夏熱冬暖地區(qū)高層住宅樓窗戶節(jié)能改造評估

程松 劉湘 四川鼎能房地產開發(fā)有限公司

1 前言

目前我國正在大力發(fā)展綠色建筑，建筑節(jié)能則是綠色建筑發(fā)展中的極為重要的一部分，由于各地區(qū)建筑結構形式、氣候特征以及經濟狀況的差異，使得建筑節(jié)能改造的進度十分緩慢[1-2]。而夏熱冬暖地區(qū)的節(jié)能改造目前尚處于一個較為落后的階段，因此對其進行研究不僅可以推動綠色建筑的發(fā)展，還可以有效解決我國能源匱乏的現(xiàn)狀，減少環(huán)境污染。本文以天璽蓮湖項目中標準兩梯四戶建筑住宅建筑為例，在分析研究建筑節(jié)能主要影響因素的基礎上，結合現(xiàn)有項目情況，設計一種解決現(xiàn)有夏熱冬暖地區(qū)高層住宅樓能耗問題的節(jié)能改造方案，并驗證方案的可行性與節(jié)能效果，期望為今后相關的研究提供參考。

2 工程概況

天璽蓮湖項目位于四川省達州市通川區(qū)西外鎮(zhèn)高峰洞社區(qū)，用地面積38170m2（折合57.255畝）［分為A、B地塊，A地塊6069.42m2（折合9.105畝），B地塊32100.58m2（折合48.150畝］，東臨金龍大道北延線，南臨四川萬豪房地產有限公司置換土地，西、北鄰規(guī)劃道路，北接蓮花湖公園，交通便利，景色宜人。場地本身存在較大高差，同時也形成了本案高低起伏、美觀的建筑布局。項目地處蓮花湖片區(qū)發(fā)展的重要地段，本項目的實施將大大推進蓮花湖片區(qū)的建設，提升蓮花湖周邊片區(qū)的城市形象，為蓮花湖聚集更多人氣，充分綻放本地塊的整體價值，提升城市形象。

達州市屬亞熱帶濕潤季風氣候類型，位于夏熱冬暖地區(qū)。因特殊的地理地貌影響，四季分明，全年無霜期300d 左右，雨量充沛，年平均雨量在1076mm～1270mm。

3 節(jié)能影響因素分析

窗戶是連接室內外的重要溝通渠道，相關研究表明，住宅樓窗戶的能耗損失大約占據整棟建筑能耗的40%～50%，因此提高住宅樓窗戶的各項性能是改善建筑用能的一個重要途徑。由于不同地區(qū)的氣候特征有所差異，各地對住宅樓窗戶的要求也大不相同。因此合理的選擇窗戶的性能、參數就變得尤為重要，下面將介紹幾種重要的節(jié)能影響因素。

3.1 內外遮陽設施

在夏季，大量的太陽輻射熱會通過窗戶傳遞到室內，引起室內溫度上升，進而使空調能耗大幅度增加[3]。對于夏熱冬暖地區(qū)而言，這種情況更為嚴重，因此提高窗戶整體的遮陽性能，降低太陽輻射熱的傳遞，也可以達到節(jié)能的作用。

遮陽作為一種較為普遍的節(jié)能手段，其分為內遮陽與外遮陽兩大類，內遮陽在建筑內部即可實現(xiàn)，例如窗簾、百葉窗等，其可以阻擋太陽輻射熱，降低室內外的熱量傳遞。但對于夏熱冬暖地區(qū)的夏季，日照時間較其他地區(qū)更長，內遮陽無法完全阻斷熱量，此時則需要采用外遮陽（如遮陽棚等）隔絕陽光，使部分輻射熱到達窗戶表面，并被內遮陽再次阻斷，從而達到隔熱節(jié)能的目的。

圖1

3.2 玻璃材料

對于窗戶而言，玻璃所使用材料的不同將會直接決定窗戶的導熱性能的差異，并長久地影響建筑的能耗。目前，常見的玻璃材料有普通單層玻璃、鍍膜玻璃、中空玻璃、新型節(jié)能玻璃等[4]。普通單層玻璃透光性較好，但同時也會給室內帶來大量的太陽輻射熱，對建筑能耗影響較大；鍍膜玻璃作為節(jié)能材料在建筑中使用較為廣泛，其通過反射太陽光的形式，大幅度減少了窗戶的導熱性能，降低了建筑能耗，常見的Low-E玻璃也是鍍膜玻璃的一種；中空玻璃則是利用具有一定厚度的空氣層緩沖了熱量的傳遞，進而達到隔熱的效果；新型節(jié)能玻璃是采用了先進的科學技術研發(fā)而成的，如太陽能輻射玻璃等，但由于造價、技術等原因，目前尚未普及到高層住宅樓中。

3.3 窗框設計

窗框的選擇對建筑的節(jié)能同樣起著重要的作用，窗框不僅需要足夠的強度支撐玻璃，而且還需具有良好的熱工性能及實用性，防止室內熱量迅速流失，加大建筑能耗負荷。目前使用較多的窗框材料有木材、鋁合金、塑料等[5]。其中PVC 塑料窗框熱工性能較好，但由于現(xiàn)有工藝的缺陷，其使用壽命較短，而鋁合金使用壽命相對較長，但熱工性能較差，目前常使用結合了兩者優(yōu)點的斷熱鋁合金窗框來作為節(jié)能材料，達到降低建筑能耗的效果。

4 節(jié)能改造可行性分析

4.1 窗戶節(jié)能改造策略

根據項目資料，天璽蓮湖項目建筑門窗采用節(jié)能方案如下：外門窗都采用普通鋁合金窗框+Low-E 中空5mm+6A+5mm。對于起居室、客廳部分窗墻面積比大于0.35 以上的門窗采用普通鋁合金窗框+Low-E中空5mm+6A+5mm玻璃窗[6]。

根據上文分析內容，結合現(xiàn)有項目情況，本文將從窗框設計方面對住宅樓窗戶進行改造。普通鋁合金窗框具有壽命長、熱工性能差的特點，但其價格相對便宜；PVC 塑料窗框熱工性能較好，但價格相對昂貴。下文將通過對比普通鋁合金窗更換為PVC 塑料窗的節(jié)能改造方案的經濟收益，以確定其是否具有可行性。

4.2 節(jié)能改造收益評估

對于夏熱冬暖地區(qū)，住宅樓最主要的能源消耗來自于空調設備的制冷（6 月～9 月）與采暖（12 月～2 月）能耗，選擇該項目中標準兩梯四戶住宅建筑為例，取其中一戶進行分析。取空調能效比為3.5，并根據當地地區(qū)電費平均報價0.53元/度進行計算，得到兩種窗戶的空調能耗與經濟費用對比情況，見表1。

表1 全年各時期的窗戶空調能耗與經濟費用對比

通過上述表格不難看出，對于夏熱冬暖地區(qū)特殊的氣候特征，采用熱工性能較好的窗戶構造，能在很大程度上減少空調的用能。采用改造更新后的窗戶構造，每戶每年較之前的窗戶構造可節(jié)省用能10231.21kW，減少耗電2923.2kW·h，節(jié)省費用1549.3 元。其中制冷季每年可以減少能耗42%，采暖季可以減少57.6%，經過對比，可以發(fā)現(xiàn)改造更新后的窗戶構造在采暖季節(jié)省的能耗更為明顯。

根據現(xiàn)有變頻空調的壽命平均為10 年進行推算，通過將普通鋁合金窗更換為PVC 塑料窗，每戶10 年的節(jié)能總收益為15493元。根據地方市場行情調研，PVC塑料窗近期的成交價格為230元/m2（包含人工費、材料費等），其壽命按40年進行計算，該項目標準兩梯四戶住宅建筑中，每戶外窗面積大約為54.958m2，計算可得窗戶改造成本為12640.34 元。經過對比，可以發(fā)現(xiàn)窗戶改造升級的費用可以在10 年內收回，享有收益的時間在30 年以上，改造升級后的窗戶給住戶帶來了較高的經濟回報，說明該改造方案具有較好的可行性。

5 結束語

本文以天璽蓮湖項目中標準兩梯四戶建筑住宅建筑為例，針對夏熱冬暖地區(qū)特殊的氣候特征，分析研究了建筑節(jié)能的主要影響因素，并以此為基礎設計了一種節(jié)能改造方案，同時通過對比制冷季、采暖季以及全年的空調能耗費用，對收益結果進行評估分析，得出了以下結論：

（1）采用熱工性能較好的窗戶構造，能在很大程度上減少空調的用能，降低建筑能耗。采用PVC 塑料窗代替之前的普通鋁合金窗，每戶每年可節(jié)省用能10231.21kW，減少耗電2923.2kW·h，節(jié)省費用1549.3元。

（2）窗戶改造升級的費用可以在10年內收回，享有收益的時間在30 年以上，改造升級后的窗戶給住戶帶來了較高的經濟回報，該改造方案具有較好的可行性。