損失。這就加劇了該地區能源緊張狀況。事實證明，中國要走可持續發展的道路，提高在該地區的新舊建筑門窗性能，開展建筑門窗節能工作刻不容緩、勢在必行。
提高建筑外窗節能的途徑：
1、建筑的整體設計：
根據窗戶所處位置的朝向，合理選擇窗戶大小和窗墻比，并根據建筑物所處地理位置，選擇適當建筑遮陽設計。建筑外窗的主要功能之一是在白天，利用太陽光照亮建筑內部，盡量減少使用電能等二次能源照明，造成能源浪費，而且，房屋的居住者也有追求自己的住宅通透明亮的需求，同時臨街建筑外面美觀的需要，建筑外窗有越來越大的趨勢；在冬季，也要求盡量利用太陽中的輻射熱量提高室內溫度，但在夏季，太陽輻射通過建筑外窗進入室內，是室內溫度過高的主要原因。因此，建筑外窗的朝向，大小、建筑物外立面上固定遮陽防止太陽光直射室內，減少室內得熱。而在冬季，因太陽高度角較小，建筑物的固定遮陽應減少對直射太陽光的阻擋，多利用太陽光輻射熱加熱室內，達到即減少夏季空調用能造成的能源消耗，又在冬季盡可能多利用太陽能減少采暖用能的支出。因夏熱冬冷地區夏季多晴天，而冬季陰雨天氣較多，而太陽輻射的熱量是東西向最大，因此，應嚴格控制建筑外窗的朝向和窗墻比，而北向得不到太陽的輻射熱，在合理的采光條件下，窗戶面積較小為好。
《夏熱冬冷地區建筑節能設計標準》JGJ134-2001表4.0.4中分別列出了不同朝向、不同的窗外環境條件（有無外遮陽）、不同窗墻比時外窗傳熱系數限值表（見表1）。
表1 不同朝向、不同窗墻比時外窗傳熱系數（表4.0.4）

請參考表格進行合理設計。
2、建筑外窗玻璃的選用
在整個建筑外窗面積中，玻璃的面積占到整個窗戶面積的70～80％，因此，建筑外窗玻璃性能的好壞，對整個建筑的節能影響比較大。玻璃的選用主要考慮室內采光的舒適性，玻璃的抗風性能等強度指標，整體建筑外立面的協調統一，玻璃的保溫，隔熱及隔聲性能，在本文中，僅簡單討論玻璃對節能有影響的保溫性能和隔熱性能。
（1）玻璃的導熱
因建筑外窗玻璃兩側存在溫度差，因此，玻璃的導熱性能的高低，直接決定著室外溫度對室內溫度的影響。
玻璃的導熱可用下式表達
　　

　　式中：　　λ-玻璃的導熱系數w／mk
　　　　　　　δ-玻璃的厚度m
　　　　　　　A-玻璃的導熱面積m
　　　　　　　t1-玻璃一側的溫度k
　　　　　　　t2-玻璃另一側的溫度k
從式中可以看出，盡管玻璃的導熱系數λ很小，但因玻璃厚度較小，單層玻璃的傳熱能力仍然很高（見表3），而干燥、靜止的氣體導熱系數非常低（見表2），利用氣體這種特性，將兩片或多片玻璃用干燥氣體隔開，制成中空玻璃，中空玻璃中的不流動氣體層阻斷了熱傳導的通道，從而大大降低了中空玻璃的溫度傳熱（見表3）
（2）降低玻璃的遮陽系數。
表2 幾種氣體的導熱系數

性能	空氣	氬氣	氪氣
導熱系數（w/mk）	0.0242	0.0163	0.008

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