住宅窗户的节能研究

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1、住宅窗户的节能研究狄洪发陈亚芹王苏颖摘要：窗户系统的选择不仅很大程度地影响着建筑能耗，同时显著影响室内环境的热舒适性。制定科学可行的窗户能耗等级评价体系，从而合理选择窗户材料和设计窗户结构，对降低建筑耗能、节约费用和设计开发节能新产品都具有十分重要的意义。本文通过研究窗户热工参数的模拟计算方法，开创性地定义了表征窗户节能效果的两个参数：ER和ERC，并根据典型的建筑平面图，计算分析了多种因素对建筑节能的影响，得出了北京和哈尔滨两个城市的判断住宅窗户节能效果的经验回归公式，为设计人员和普通用户因地制宜地选择节能窗户提供了便捷有效的计算方法。关键词：窗户节能传热系数太阳得热系数

2、1引言窗户是建筑必不可少的组成部分，其长期使用能耗约占整个建筑长期使用能耗的50％，十分可观，因此窗户的节能是建筑节能的重要突破口。近年来我国窗户节能领域出现了很多的新技术，使得过去品种单一的窗户不仅变得形式多样，热工性能也更为复杂。此时单凭窗户的玻璃层数，或是窗户的传热系数甚至已知窗户的所有热工参数，也无法衡量不同窗户在具体使用条件下各自的节能效果。如何根据不同地区的气象条件，合理选择窗户材料、形式以达到最佳节能，则需要深入研究窗户的热工特性从而科学合理地制定出窗户节能效果优劣的标准。住宅窗户的主要评价参数有：太阳得热系数G、整窗传热系数U和空气渗透率AL，为综合考虑这些

3、参数的影响，建立一套合适标准来评价、区分各种窗户产品，本文提出了两个新的参数：ER和ERC，并选取19种典型窗户，分别计算它们应用在北京和哈尔滨的不同朝向时的能耗值，线性回归得到ER和ERC关于U和G的公式（当窗户密闭等级符合设计标准的要求时，空气渗透率AL对于窗户能耗的影响很微小，故本文不将其列入研究），直观反映了具体朝向和具体气象参数下窗户的节能情况。ER和ERC越大，该窗户的节能效果越好。2窗户的热工参数研究2.1窗户主要热性能指标窗户的得热和失热形式包括：太阳得热、热传导和空气渗透，相对于这些形式各有对应的评价参数，即太阳得热系数G、传热系数U和空气渗透率AL。太阳

4、得热系数G是指透过窗户进入室内的太阳能量与入射到窗户外表面的太阳能量的比值。该值越小，窗户的太阳辐射得热量就越少。传热系数U定义为：在单位温差下通过单位面积窗户所传递的热量。在相同的室内外温差下，U值越低则通过对流传导传递的热能越少。本文讨论的窗户传热系数，是指整窗的综合传热系数。空气渗透率AL是与窗户密闭性能有关的量，以目前国内门窗的生产水平，要达到设计标准要求的密闭等级并不难。根据国外的研究成果，当窗户密闭等级符合设计标准的要求时，它对于窗户能耗的影响很微弱，所以本文不将其列入研究，默认窗户的密闭性能达到了设计规范的要求。2.2窗户热工参数的模拟计算由于不可能对所研究窗

5、户的热工参数一一测试，所以，在本文研究中提出了模拟计算的方法。模拟计算方法是基于玻璃窗的传热物理模型，通过计算求得窗户的热工性能参数。在模拟计算中，一般把窗户分为三个部分：中心玻璃，边缘玻璃和窗框。对于窗户的中心玻璃部分，一维传热模型与实际情况已很接近，而窗户的玻璃边缘，尤其是双层窗两层玻璃边缘之间的垫片材料的导热能力比玻璃间气体层的导热能力要大很多，产生“热桥”效应，必须采用二维传热模型，窗框的传热也可近似为一维传热。在求得各个部分的传热系数和已知各部分面积的基础上，对这三个部分的传热系数进行面积的加权平均，就得到窗户整体的传热系数。本文应用了m普通透明玻璃的太阳能量的比

6、值。反映了窗户对阳光的遮蔽效果，Sc越高则透过窗户的太阳能越多，反之则越少。但这种评价方法有着明显的不足之处。首先，遮阳系数Sc只能反映窗户夏季遮阳节能，没有考虑冬季透光节能，因此很不全面。其次，它不能从长期角度如整个空调期或供暖期来分析窗户节能效果。4影响窗户节能效果的因素分析以ER和ERC为主要度量参数，以北京和哈尔滨两地为例，利用DeSTHousing对建筑楼层、外墙性能、窗墙比、房间大小、内部发热量和窗户朝向等可能影响窗户节能效果的因素分别做了计算分析。这些影响因素的变化范围的选取，充分考虑了实际住宅可能达到的变化范围的上、下限，因此，所得的结论适用于普通住宅。计算

7、分析结果表明：（1）对于多层建筑，窗户在建筑中所处的楼层位置对窗户ER和ERC的影响不大，一层以上的房间，窗户ER基本相等。除了底层和顶层房间，中间楼层的ERC也基本相等；（2）ER和ERC受外墙保温和蓄热性能的影响很小，在讨论的外墙变化范围内，ER的浮动最大不超过5%，ERC的浮动最大不超过10%，一般情况下浮动在2%左右，所以认为，ER和ERC受外墙保温和蓄热性能的影响小到可以忽略，即不管和什么外墙配合使用，每平米窗户节省的能耗基本不变；（3）当窗墙比从15%变化到30%时，绝大部分窗户在各个朝向的ER值基本保