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夏熱冬暖地區(qū)(南區(qū))建筑外窗節(jié)能設(shè)計

來源:中國門窗&配套材料網(wǎng) 　作者:* 　日期:2009-9-12
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導(dǎo)　讀：本文根據(jù)夏熱冬暖地區(qū)的氣候特點，針對目前建筑節(jié)能設(shè)計存在的薄弱環(huán)節(jié)，分析了建筑外窗的構(gòu)造與熱工性能．提出其節(jié)能設(shè)計的技術(shù)措施與途徑。
關(guān)鍵詞：夏熱冬暖地區(qū)、建筑外窗、節(jié)能設(shè)計、技術(shù)措施
　　1、概述
　　建筑節(jié)能利國利民，是一個世界性的課題，多年來受到我國政府的高度重視，隨著生產(chǎn)力的不斷提高和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源消耗快速增長，2004年夏季廣東居民用電占本地區(qū)總用電量的40％，在同等氣候條件下我國建筑物的單方能耗比發(fā)達(dá)國家高2-3倍，推廣節(jié)能顯得愈加重要。


　　近幾年，國家出臺了相應(yīng)的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，并規(guī)定新建改建擴(kuò)建的公共建筑、居住建筑要達(dá)到比1980年的基準(zhǔn)建筑節(jié)能50％的目標(biāo)。建筑節(jié)能技術(shù)的研究已取得相當(dāng)進(jìn)展，但要推廣節(jié)能是項非常艱巨的任務(wù)，在夏熱冬暖地區(qū)，建筑師在節(jié)能設(shè)計方面存在相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗不足，缺乏整合適用的措施，思想觀念也存在誤區(qū)，只顧眼前利益，不顧長遠(yuǎn)利益和國家利益，導(dǎo)致節(jié)能設(shè)計開展非常緩慢，只有11％的建筑施工圖設(shè)計執(zhí)行了節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，大量的民用建筑仍然是不節(jié)能的。按有關(guān)部門的數(shù)據(jù)顯示，我國的建筑采暖耗熱量: 外墻大體上為氣候條件接近的發(fā)達(dá)國家的4-5倍，屋頂為2.5～5.5倍，外窗為1.5～2.2倍；門窗透氣性為3-6倍；總耗能是2～3倍。由于沒有統(tǒng)一的節(jié)能設(shè)計，部分建筑的使用者自制的遮陽、輻熱設(shè)施使得整潔的建筑外觀變得雜亂無章,這種亂搭亂建也產(chǎn)生不安全因素。如果聽任高耗能建筑大行其道，建筑能耗增長的速度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我國能源生產(chǎn)可能增長的速度，國家的能源生產(chǎn)勢必難以長期支撐這種浪費型需求，從而不得不組織大規(guī)模的舊房節(jié)能改造，將耗費更多的人力、物力。


　　夏熱冬暖地區(qū)大部分位于亞熱帶，屬季風(fēng)氣候，夏季以東南，西南風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)，合理組織好室內(nèi)氣流，形成穿堂風(fēng)從而減少開空調(diào)或不用開空調(diào)，可達(dá)到節(jié)能的目的。在滿足規(guī)范要求的窗墻面積比的條件下，盡量使窗的可開啟面積增大，增強通風(fēng)提高風(fēng)速。但是近幾年來，簡約設(shè)計手法流行，相當(dāng)部分民用建筑開大面積的外窗，而可開啟的部分卻很小，這種手法與倡導(dǎo)節(jié)能背道而馳。本文根據(jù)夏熱冬暖地區(qū)的氣候特點，針對目前建筑節(jié)能設(shè)計存在的薄弱環(huán)節(jié)，分析了建筑外窗的構(gòu)造與熱工性能，提出其節(jié)能設(shè)計的技術(shù)措施與途徑。


　　2、建筑外窗的特點
　　2.1、遮陽特點
　　建筑外窗的遮陽可以減少太陽的直接輻射，改善夏季室內(nèi)熱環(huán)境，減少空調(diào)能耗。窗的遮陽有自身遮陽和構(gòu)件遮陽。窗的自身遮陽受玻璃的透射率、反射率影響，透射率低，窗的遮陽系數(shù)小，所以選用吸熱玻璃和熱反射鍍膜玻璃可以提高窗的遮陽效果，窗的自身遮陽還受到窗框和窗棱大小的影響。構(gòu)件遮陽以外遮陽為主要措施，內(nèi)遮陽由于受內(nèi)部使用、管理等各方面因素的影響，難以從整體上進(jìn)行控制，不列入建筑節(jié)能的基本措施之一。外遮陽式樣的選用應(yīng)根據(jù)各立面的朝向選擇水平、垂直、綜合遮陽和擋板遮陽。如采用鋁合金百頁或木百頁遮陽，可以阻擋近85％的太陽輻射，減少約30％的空調(diào)能耗，避免陽光直射而產(chǎn)生的眩光和房間局部過熱，如圖1和圖2。作為建筑師必須根據(jù)建筑物的特性，合理靈活地運用遮陽的形式，才能設(shè)計出各具特色的建筑。


　　2.2、傳熱性
　　外窗是建筑構(gòu)件中保溫隔熱最薄弱部位，《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》對建筑物各向窗戶的傳熱性能都有明確的限定，《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》雖然沒有對窗戶的傳熱性能作限定，但如果圍護(hù)結(jié)構(gòu)不符合標(biāo)準(zhǔn)中的強制性條款，需要用對比評定法來判定建筑是否節(jié)能時，則窗的傳熱性能大小同樣左右著整棟建筑的能耗，所以合理選用玻璃品種及窗框的材質(zhì)也相當(dāng)關(guān)鍵。從太陽輻射的能量分析，可見光的能量約占1/3，其余的2/3主要是熱輻射能量，普通透明玻璃的透射范圍在0 3μm-5μm之間，剛好與太陽光譜區(qū)域重合，因此選用可見光透射性適當(dāng)而且對紅外線阻擋效果好的玻璃是窗戶節(jié)能的關(guān)鍵。玻璃和玻璃窗的遮陽系數(shù)SC越小，隔絕熱輻射的性能越好。


　　由表1、表2可見吸熱玻璃能阻擋約30％的太陽輻射，中空玻璃不能有效減少太陽光的透射．熱反射鍍膜玻璃將太陽輻射直接反射出去，LOw—e玻璃對可見光的透過性較好，而且能有效地反射太陽光的熱輻射，PVC窗比鋁臺金窗的保溫隔熱性能好。


　　2 3、氣密性
　　夏熱冬暖地區(qū)加強室內(nèi)通風(fēng)與提高窗的氣密性是辯證統(tǒng)一的關(guān)系。在炎熱季節(jié)使用空調(diào)的建筑如果窗的氣密性不佳，將會造成能量大量流失。窗扇與玻璃之間應(yīng)采用橡塑彈性壓條，扇與框之間采用濃密的有彈性的尼龍毛條或彈性密封條。對應(yīng)《建筑外窗氣密性分級及檢測方法》(GB／T7107 2002)多層居住建筑外窗的氣密性應(yīng)達(dá)到3級，高層居住建筑、公共建筑應(yīng)達(dá)到4級以上，使室內(nèi)換氣次數(shù)控制在1次/h左右。


　　3、節(jié)能設(shè)計措施
　　夏熱冬暖地區(qū)氣候炎熱，夏季最熱月平均溫度在25-29℃，冬季最冷月平均溫度大于10℃，除少數(shù)天氣較寒冷外，基本可以不用采暖，獨特的氣候特點，決定了建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)以防熱、遮陽為主。從熱工性能分析，多層材料的傳熱系數(shù)和多層材料的熱惰性指標(biāo)應(yīng)按下列公式計算：

　　K=1/(1/hout+R1+R2+……+Rn+1/h1n)(1-1)
　　D=R1S1+R2S2+……+RnSn(1-2)
　　式中：K傳熱系數(shù)[W/(m2·K)]；D熱惰性指標(biāo)；hout室外表面換熱系數(shù)，取23W／(m2·K)；h1n室內(nèi)表面換熱系數(shù)，取8W/(m2·K)；R1、R 2……Rn由內(nèi)到外各層材料的熱阻(m2·K/W)；S1、S2……Sn由內(nèi)到外各層材料的蓄熱系數(shù)[W/(m2·K)]。

從上面兩式可見：材料的傳熱系數(shù)K越小，熱惰性指標(biāo)D越大，則圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)的能量傳遞越少，熱穩(wěn)定性越好，溫度波在其中衰減越快。


　　從上述的分析可見，對建筑外門窗的節(jié)能設(shè)計，可從以下幾個方面的技術(shù)措施與途徑得到解決：

　　(1)控制住宅窗墻比(即住宅窗戶洞口面積與住宅立面單元面積的比值)。JGJ26-1995《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住部分)》對不同朝向的住宅窗墻比做了嚴(yán)格的規(guī)定，指出“北向、東向和西向、南向的窗墻比分別不應(yīng)超過20％、30％、35%。


　　(2)提高住宅外窗的氣密性，減少冷空氣滲透。如設(shè)置泡沫塑料密封條，使用新型的，密封性能良好的門窗材料。而門窗框與墻間的縫隙可用彈性松軟型材料(如毛氈)、彈性密閉型材料(如聚乙烯泡沫材料)、密封膏以及邊框設(shè)灰口等密封；框與扇的密封可用橡膠、橡塑或泡沫密封條以及高低縫、回風(fēng)槽等：扇與扇之間的密封可用密封條、高低縫及縫外壓條等，扇與玻璃之間的密封可用各種彈性壓條等。


　　(3)改善住宅門窗的保溫性能。戶門與陽臺門應(yīng)結(jié)臺防火、防盜要求，在門的空腹內(nèi)填充聚苯乙烯板或巖棉板，以增加其絕熱性能；窗戶最好采用鋼塑復(fù)合窗和塑料窗，這樣可避免金屬窗產(chǎn)生的冷橋，可設(shè)置雙層玻璃或多層玻璃，并積極采用中空玻璃、鍍膜玻璃，有條件的住宅可采用低輻射玻璃；縮短窗扇的縫隙長度，采用大窗扇，減少小窗扇，擴(kuò)大單塊破璃的面積．減少窗芯，合理地減少可開啟的窗扇面積，適當(dāng)增加固定玻璃及固定窗扇的面積。


　　(4)設(shè)置“溫度阻尼區(qū)”。所謂溫度阻、尼區(qū)就是在室內(nèi)與室外之間設(shè)有一中間層次，這中間層次象熱閘樣可阻止室外冷風(fēng)的直接滲透，減少外墻，外窗的熱耗損。在住宅中，將北陽臺的外門，窗全部用密封陽臺封閉起來，外門設(shè)防風(fēng)門斗，防止冷風(fēng)倒灌，樓梯間設(shè)計成封閉式的，對屋頂上人孔進(jìn)行封閉處理等措施均能收到良好的節(jié)能效果。


　　4、結(jié)語
　　建筑外窗是住宅能耗散失的嚴(yán)重部位，其能耗占住宅總能耗的比例較大，是建筑節(jié)能設(shè)計的重要部位。其節(jié)能設(shè)計的途徑是：在保證日照、采光、通風(fēng)，觀景要求的條件下，盡量減小住宅外門窗洞口的面積，提高外門窗的氣密性，減少冷風(fēng)滲透，提高外門窗本身的保溫性能，減少外門窗本身的傳熱量。


　　建筑節(jié)能是個大課題，應(yīng)從多方面多角度來分析節(jié)能措施，運用新技術(shù)新材料完善建筑節(jié)能體系，才能使建筑外窗在經(jīng)濟(jì)，適用，美觀與節(jié)能等方面的到和諧的統(tǒng)，使技術(shù)與藝術(shù)并肩齊進(jìn)。


　　參考文獻(xiàn)：1清華大學(xué)建筑學(xué)院、清華大學(xué)建筑設(shè)計研究院建筑設(shè)計的生態(tài)策略中國計劃出版社2001 92楊仕超夏熱冬曖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)廣東省建設(shè)執(zhí)業(yè)資格注冊中心2005 63許武毅建筑玻璃的特性及其選擇(二)，建筑知識2005 3注：本文部分?jǐn)?shù)據(jù)采用廣東省建筑科學(xué)研究院REEC軟件計算。
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