夏热冬暖地区居民住宅窗户节能影响因素分析

杨顺福 张海涛

1.四川鼎能建设（集团）有限公司；2.四川鼎能房地产开发有限公司

1 引言

通过对我国夏热冬暖地区的全面调查，可知窗户能耗在居民住宅建筑室内能耗中占据相当大的比例，约为40%，其中因空气渗透而引发的用能损耗则达到了17%。这种现象可以用建筑热工学来解释，在建筑围护结构中，窗户作为其中最为薄弱的环节，会使得采暖空调的大部分负荷通过窗户流失。相较于其他结构对建筑能耗的影响，窗户性能最为重要，具体包括：①保温性能；②隔热性能；③空气渗透性能；④窗墙面积比；⑤其他建筑热工学要求。

2 工程概况

西昌市西部城区C2-31 地块项目用地位于四川省西昌市，地块位于西昌火车西侧500m 左右，用地形态呈不规则长方形，南北最长约104m，东西宽约170m，净用地面积约17619.02m2。该项目用地东侧和袁马路之间，有一处15m 宽的带状绿地。而围绕该地块四周所规划的道路，其高程整体由东到西缓慢下降，高差约为1.2m。

西昌市光热资源丰富，年降雨量充沛，夏季与过渡季节时间较长，属夏热冬暖地区。窗户耗能高低可折射出该地区整体居民住宅围护结构的能耗大小，为使建筑节能达标，提高能源利用率，必须合理完善居民建筑的窗户性能。一方面为了响应国家节能减排的号召，另一方面也为了降低损耗、减少成本，因此该项目民居建筑窗户的隔热以及隔湿性能必须得到保证。

3 节能住宅的窗户要求

如前言中各标准所提到的，应控制窗墙面积比、提高自身保温性和密闭性、增设窗玻璃及其外部遮阳设施，具体应达到以下要求。

3.1 提高窗户的气密性

一般的窗户由于设计或施工缺陷，都会留有缝隙，导致室外冷（热）空气大量渗入室内，气密性未达到建筑节能标准，此时应采取适当措施增强其密闭性，例如：在缝隙处设置密封条（常用橡皮、绣片等）。

3.2 控制窗墙面积比

与墙体相比，由于普通窗户的热阻小得多，导致其保温隔热性能很差。因此窗墙面积比会直接影响采暖和空调能耗，比值越大，则能耗越高。因此，严格限制窗墙面积比（一般为30%左右），实现建筑能耗的降低是非常有必要的。

3.3 提高窗户的保温性能

（1）窗框：研究表明，木材和塑料的保温性能较好，若采用钢或铝合金，则会明显增加热量损耗，因此金属型材料需进行断热处理，提高其保温能力。

（2）玻璃：①在单扇窗上安装中空玻璃，增加热阻；②选取一些对辐射有穿透选择性及吸收性的材料，在玻璃上镀层。

3.4 提高窗户的隔热性能

保证窗户的隔热性能就是尽最大努力阻止太阳辐射直接进入室内。因此可以通过改变外部遮阳条件，以及玻璃的光谱特性，来改善窗上玻璃的热作用。

4 窗户节能性能指标的规定

夏热冬暖地区大部分地带无须考虑冬季供暖，主要为空调负荷；仅有小部分地带两者均需考虑。因此窗户节能性能便显得十分重要。《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 75—2012）中规定了不同窗墙比时外窗的“综合遮阳系数”限值[1]。

（1）南北区居住建筑外窗有两个重要参数，K（平均传热系数）和SW（平均综合遮阳系数），其取值范围见标准中表4.0.8-1、4.0.8-2。

（2）外窗平均综合遮阳系数，应按下式计算：

式中：

AE(S/W/N)——各朝向的窗面积；

SW,E(S/W/N)——各朝向窗的平均综合遮阳系数。

注：权重系数：东、南取1.0，西取1.25，北取0.8。

（3）窗墙比：①南、北向≤0.40；②东、西向≤0.30。

（4）对天窗的要求：①天窗面积≤屋顶总面积的4%；②传热系数（K）≤4.0W/（m2·K）；③本身的遮阳系数≤0.4。

（5）对窗户气密性的要求（在10Pa压差下）：①1~9层建筑，q1≤2.5m3，且q2≤7.5m3。②10层及以上建筑，q1≤1.5m3，且q2≤4.5m3。

其中：

q1—1h内1m缝隙的空气渗透；

q2—1h内1m2面积的空气渗透。

两个要说明的问题。

（1）南北区：由《民用建筑热工设计规范》（GB 50176—2016）[2]可知，夏热冬冷与夏热冬暖地区的区别在于，最冷月平均温度是否低于10℃，而后者多数居民认为冬季室内温度以16℃为宜，在此基础上，室内可通过获取热量提升4℃~5℃。因此取一月均温11.5℃为等温线，划分南、北区，其中北区主要城镇有：福州、莆田、龙岩；梅州、龙川、莫德；贺州、柳州等（集中在福建、两广地区）。

（2）外窗“综合遮阳系数”可按下式计算：

式中：

SC——窗本身的遮阳系数；

SD——窗口的建筑外遮阳系数，若不设置建筑外遮阳设备，取SD=1。

5 夏热冬暖地区窗户节能性能指标的分析

节能及各种多层玻璃具有传热系数小、结构坚固、抗氧化腐蚀性强的优势。同时，由《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 75—2012）中表4.0.8-1、4.0.8-2可知：

北区对外窗K值有具体规定，而南区则没有，这表明外窗传热系数对南区建筑能耗和节能影响很小。因此，根据查阅相关文献资料对不同窗户类型及窗框材料的描述，选取了9 种“虚拟”窗组合（性能见表1 所列），应用DOE-2 软件，对南北区不同窗墙比、不同围护结构的近3000 种节能方案做统计，计算可得其建筑能耗和节能率。整理数据结果，可得各节能方案下的建筑节能率η与平均窗墙比CMW关系曲线，取南北区某城市重质墙体K=1.5，D≥3.0时的η-CMW关系图，如图1、图2所示。

表1 窗户性能表

图1 北区某城市η-CMW关系图

图2 南区某城市η-CMW关系图

图1和图2明显区别在于：南区某城市各窗型η-CMW关系曲线较北区更为紧凑，这就说明外窗传热性能对南区建筑能耗影响很小，节能率几乎取决于外窗遮阳性能；相反北区则与二者均有密切关系。这也恰好印证了南区日照资源丰富，全年温差较小，无须考虑冬季供暖，其居民建筑全年总能耗以夏季空调损耗为主，但在空调能耗中，窗所引起的温差传热仅占少量，因此南区建筑节能要依靠外窗遮阳系数起主导作用。

6 结论

综上，针对夏热冬暖地区，其南北区节能建筑对使用窗户性能要求是不同的，北区由于维度问题，要使用兼顾保温和隔热的外窗，气候上更偏向夏热冬冷地区（此地区适用带有外卷帘、百叶护窗等外遮阳的窗户）；南区则只需保证外窗的隔热性能即可。而本项目所涉及的西昌地块属于北区，因此在设计窗户的时候需要综合考虑以上因素，选取合适的节能窗类型，达到期望的节能指标，为公司降低成本、减少能耗，也为类似工程提供可以借鉴的宝贵经验。