裝配式鋼結(jié)構(gòu)超低能耗住宅外窗設(shè)計(jì)研究

王金玲 甄志祿 史新格 蘇海元

（河北建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，河北 保定 071000）

隨著“雙碳”戰(zhàn)略的提出，鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑、超低能耗建筑迅猛發(fā)展。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)裝配式超低能耗在住宅上結(jié)合，提高了住宅品質(zhì)[1]。

超低能耗住宅和裝配式建筑，近兩年從單純結(jié)構(gòu)裝配轉(zhuǎn)向圍護(hù)體系、建筑裝修、建筑集成等多方面發(fā)展[2，3]。研究住宅外窗尺寸形態(tài)與居住舒適、建筑能耗之間相互關(guān)系，對于住宅建筑節(jié)能設(shè)計(jì)具有重大意義[1，2，3]。

本文提高對裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅外窗選型、設(shè)置位置、開啟比、開啟方式等對建筑節(jié)能、自然通風(fēng)、采光的影響進(jìn)行分析對比，提出適用于寒冷地區(qū)裝配式鋼結(jié)構(gòu)超低能耗建筑戶型布置原則及外窗設(shè)計(jì)方案備選庫，指導(dǎo)后續(xù)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。

1 工程概況

選取保定市安悅佳苑項(xiàng)目13#住宅樓作為分析對象，該項(xiàng)目為保定市保障性住房項(xiàng)目，為鋼結(jié)構(gòu)裝配式被動房住宅。項(xiàng)目地上層數(shù)為6 層，地上建筑面積為2933.3m2，建筑外表面積為2302m2，體形系數(shù)為0.289。住宅外墻平均傳熱系數(shù)控制K 為0.15（W/m2·K），外窗傳熱系數(shù)控制均為1.0W/m2·K，屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)控制K 為0.15（W/m2·K）。建筑標(biāo)準(zhǔn)層平面布局，如圖1 所示。

圖1

2 窗墻面積比大小對能耗影響分析

利用pkpm 被動房軟件對不同窗墻比進(jìn)行能耗分析。在固定單一朝向基本窗墻比情況下，以0.1 米的遞增遞減頻率變化窗寬或窗高，建立不同窗墻比情況下的能耗走勢圖，進(jìn)而分析窗墻比變化區(qū)間能耗的變化速率。建筑南立面基本控制窗墻比為0.43，北立面基本控制窗墻比為0.24，東西向建筑窗墻比固定0.06。詳見表1，方案一至方案四的建筑各向外窗窗墻比。

表1 不同方案的能耗變化情況：詳能耗走勢圖

綜合分析結(jié)果：

（1）住宅南向外窗高度上尺寸變化與南向外窗寬度尺寸的變化相比，對建筑能耗影響作用更大。

綜合空間使用舒適性，南向采用寬窗、窗臺高度不宜過低，窗墻比控制在0.35-0.46 階段較適宜，不能一味追求低窗臺效果。

（2） 北向窗臺高度采用0.9 米，窗墻比控制在0.21-0.23 段為較舒適區(qū)間。

3 住宅外窗設(shè)計(jì)形態(tài)對建筑能耗影響

在進(jìn)行住宅外窗形態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮室內(nèi)環(huán)境舒適度，舒適度包括因素有如下：

（1）對室內(nèi)空氣氣流的調(diào)節(jié)。

（2）使室內(nèi)形成對流通風(fēng)。

（3）保證室內(nèi)采光的舒適。

（4）應(yīng)便于使用開啟、安裝空調(diào)室外機(jī)、日常清洗擦拭。

外窗開啟扇的位置的設(shè)置對住宅戶內(nèi)的自然通風(fēng)，起到關(guān)鍵性作用。利用pkpm 風(fēng)環(huán)境模擬軟件對同一戶型不同位置的外窗開啟扇位置的工況進(jìn)行模擬分析，得出住宅外窗開啟扇設(shè)置位置對戶內(nèi)自然通風(fēng)的風(fēng)速、風(fēng)場分布等影響情況及開啟扇設(shè)置位置與保定地區(qū)過渡季節(jié)室外主導(dǎo)風(fēng)向直接的關(guān)系。

鋼結(jié)構(gòu)裝配式被動房住宅外窗窗墻比、開啟比、開啟方式對自然通風(fēng)的影響機(jī)理。

戶型圖及模型如圖2。

圖2

4 總結(jié)（簡略敘述上面的結(jié)論）

根據(jù)表2、3、4 分析結(jié)果，可得：

表2 不同開窗風(fēng)環(huán)境對比表（戶型一）

（1）住宅外窗不同的開啟位置對戶內(nèi)自然通風(fēng)的空氣齡分布影響十分顯著。尤其對于全陽面戶型影響更顯著。

（2）當(dāng)外窗開啟窗扇設(shè)置在靠近過渡季室外主導(dǎo)風(fēng)向側(cè)時(shí)，室內(nèi)自然通風(fēng)平均風(fēng)速較外窗開啟扇設(shè)置在遠(yuǎn)離室外主導(dǎo)風(fēng)向側(cè)偏大，且在室內(nèi)形成良好的室內(nèi)空氣齡分布。

（3）在以后的設(shè)計(jì)項(xiàng)目的外窗設(shè)計(jì)中，在考慮功能要求、室內(nèi)空間的使用情況和建筑立面的美感效果的同時(shí)，重點(diǎn)考慮住宅外窗開啟位置的合理設(shè)置問題。

表3 不同開窗風(fēng)環(huán)境對比表（戶型二）

表4 不同開窗風(fēng)環(huán)境對比表（戶型三）