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夏热冬冷地区建筑外窗节能探讨

来源:深圳市坚朗建材有限公司供稿　作者:陈平杜万明黄兴艺　日期:2006-8-25 　页面功能【字体：大中小】【打印】【投稿】【评论】【啄木鸟】

　　我国夏热冬冷地区的范围大致为陇海线以南，南岭以北，四川盆地东，长江中下游地区，在该地区居住的城乡人口约5.5亿。生产总值约占全国生产总值的48％，是我国人口最密集、经济文化较为发达的地区。该地区气候的显著特点是夏天热，冬天冷，长年湿度很高，夏季最热，月平均温度为25～30℃，而且以28～30℃居多，多数地方高于35℃的酷热天气，有半个月至一个月之多，空调制冷期达两个多月之久。最热月下午2时的平均气温在32～33℃，全天无凉爽时刻。白天热浪滚滚，热风横行，夜间多为无风天气。白天积累的热量不能消散，气温仍居高不下，并且由于是长江中下游水网地带，夏初季节持续阴雨天，日照弱，昼夜温差小，仅为3～5℃，气压低，温度高，使人感到闷热难受。冬季，最冷月平均气温为2～7℃，大多在2～5℃之间，日最低气温低于5℃的天气数长达两个月。相对湿度也仍高达73～83％，整个冬季往往是雨雪连绵，天气阴沉，因而阴凉寒冷。
建筑外窗是建筑围护结构中的轻质、薄壁、透明构件，受建筑外窗的影响，采暖空调、照明能耗往往占到整个建筑能耗的一半左右。夏热冬冷地区由于建筑节能工作起步较晚，建筑外窗多为白玻的单玻推拉窗和单玻平开窗，在冬天，建筑外窗因结构简单密封性能和保温隔热性能差，冷空气渗透严重，窗户结露淌水，严重时，挂霜结冰。可想而之，要消耗多少空调采暖所需的能耗；至于在夏天，由于门窗热传导、门窗渗透对流、空气渗透引起的能量损耗以及门窗辐射传导引起的能量损耗，极大地增加了空调的制冷负荷。更值得我们注意的是：产生一千瓦小时的冷气消耗的初级能源大约是供暖所需能源的3倍，在相同的环境下，夏季空调制冷温度升高1°C比降低1°C要节约用电0.3度(KW/h)-0.4度(KW/h)，可见，建筑节能的意义非同小可，可以创造可观的社会效益和自身利益。而随着我国经济的快速发展，人民生活水平大幅度提高，电暖器、电风扇、热泵型空调逐步走入千家万户，而为了改善居住的舒适度，在冬夏两季室内维持的温度和湿度与室外的温度和湿度就有较大的差别，这个温差导致能量以热的形式流入或流出室内，使得空调等设备消耗大量的能源来补充这个能源损失。这就加剧了该地区能源紧张状况。事实证明，中国要走可持续发展的道路，提高在该地区的新旧建筑门窗性能，开展建筑门窗节能工作刻不容缓、势在必行。
提高建筑外窗节能的途径：
1、建筑的整体设计：
根据窗户所处位置的朝向，合理选择窗户大小和窗墙比，并根据建筑物所处地理位置，选择适当建筑遮阳设计。建筑外窗的主要功能之一是在白天，利用太阳光照亮建筑内部，尽量减少使用电能等二次能源照明，造成能源浪费，而且，房屋的居住者也有追求自己的住宅通透明亮的需求，同时临街建筑外面美观的需要，建筑外窗有越来越大的趋势；在冬季，也要求尽量利用太阳中的辐射热量提高室内温度，但在夏季，太阳辐射通过建筑外窗进入室内，是室内温度过高的主要原因。因此，建筑外窗的朝向，大小、建筑物外立面上固定遮阳防止太阳光直射室内，减少室内得热。而在冬季，因太阳高度角较小，建筑物的固定遮阳应减少对直射太阳光的阻挡，多利用太阳光辐射热加热室内，达到即减少夏季空调用能造成的能源消耗，又在冬季尽可能多利用太阳能减少采暖用能的支出。因夏热冬冷地区夏季多晴天，而冬季阴雨天气较多，而太阳辐射的热量是东西向最大，因此，应严格控制建筑外窗的朝向和窗墙比，而北向得不到太阳的辐射热，在合理的采光条件下，窗户面积较小为好。
《夏热冬冷地区建筑节能设计标准》JGJ134-2001表4.0.4中分别列出了不同朝向、不同的窗外环境条件（有无外遮阳）、不同窗墙比时外窗传热系数限值表（见表1）。
表1 不同朝向、不同窗墙比时外窗传热系数（表4.0.4）

请参考表格进行合理设计。
2、建筑外窗玻璃的选用
在整个建筑外窗面积中，玻璃的面积占到整个窗户面积的70～80％，因此，建筑外窗玻璃性能的好坏，对整个建筑的节能影响比较大。玻璃的选用主要考虑室内采光的舒适性，玻璃的抗风性能等强度指标，整体建筑外立面的协调统一，玻璃的保温，隔热及隔声性能，在本文中，仅简单讨论玻璃对节能有影响的保温性能和隔热性能。
（1）玻璃的导热
因建筑外窗玻璃两侧存在温度差，因此，玻璃的导热性能的高低，直接决定着室外温度对室内温度的影响。
玻璃的导热可用下式表达
　　

　　式中：　　λ-玻璃的导热系数w／mk
　　　　　　　δ-玻璃的厚度m
　　　　　　　A-玻璃的导热面积m
　　　　　　　t1-玻璃一侧的温度k
　　　　　　　t2-玻璃另一侧的温度k
从式中可以看出，尽管玻璃的导热系数λ很小，但因玻璃厚度较小，单层玻璃的传热能力仍然很高（见表3），而干燥、静止的气体导热系数非常低（见表2），利用气体这种特性，将两片或多片玻璃用干燥气体隔开，制成中空玻璃，中空玻璃中的不流动气体层阻断了热传导的通道，从而大大降低了中空玻璃的温度传热（见表3）
（2）降低玻璃的遮阳系数。
表2 几种气体的导热系数

性能	空气	氩气	氪气
导热系数（w/mk）	0.0242	0.0163	0.008

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