夏熱冬暖地區居民住宅窗戶節能影響因素分析

楊順福 張海濤

1.四川鼎能建設（集團）有限公司；2.四川鼎能房地產開發有限公司

1 引言

通過對我國夏熱冬暖地區的全面調查，可知窗戶能耗在居民住宅建筑室內能耗中占據相當大的比例，約為40%，其中因空氣滲透而引發的用能損耗則達到了17%。這種現象可以用建筑熱工學來解釋，在建筑圍護結構中，窗戶作為其中最為薄弱的環節，會使得采暖空調的大部分負荷通過窗戶流失。相較于其他結構對建筑能耗的影響，窗戶性能最為重要，具體包括：①保溫性能；②隔熱性能；③空氣滲透性能；④窗墻面積比；⑤其他建筑熱工學要求。

2 工程概況

西昌市西部城區C2-31 地塊項目用地位于四川省西昌市，地塊位于西昌火車西側500m 左右，用地形態呈不規則長方形，南北最長約104m，東西寬約170m，凈用地面積約17619.02m2。該項目用地東側和袁馬路之間，有一處15m 寬的帶狀綠地。而圍繞該地塊四周所規劃的道路，其高程整體由東到西緩慢下降，高差約為1.2m。

西昌市光熱資源豐富，年降雨量充沛，夏季與過渡季節時間較長，屬夏熱冬暖地區。窗戶耗能高低可折射出該地區整體居民住宅圍護結構的能耗大小，為使建筑節能達標，提高能源利用率，必須合理完善居民建筑的窗戶性能。一方面為了響應國家節能減排的號召，另一方面也為了降低損耗、減少成本，因此該項目民居建筑窗戶的隔熱以及隔濕性能必須得到保證。

3 節能住宅的窗戶要求

如前言中各標準所提到的，應控制窗墻面積比、提高自身保溫性和密閉性、增設窗玻璃及其外部遮陽設施，具體應達到以下要求。

3.1 提高窗戶的氣密性

一般的窗戶由于設計或施工缺陷，都會留有縫隙，導致室外冷（熱）空氣大量滲入室內，氣密性未達到建筑節能標準，此時應采取適當措施增強其密閉性，例如：在縫隙處設置密封條（常用橡皮、繡片等）。

3.2 控制窗墻面積比

與墻體相比，由于普通窗戶的熱阻小得多，導致其保溫隔熱性能很差。因此窗墻面積比會直接影響采暖和空調能耗，比值越大，則能耗越高。因此，嚴格限制窗墻面積比（一般為30%左右），實現建筑能耗的降低是非常有必要的。

3.3 提高窗戶的保溫性能

（1）窗框：研究表明，木材和塑料的保溫性能較好，若采用鋼或鋁合金，則會明顯增加熱量損耗，因此金屬型材料需進行斷熱處理，提高其保溫能力。

（2）玻璃：①在單扇窗上安裝中空玻璃，增加熱阻；②選取一些對輻射有穿透選擇性及吸收性的材料，在玻璃上鍍層。

3.4 提高窗戶的隔熱性能

保證窗戶的隔熱性能就是盡最大努力阻止太陽輻射直接進入室內。因此可以通過改變外部遮陽條件，以及玻璃的光譜特性，來改善窗上玻璃的熱作用。

4 窗戶節能性能指標的規定

夏熱冬暖地區大部分地帶無須考慮冬季供暖，主要為空調負荷；僅有小部分地帶兩者均需考慮。因此窗戶節能性能便顯得十分重要。《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》（JGJ 75—2012）中規定了不同窗墻比時外窗的“綜合遮陽系數”限值[1]。

（1）南北區居住建筑外窗有兩個重要參數，K（平均傳熱系數）和SW（平均綜合遮陽系數），其取值范圍見標準中表4.0.8-1、4.0.8-2。

（2）外窗平均綜合遮陽系數，應按下式計算：

式中：

AE(S/W/N)——各朝向的窗面積；

SW,E(S/W/N)——各朝向窗的平均綜合遮陽系數。

注：權重系數：東、南取1.0，西取1.25，北取0.8。

（3）窗墻比：①南、北向≤0.40；②東、西向≤0.30。

（4）對天窗的要求：①天窗面積≤屋頂總面積的4%；②傳熱系數（K）≤4.0W/（m2·K）；③本身的遮陽系數≤0.4。

（5）對窗戶氣密性的要求（在10Pa壓差下）：①1~9層建筑，q1≤2.5m3，且q2≤7.5m3。②10層及以上建筑，q1≤1.5m3，且q2≤4.5m3。

其中：

q1—1h內1m縫隙的空氣滲透；

q2—1h內1m2面積的空氣滲透。

兩個要說明的問題。

（1）南北區：由《民用建筑熱工設計規范》（GB 50176—2016）[2]可知，夏熱冬冷與夏熱冬暖地區的區別在于，最冷月平均溫度是否低于10℃，而后者多數居民認為冬季室內溫度以16℃為宜，在此基礎上，室內可通過獲取熱量提升4℃~5℃。因此取一月均溫11.5℃為等溫線，劃分南、北區，其中北區主要城鎮有：福州、莆田、龍巖；梅州、龍川、莫德；賀州、柳州等（集中在福建、兩廣地區）。

（2）外窗“綜合遮陽系數”可按下式計算：

式中：

SC——窗本身的遮陽系數；

SD——窗口的建筑外遮陽系數，若不設置建筑外遮陽設備，取SD=1。

5 夏熱冬暖地區窗戶節能性能指標的分析

節能及各種多層玻璃具有傳熱系數小、結構堅固、抗氧化腐蝕性強的優勢。同時，由《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》（JGJ 75—2012）中表4.0.8-1、4.0.8-2可知：

北區對外窗K值有具體規定，而南區則沒有，這表明外窗傳熱系數對南區建筑能耗和節能影響很小。因此，根據查閱相關文獻資料對不同窗戶類型及窗框材料的描述，選取了9 種“虛擬”窗組合（性能見表1 所列），應用DOE-2 軟件，對南北區不同窗墻比、不同圍護結構的近3000 種節能方案做統計，計算可得其建筑能耗和節能率。整理數據結果，可得各節能方案下的建筑節能率η與平均窗墻比CMW關系曲線，取南北區某城市重質墻體K=1.5，D≥3.0時的η-CMW關系圖，如圖1、圖2所示。

表1 窗戶性能表

圖1 北區某城市η-CMW關系圖

圖2 南區某城市η-CMW關系圖

圖1和圖2明顯區別在于：南區某城市各窗型η-CMW關系曲線較北區更為緊湊，這就說明外窗傳熱性能對南區建筑能耗影響很小，節能率幾乎取決于外窗遮陽性能；相反北區則與二者均有密切關系。這也恰好印證了南區日照資源豐富，全年溫差較小，無須考慮冬季供暖，其居民建筑全年總能耗以夏季空調損耗為主，但在空調能耗中，窗所引起的溫差傳熱僅占少量，因此南區建筑節能要依靠外窗遮陽系數起主導作用。

6 結論

綜上，針對夏熱冬暖地區，其南北區節能建筑對使用窗戶性能要求是不同的，北區由于維度問題，要使用兼顧保溫和隔熱的外窗，氣候上更偏向夏熱冬冷地區（此地區適用帶有外卷簾、百葉護窗等外遮陽的窗戶）；南區則只需保證外窗的隔熱性能即可。而本項目所涉及的西昌地塊屬于北區，因此在設計窗戶的時候需要綜合考慮以上因素，選取合適的節能窗類型，達到期望的節能指標，為公司降低成本、減少能耗，也為類似工程提供可以借鑒的寶貴經驗。