北方地區(qū)窗墻比對供暖能耗的影響

鄒 艷

(北京京北職業(yè)技術學院，北京101400)

隨著人們對建筑環(huán)境的要求不斷提高，現(xiàn)代建筑設計中往往增大窗戶尺寸，以滿足人們對采光、通風、觀景的要求。然而外窗的傳熱系數(shù)一般大于外墻，外窗面積過大可能導致建筑能耗指標的升高。目前我國公共建筑中，窗的能耗約為墻體的3倍，屋面的4倍，約占建筑圍護結構總能耗的40 %～50 %[1]。

尤其在北方寒冷地區(qū)，冬季供暖能耗是建筑能耗的重要組成部分，而圍護結構耗熱量能夠達到建筑供暖能耗的70 %以上[2]。在冬季，建筑外窗可以帶來一部分日射的熱量，然而由于其熱工性能較差，相同面積的外窗溫差傳熱量比外墻大，而且夜間無日射的熱時供暖能耗將增加。因此，分析窗墻比對供暖能耗的影響對于北方地區(qū)降低建筑能耗具有非常重要的作用。

1 研究方法

1.1 分析方法

建筑所處氣候分區(qū)，外窗朝向以及窗墻比均對供暖能耗產生影響。選取寒冷地區(qū)實際建筑作為建筑模型，對不同朝向的外窗，窗墻比在一定范圍變化時，計算單位面積耗熱量指標，對供暖能耗的變化進行分析討論。

1.2 建筑模型及熱工性能參數(shù)

本文以北京地區(qū)一棟學校辦公樓為研究對象，該樓南北朝向，層數(shù)為5層，層高為3 m，建筑面積為4 680 m2，外圍護結構總尺寸為52 m×18 m×15 m。

建筑外墻傳熱系數(shù)為0.69 W/(m2·K)，具體構造為20 mm混合砂漿+190 mm混凝土砌塊+20 mm水泥砂漿+30 mm EPS擠塑板+20 mm水泥砂漿；屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為0.51 W/(m2·K)，具體構造為25 mm水泥砂漿+120 mm鋼筋混凝土+100 mm水泥爐渣找坡+30 mm水泥砂漿+90 mm

表1 窗戶類型及性能參數(shù)

EPS擠塑板+30 mm水泥砂漿+防水層；外窗為塑料單框窗框，幾種典型的窗玻璃類型及主要性能參數(shù)見表1。

2 窗墻比對供暖能耗的影響分析

對東、南、西、北四個朝向，調整一個朝向窗墻比，而保持其他朝向窗墻比和圍護結構熱工參數(shù)不變，在三種典型外窗類型條件下，計算單位面積供暖熱負荷指標，計算結果見圖1，并根據(jù)計算結果擬和得到建筑供暖耗熱量指標與窗墻比的回歸方程，列于表2。

表2 不同窗型供暖能耗與窗墻比的回歸方程

由圖1(a)可以看出，南向窗墻比對供暖能耗的影響與外窗熱工性能有關。外窗面積增加使溫差傳熱量增大，但同時也帶來太陽輻射的熱量。如果外窗傳熱系數(shù)較小(中空玻璃窗)，溫差導致的失熱量小于日射得熱量，建筑供暖能耗隨窗墻比增大而減小，且傳熱系數(shù)越小，能耗減少越明顯；若外窗傳熱系數(shù)較大，如單層玻璃窗，則供暖能耗隨窗墻比的增大而增加。南向窗墻比對供暖能耗的影響基本呈線性關系。所以，南向房間采用性能較好的中空玻璃窗，大窗墻比有利于節(jié)能。

(b)北向

(c)東向

(d)西向

由圖1(b)可以看出，北向窗墻比與供暖能耗呈線性相關，對于三種類型的外窗，即使采用性能較好的Low-E中空玻璃窗，其窗墻比增加都使耗熱量指標明顯增大。外窗性能越好，耗熱量指標增加越慢。這是由于北向房間無法得到太陽輻射熱，而外窗傳熱系數(shù)總是大于外墻的緣故。因此，北向房間增大窗墻比不利于降低供暖能耗。

由圖1(c)、圖1 (d)可以看出，東、西向耗熱量指標隨窗墻比的增大均有增大的趨勢，外窗傳熱系數(shù)越大，耗熱量指標增加越快，但增加幅度小于北向。建筑東、西向受東曬和西曬影響，當采用傳熱系數(shù)較小的Low-E中空玻璃窗，增加的太陽輻射得熱量與溫差傳熱量相當，窗墻比增大對供暖能耗的影響較小。東向窗墻比對供暖能耗的影響呈二次曲線關系，西向窗墻比則與供暖能耗基本呈線性相關。

3 結論

(1)外窗性能的優(yōu)劣使南向窗墻比對供暖能耗產生不同的影響。采用熱工性能更好的外窗時可采用更大的窗墻比，有利于節(jié)能；外窗傳熱系數(shù)較大時，增大窗墻比則使供暖能耗增加。

(2)北向窗墻比增大會顯著增加熱負荷，應盡量采用較小窗墻比才有利于節(jié)能。

(3)東、西向采用保溫性能好的外窗時，窗墻比對供暖能耗影響不大。

[1] 王金奎, 史慧芳. 窗墻比在公共建筑節(jié)能設計中的應用[J]. 低溫建筑技術, 2010，(9):102-103

[2] 方展和. 加快步伐向第三步建筑節(jié)能目標邁進[J]. 行業(yè)觀察, 2004，(2): 17-19