裝配式鋼結(jié)構(gòu)超低能耗住宅外窗設(shè)計研究

王金玲 甄志祿 史新格 蘇海元

（河北建設(shè)集團股份有限公司，河北 保定 071000）

隨著“雙碳”戰(zhàn)略的提出，鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑、超低能耗建筑迅猛發(fā)展。進而實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)裝配式超低能耗在住宅上結(jié)合，提高了住宅品質(zhì)[1]。

超低能耗住宅和裝配式建筑，近兩年從單純結(jié)構(gòu)裝配轉(zhuǎn)向圍護體系、建筑裝修、建筑集成等多方面發(fā)展[2，3]。研究住宅外窗尺寸形態(tài)與居住舒適、建筑能耗之間相互關(guān)系，對于住宅建筑節(jié)能設(shè)計具有重大意義[1，2，3]。

本文提高對裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅外窗選型、設(shè)置位置、開啟比、開啟方式等對建筑節(jié)能、自然通風(fēng)、采光的影響進行分析對比，提出適用于寒冷地區(qū)裝配式鋼結(jié)構(gòu)超低能耗建筑戶型布置原則及外窗設(shè)計方案備選庫，指導(dǎo)后續(xù)項目的設(shè)計。

1 工程概況

選取保定市安悅佳苑項目13#住宅樓作為分析對象，該項目為保定市保障性住房項目，為鋼結(jié)構(gòu)裝配式被動房住宅。項目地上層數(shù)為6 層，地上建筑面積為2933.3m2，建筑外表面積為2302m2，體形系數(shù)為0.289。住宅外墻平均傳熱系數(shù)控制K 為0.15（W/m2·K），外窗傳熱系數(shù)控制均為1.0W/m2·K，屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)控制K 為0.15（W/m2·K）。建筑標(biāo)準(zhǔn)層平面布局，如圖1 所示。

圖1

2 窗墻面積比大小對能耗影響分析

利用pkpm 被動房軟件對不同窗墻比進行能耗分析。在固定單一朝向基本窗墻比情況下，以0.1 米的遞增遞減頻率變化窗寬或窗高，建立不同窗墻比情況下的能耗走勢圖，進而分析窗墻比變化區(qū)間能耗的變化速率。建筑南立面基本控制窗墻比為0.43，北立面基本控制窗墻比為0.24，東西向建筑窗墻比固定0.06。詳見表1，方案一至方案四的建筑各向外窗窗墻比。

表1 不同方案的能耗變化情況：詳能耗走勢圖

綜合分析結(jié)果：

（1）住宅南向外窗高度上尺寸變化與南向外窗寬度尺寸的變化相比，對建筑能耗影響作用更大。

綜合空間使用舒適性，南向采用寬窗、窗臺高度不宜過低，窗墻比控制在0.35-0.46 階段較適宜，不能一味追求低窗臺效果。

（2） 北向窗臺高度采用0.9 米，窗墻比控制在0.21-0.23 段為較舒適區(qū)間。

3 住宅外窗設(shè)計形態(tài)對建筑能耗影響

在進行住宅外窗形態(tài)設(shè)計時要綜合考慮室內(nèi)環(huán)境舒適度，舒適度包括因素有如下：

（1）對室內(nèi)空氣氣流的調(diào)節(jié)。

（2）使室內(nèi)形成對流通風(fēng)。

（3）保證室內(nèi)采光的舒適。

（4）應(yīng)便于使用開啟、安裝空調(diào)室外機、日常清洗擦拭。

外窗開啟扇的位置的設(shè)置對住宅戶內(nèi)的自然通風(fēng)，起到關(guān)鍵性作用。利用pkpm 風(fēng)環(huán)境模擬軟件對同一戶型不同位置的外窗開啟扇位置的工況進行模擬分析，得出住宅外窗開啟扇設(shè)置位置對戶內(nèi)自然通風(fēng)的風(fēng)速、風(fēng)場分布等影響情況及開啟扇設(shè)置位置與保定地區(qū)過渡季節(jié)室外主導(dǎo)風(fēng)向直接的關(guān)系。

鋼結(jié)構(gòu)裝配式被動房住宅外窗窗墻比、開啟比、開啟方式對自然通風(fēng)的影響機理。

戶型圖及模型如圖2。

圖2

4 總結(jié)（簡略敘述上面的結(jié)論）

根據(jù)表2、3、4 分析結(jié)果，可得：

表2 不同開窗風(fēng)環(huán)境對比表（戶型一）

（1）住宅外窗不同的開啟位置對戶內(nèi)自然通風(fēng)的空氣齡分布影響十分顯著。尤其對于全陽面戶型影響更顯著。

（2）當(dāng)外窗開啟窗扇設(shè)置在靠近過渡季室外主導(dǎo)風(fēng)向側(cè)時，室內(nèi)自然通風(fēng)平均風(fēng)速較外窗開啟扇設(shè)置在遠離室外主導(dǎo)風(fēng)向側(cè)偏大，且在室內(nèi)形成良好的室內(nèi)空氣齡分布。

（3）在以后的設(shè)計項目的外窗設(shè)計中，在考慮功能要求、室內(nèi)空間的使用情況和建筑立面的美感效果的同時，重點考慮住宅外窗開啟位置的合理設(shè)置問題。

表3 不同開窗風(fēng)環(huán)境對比表（戶型二）

表4 不同開窗風(fēng)環(huán)境對比表（戶型三）