建筑氣密性對夏熱冬暖地區(qū)住宅窗戶能耗影響的分析

余 輝 陳芝蓉

（四川鼎能房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，四川 成都611730）

1 概述

我國建筑的規(guī)模和數(shù)目為世界翹楚，受世界危機(jī)的影響，在能源緊縮，資源稀缺，我國的需求與供給不能動態(tài)平衡，對此，我國研究建筑節(jié)能問題刻不容緩。

本文主要研究夏熱冬暖地區(qū)建筑能耗，外窗能耗約占能耗的40%左右，建筑能耗受窗戶影響較大。

2 工程概況

本文基于天璽蓮湖項目進(jìn)行研究，該項目位于四川省達(dá)州市通川區(qū)西外鎮(zhèn)高峰洞社區(qū)，對達(dá)州的每月平均氣溫進(jìn)行了統(tǒng)計。調(diào)查數(shù)據(jù)為該地區(qū)最冷月大于10℃，最熱月滿足25～29℃，日平均溫度≥25℃的天數(shù)超過100 天，故屬于夏熱冬暖地區(qū)。

本項目占地面積38170m2（折合57.255 畝）分為A、B 地塊，A 地塊6069.42m2（折合9.105 畝），B 地塊32100.58m2（折合48.150 畝）東臨金龍大道北延線，南臨四川萬豪房地產(chǎn)有限公司置換土地，西、北鄰規(guī)劃道路，北接蓮花湖公園，交通便利，景色宜人。場地本身存在較大高差，同時也形成了本案高低起伏、美觀的建筑布局。本項目地處蓮花湖片區(qū)發(fā)展的重要地段，本項目的實施將大大推進(jìn)蓮花湖片區(qū)的建設(shè)，提升蓮花湖周邊片區(qū)的城市形象，為蓮花湖聚集更多人氣，充分綻放本地塊的整體價值，提升城市形象。

由于本文主要針對夏熱冬暖地區(qū)的窗戶氣密性進(jìn)行研究，收集本項目的門窗資料進(jìn)行整理，發(fā)現(xiàn)窗的空氣滲透性能均應(yīng)達(dá)到規(guī)范要求。

3 模型及工況設(shè)計

3.1 建筑模型

由于天璽蓮湖項目在真實生活中能耗受多種因素影響，很難單一研究某種因素。構(gòu)建建筑模型，窗墻面積比為0.31，定量分析了不同通風(fēng)方式對不同的窗戶氣密等級能量消耗的影響。

針對窗戶氣密性以及建筑結(jié)構(gòu)，考慮人體健康和節(jié)能要求，有以下兩種通風(fēng)方式：

（1）自然通風(fēng)，氣密性較差，空氣滲透就能滿足健康要求；

（2）機(jī)械通風(fēng)，氣密性較好，空氣滲透不能滿足人體健康要求。

為了獲得更高的氣密性和更優(yōu)通風(fēng)方式，用兩種方法探索了氣密性對能量消耗的關(guān)系。

3.2 工況設(shè)計

正常的室內(nèi)活動需要大量新鮮空氣。當(dāng)氣密性差時，空氣滲透可以滿足人體的需求，但是滲透會導(dǎo)致熱負(fù)荷和冷負(fù)荷，并且改善的氣密性會降低負(fù)荷的影響。如果氣密性強(qiáng)，則應(yīng)使用機(jī)械通風(fēng)以引入新鮮空氣。風(fēng)機(jī)可以回收一些熱量，但是會引起風(fēng)扇的額外能耗。

基于以上認(rèn)識，設(shè)計以下工況進(jìn)行計算：

（1）控制在同一氣密性等級，通過供暖和空調(diào)帶來的能量消耗，分析是否開窗帶來的能耗差異。

（2）采用機(jī)械通風(fēng)和熱回收的方式，探究此種方式與氣密性之間的關(guān)系。

（3）選擇合適的節(jié)能的通風(fēng)方式：

其一，氣密性較差時：利用自然+機(jī)械通風(fēng)，即可符合新風(fēng)量，

其二，氣密性較好時：需使用機(jī)械通風(fēng)。

（4）機(jī)械通風(fēng)，可同時充分利用自然通風(fēng)的方式。

4 模擬結(jié)果

4.1 窗戶是否開啟的比較

無機(jī)械通風(fēng)時，外窗開與不開兩種情況下，探究氣密性的增強(qiáng)對空調(diào)和供暖能量消耗的影響。

打開窗戶可以使空調(diào)用能從49.3kw·h/m2減少到17.4kw·h/m2。對于夏熱冬暖地區(qū)，開啟外窗，可以充分利用室外溫度，將室內(nèi)調(diào)至一個舒適的溫度，故在合適時段的自然通風(fēng)，能顯著降低空調(diào)能耗。

4.2 機(jī)械通風(fēng)

當(dāng)氣密性等級達(dá)到2 級時，需要增加機(jī)械通風(fēng)，在此情況下探究氣密性與能耗的變化情況。

對于夏熱冬暖地區(qū)，沒有供暖要求，氣密性對降低空調(diào)能耗的作用不顯著，但風(fēng)機(jī)能耗有所增加，且總能耗增加。

4.3 自然和機(jī)械通風(fēng)的比較

選擇自然通風(fēng)是，氣密性增強(qiáng)，供暖能耗變化不大，而空調(diào)能耗顯著減少。因此，可以選擇自然通風(fēng)的最佳氣密等級，并將其用作滿足通風(fēng)需求的最高氣密等級。在這種情況下，我們將分析能耗情況。

由于沒有供暖，隨著氣密性增強(qiáng)，空調(diào)能量消耗略有降低，風(fēng)機(jī)能量消耗略有上升，總體上能量消耗基本持平。選擇機(jī)械通風(fēng)時的數(shù)值均高于自然情形下，當(dāng)為8 級時，機(jī)械通風(fēng)約為自然通風(fēng)的2.9 倍。

4.4 機(jī)械通風(fēng)，同時可開窗

窗戶氣密性較好時，打開窗戶利用自然風(fēng)，使用機(jī)械通風(fēng)，分析此時節(jié)能的可能性。

由于沒有供暖的能量耗散，這個方法比每年的機(jī)械通風(fēng)能源效率都高。與自然換氣相比，氣密性好的話有可能會減少能源消耗量，如圖1 所示，氣密等級為3～8 時的空調(diào)能源消耗量比自然通風(fēng)時低。

圖1 3 種通風(fēng)能耗比較

這種通風(fēng)方式能同時達(dá)到換氣和節(jié)能的要求，但是從以上計算結(jié)果可以看出，冬季供暖降低的能量相對較少，從數(shù)值上來看為3～5kw·h/m2，氣密性的提升，要求窗戶具有更好的密閉性，但節(jié)能效果一般，且難以保證窗戶同時具有良好的密閉性和可開啟性。

4.5 模擬分析

（1）當(dāng)達(dá)到換氣次數(shù)時，在可否開窗兩種情況下，隨著氣密性增強(qiáng)，總能耗降低，供暖降低，空調(diào)基本不變；當(dāng)氣密性相同時，開窗能量消耗少于不開窗。

（2）節(jié)能效果：機(jī)械通風(fēng)方式不及滿足氣密性并不開窗的方式。

（3）當(dāng)氣密性滿足通風(fēng)條件時，采用自然通風(fēng)能降低空調(diào)供暖。

（4）同時符合高密閉性和窗戶可開的要求較難實現(xiàn)，且節(jié)能效果一般。

5 窗戶改進(jìn)措施

5.1 窗戶玻璃

建筑能耗會受到窗戶玻璃材質(zhì)的傳熱系數(shù)的影響，而玻璃作為窗戶構(gòu)件中最重要的組成，玻璃起到阻隔熱傳導(dǎo)及熱輻射的作用。

在夏熱冬暖地區(qū)，窗的氣密性還取決于玻璃與框架之間的粘合性，該性質(zhì)對隔濕起著非常重要的作用。

隨著科技進(jìn)步，各種節(jié)能玻璃應(yīng)運(yùn)而生，比如：新型節(jié)能玻璃，傳熱系數(shù)小、抗氧化腐蝕性能強(qiáng)、結(jié)構(gòu)堅固。

5.2 窗戶框材質(zhì)的選擇

窗戶性能很大程度上受材料的影響，窗戶的熱損失中材料部分占全部的20%～30%。

5.3 窗戶開啟方式

窗戶傳熱系數(shù)還會受到打開方式的影響，選擇不同的方式還會影響到采光、空氣流速等。

（1）密封窗。一般不用做民居建筑使用。

（2）開窗。經(jīng)常用于居民建筑中，因其窗框與窗扇連接緊密，故保溫性能好，且流通面積大，通風(fēng)效果好。

（3）傾窗。傾窗多為半密封式，有遮陽功能，為方便通風(fēng)打開窗戶時，也能遮風(fēng)擋雨。

（4）懸窗。不占用室內(nèi)空間，但氣密性與水密性較差。

5.4 窗框與外墻的連接

連接窗框、玻璃、外墻是會有間隙。間隙的處理會影響熱工性能。通過選用合適的連接材料，可以提高粘合性，確保密封效果。而且，通過選擇最合適的施工方案，可以高效地提高熱工性能。

6 結(jié)論

基于夏熱冬暖地區(qū)，建筑能耗的大部分來源是外窗部分，提高窗戶氣密性，是降低建筑能耗的重要措施。本文基于天璽蓮湖項目，建立建筑模型，模擬不同的通風(fēng)方式綜合對比分析，由于天璽蓮湖項目本身設(shè)計時采用自然通風(fēng)，故通過提高窗戶氣密性就能做到有效節(jié)能。

模擬過程中，對于不同通風(fēng)方式影響室內(nèi)能耗做了分析，但是在建筑全生命周期內(nèi)，由于每年的戶外溫度參數(shù)有所波動，再加上優(yōu)化之后的窗戶各種性能，如：熱工性能、氣密性等是否會發(fā)生變化，這些變動都是不可預(yù)知，后續(xù)需要加強(qiáng)深入研究，分析出窗戶結(jié)構(gòu)與能耗的關(guān)系。

在夏熱冬暖地區(qū)，通過選擇自然通風(fēng)，提高窗戶的氣密性，可以有效減少建筑物的能源消耗。因為窗戶的各個部分的組件對室內(nèi)的能源消耗有很大的影響，所以在設(shè)計時選擇合理的窗戶構(gòu)造更加方便，也能減少居民建筑中窗戶的能源耗散。