265上海住宅建筑北向外窗材料对冬季能耗的影响分析.docVIP

上海住宅建筑北向外窗材料对冬季能耗的影响分析 东华大学 宋菲嫣 魏彩欣 刁永发 摘要:本文针对冬季寒冷地区一般出现的北向房间人们感到舒适度差，从而造成空调能耗大的问题，以上海地区为例，从住宅建筑外窗材料方面考虑，选取一个简化的建筑模型和两种常见玻璃窗类型，分别从理论上分析和用DEST建筑能耗软件模拟，对比不同外窗材料对能耗造成的影响，对现行窗户提出一些节能改进措施。 关键词：北向房间，空调能耗，外窗材料，DEST，节能 0 引言 建筑热环境质量的高低，对供暖空调能耗有显著影响。粗略分析，在其它条件相同时，长江流域住宅室温夏季提高1℃,冬季降低1℃,能耗可减少10%左右。从而不但使运行费下降,而且可使供暖空调设备系统费、住宅供配电设施费相应减少〔1〕。 在建筑围护结构中,门窗的能耗约为墙体的4倍、屋面的5倍、地面的20多倍，约占建筑围护结构总能耗的40％～50%。因此，增强门窗的保温隔热性能，减少门窗能耗，是改善室内热环境质量和提高建筑节能水平的重要环节。在玻璃厚度确定后，要提高中空玻璃的隔热性能，主要是增大中空层的厚度和使用导热系数低的气体置换中空玻璃内部的空气，但是中层太大，又会产生气体的对流，增加对流传热。合理的空间层间隙应不大于12mm，中空玻璃不仅能降低太阳辐射，也能有效阻止温差传热。一般来说，具有空气间层的双层玻璃窗，内外表面温度差近10℃，具有显著的阻热作用。另外，在两层玻璃间充入导热系数更小的惰性气体，做成特殊的中空玻璃，则可获得更好的阻热效果。利用空气间隔层的作用，可以将窗户做成双层窗、单框双玻窗或中空玻璃窗〔2〕。 本文所采用的能耗模拟分析软件DeST-h是清华大学建筑学院建筑技术科学系建筑环境与设备研究所在DeST的基础上，针对住宅建筑开发出的专用能耗模拟分析软件。该软件采用“全工况分析”，对建筑的热环境、设备的性能进行全年逐时动态模拟分析，该软件又是分阶段的模拟工具，对空调系统的设计过程，分设建筑计阶段、系统方案设计阶段、设备选择阶段、输配系统设计阶段进行模拟[3]。 1. 窗户材料能耗理论分析 近年来，节能门窗发展很快，根据各类建筑物不同的功能性质需求，市场上已经开发出了多种节能型门窗，本文列举几种目前在各类建筑中使用较多的外窗类型及其热工性能，见表1。 表1 外窗材料热工性能 类型名称 类型说明 传热系数K[W/m2·K] 遮阳系数SC 太阳能得热系数SHGC 太阳能透视率% 太阳能反射率% 可见光透过率% 可见光反射率% 普通6mm单玻 6mm 5.700 0.859 0.739 70.000 70.000 78.000 80.000 普通三玻 6+9+6+200air+6 2.300 0.590 0.513 36.000 11.000 47.000 13.000 普通中空 6+9+6 3.100 0.670 0.583 51.000 11.000 63.000 13.000 镀Low-e膜中空（低透型） 6（low-e）+9+6 2.100 0.490 0.426 33.000 26.000 51.000 23.000 镀Low-e膜中空（高透型） 6（low-e）+9+6 2.400 0.560 0.487 38.000 21.000 58.000 19.000 真空镀膜普通中空玻璃 3（low-e）+0.1+3+9+6 1.400 0.570 0.496 36.000 28.000 56.000 24.000 由外窗玻璃材料造成的能量损失方式主要有三种:传导、辐射和对流。对于冬季来说,北向外窗不仅不会因太阳辐射得热间接引起室温增加，反而会在室内温度大于室外温度条件下,因玻璃窗的传热导致室内一部分热量通过玻璃窗流失。 由于玻璃很薄，导热系数较大，也就是说热惰性很小，所以，这部分传热可按稳态传热考虑，在冬季情况下，即n时刻通过玻璃窗的传热等于： （1） 式中：—— 玻璃窗的传热系数； —— 玻璃窗的面积； —— n 时刻室内空气温度；—— n 时刻室外空气温度。 传导的主要途径是通过窗的框扇材料的热传递、玻璃的热传递(单玻窗)和中空玻璃间隔层材料的热传递。窗户传热系数的大小对因室内外温差引起的热量传导具有决定意义,要减少这部分的热量流动,就要求窗户尽可能小的传热系数。外窗的传热系数可近似地按下式计算: （2） 式中: 、 ( 分别为框扇材料和玻璃部分的传热系数； — 框扇材料与窗洞面积比。 由此可见,整窗的传热性取决于框扇材料及玻璃的传热系数。在单扇窗中,玻璃所占面积的比例一般为70%～80%左右,框扇材料所占面积的比例一般