外窗對(duì)寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能的影響

摘 要

摘要：采用EnergyPlus軟件對(duì)石家莊某居住建筑5種外窗在不同朝向、窗墻比下對(duì)單位建筑面積冷熱負(fù)荷、供冷熱能耗的影響進(jìn)行了模擬分析。在特定窗墻比下，篩選出5種外窗中節(jié)能性較
摘要：采用EnergyPlus軟件對(duì)石家莊某居住建筑5種外窗在不同朝向、窗墻比下對(duì)單位建筑面積冷熱負(fù)荷、供冷熱能耗的影響進(jìn)行了模擬分析。在特定窗墻比下，篩選出5種外窗中節(jié)能性較好的1種。
關(guān)鍵詞：外傳；寒冷地區(qū)；居住建筑；窗墻比；能耗
Influence of External Window on Energy Saving of Residential Building in Cold Region
WANG Lan，WANG Yun-shan，GAO Ling
Abstract：The influence of five kinds of external windows of a residential building in Shijiazhuang City on cooling and heat load and energy consumption for cooling and heating per unit floor area under different orientations and different area ratios of window to wall is simulated and analyzed. A kind of external window with better energy saving effect from five kinds of external windows is screened at a given area ratio of window to wall.
Key words：external window；cold region；residential building；area ratio of window to wall；energy consumption
   為實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能降耗，河北省節(jié)能率為65%的地方標(biāo)準(zhǔn)DB13(J)63—2007《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》自2009年1月1日在全省施行。在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的門窗、墻體、屋頂、地面中，門窗的絕熱性能較為薄弱，是影響室內(nèi)熱環(huán)境與建筑節(jié)能的主要因素。對(duì)于我國(guó)典型的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，門窗的能耗約占圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗的40%～50%，因此改善門窗的絕熱性能，是改善室內(nèi)熱環(huán)境和建筑節(jié)能的重要環(huán)節(jié)[1～3]。本文對(duì)外窗對(duì)寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能的影響進(jìn)行探
討。
1 研究對(duì)象
   石家莊某新建6層磚混結(jié)構(gòu)居住建筑，體型系數(shù)為0.36，每戶建筑面積均為92.9m2，取標(biāo)準(zhǔn)層(3層)的東、西、南、北4個(gè)朝向的房間為研究對(duì)象。墻體厚度為370mm，墻體結(jié)構(gòu)為水泥砂漿抹灰加噴漿+空心磚+膨脹珍珠巖(60mm厚)+抹灰，傳熱系數(shù)為0.57W/(m2·K)，滿足JGJ 26—95《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)寒冷地區(qū)體型系數(shù)大于0.3時(shí)，傳熱系數(shù)小于0.6W/(m2·K)的要求。5種窗型的相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1，普通中空玻璃由兩層6mm玻璃和1層12mm空氣層構(gòu)成。冬季供暖期為每年的11月15日至次年的3月15日，供熱方式為集中供熱。夏季空調(diào)開(kāi)啟時(shí)間為6月1日至8月31日，空調(diào)設(shè)備為分體式空調(diào)，冬季供暖室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為18℃，夏季空調(diào)室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為26℃，采用EnergyPlus軟件進(jìn)行模擬計(jì)算。
表1 5種窗型的參數(shù)
編號(hào)
窗框材料
玻璃
傳熱系數(shù)/(W·m-2·K-1)
1
PVC
普通中空玻璃
2.7
2
鍍LOW-E薄膜玻璃
2.0
3
鋁合金
普通中空玻璃
3.6
4
鍍LOW-E薄膜玻璃
2.7
5
斷熱鋁合金
鍍LOW-E薄膜玻璃
2.3
2 研究結(jié)果與分析
    ① 窗墻比對(duì)冷熱負(fù)荷的影響
    以1號(hào)外窗為例，在不同窗墻比下用戶單位面積平均冷熱負(fù)荷見(jiàn)表2、3。由表2、3可知，在同一窗墻比下，北向窗用戶單位面積平均熱負(fù)荷最大，單位面積平均冷負(fù)荷最小。不同窗墻比下，東、西、北向窗用戶單位面積平均熱負(fù)荷隨著窗墻比的增大而增大。南向窗用戶單位面積平均熱負(fù)荷隨著窗墻比增大而減小，這是由于雖然隨著窗面積增大，日落以后耗熱量增大，但是白天日照得熱量增大，使熱負(fù)荷減小。用戶單位面積冷負(fù)荷在4個(gè)朝向上，隨著窗墻比的增大均增大，其中西、南向窗用戶增大較多，這是由于西、南向窗用戶日照得熱量比北、東向窗用戶多[4]。
表2 不同窗墻比下用戶單位面積平均熱負(fù)荷   W/m2
朝向
窗墻比
0.2
0.3
0.4
0.5
東
19.96
19.98
20.02
20.05
西
19.77
19.79
19.80
19.83
南
18.26
17.77
17.12
16.70
北
20.48
21.61
22.96
24.12
表3 不同窗墻比下用戶單位面積平均冷負(fù)荷 W/m2
朝向
窗墻比
0.2
0.3
0.4
0.5
東
16.1l
18.09
20.21
22.13
西
17.67
19.81
22.69
24.80
南
15.91
17.56
21.25
23.50
北
13.17
14.20
15.29
16.39
    ② 窗墻比對(duì)供冷熱能耗的影響
    仍以1號(hào)窗為例，煤的低位發(fā)熱量取29.3MJ/kg，熱網(wǎng)輸送效率取0.9，鍋爐熱效率取0.68，分體式空調(diào)能效比取2.3，空調(diào)開(kāi)啟時(shí)間按平均每日8h計(jì)。不同窗墻比下用戶全年單位面積供冷熱能耗見(jiàn)表4。由表4可知，同一窗墻比(取0.3、0.4、0.5)下，北向窗用戶全年單位面積供冷熱能耗最大。東、北向窗用戶全年單位面積供冷熱能耗隨著窗墻比的增大而增大，南、西向窗用戶的全年單位面積供冷熱能耗在窗墻比為0.3時(shí)最小[5]。
表4 不同窗墻比下用戶全年單位面積供冷熱能耗    MJ/m2
朝向
窗墻比
0.2
0.3
0.4
0.5
東
123.98
126.36
129.02
131.36
西
125.42
123.73
130.72
133.31
南
114.77
114.08
114.91
115.27
北
123.30
130.46
138.85
146.23
3 節(jié)能外窗的篩選
    ① 窗型對(duì)冷熱負(fù)荷的影響
    JGJ 26—95《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求各朝向的窗墻比不應(yīng)超過(guò)以下規(guī)定值：東、西向窗墻比0.30，南向窗墻比0.35，北向窗墻比0.25。這里，東、西向采用窗墻比取0.3，南向窗墻比取0.35，北向窗墻比取0.25。4個(gè)朝向窗分別采用5種窗型時(shí)，用戶的單位面積平均熱冷負(fù)荷見(jiàn)表5、6。由表5、6可知，在5種窗型中，用戶單位面積平均熱負(fù)荷從小到大的排序基本為2、5、1、4、3；單位面積平均冷負(fù)荷從小到大的排序?yàn)?、5、4、1、3。窗型1、4雖然傳熱系數(shù)相同，但是由于窗型4采用鍍LOW-E薄膜玻璃，能阻擋一部分太陽(yáng)光，因此用戶單位面積平均冷負(fù)荷要比窗型1低，而熱負(fù)荷比窗型1要高[6]。
表5 5種窗型下用戶的單位面積平均熱負(fù)荷    W/m2
朝向
窗型編號(hào)
1
2
3
4
5
東
19.98
19.78
20.96
20.01
19.85
西
19.79
19.55
20.68
19.88
19.69
南
17.42
17.34
18.35
17.80
17.38
北
20.91
20.26
21.84
20.94
20.43
表6 5種窗型下用戶的單位面積平均冷負(fù)荷    W/m2
朝向
窗型編號(hào)
1
2
3
4
5
東
18.09
17.15
19.0l
17.90
17.58
西
19.81
17.52
20.24
18.90
18.54
南
17.90
16.02
18.89
17.45
17.07
北
13.67
12.87
14.61
13.91
13.23
② 窗型對(duì)供冷熱能耗的影響
5種窗型下用戶全年單位面積供冷熱能耗見(jiàn)表7。由表7可知，5種窗型的供冷熱能耗由低到高的排序基本為2、5、4、1、3。
表7 5種窗型下用戶全年單位面積供冷熱能耗    MJ/m2
朝向
窗型編號(hào)
1
2
3
4
5
東
126.36
124.24
132.59
126.29
125.10
西
127.33
123.44
132.55
126.76
125.35
南
112.64
110.05
118.66
114.08
111.46
北
126.14
121.82
132.19
126.61
123.12
4 結(jié)論
① 北向窗隨窗墻比的增大，供冷熱能耗增大，因此宜減小北向開(kāi)窗面積。寒冷地區(qū)東、西向窗的能耗很大，沒(méi)有采光要求盡量不開(kāi)窗，南向窗墻比也不宜過(guò)大，宜取0.3。
② 在5種典型窗型中，窗框材料為PVC，玻璃采用鍍LOW-E薄膜玻璃的外窗最節(jié)能。
參考文獻(xiàn)：
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(本文作者：王蘭1 王云山2 高玲1 1.石家莊鐵道學(xué)院河北石家莊 050043；2.河北嘉通建筑設(shè)備安裝公司 河北石家莊 050011)