北方地區窗墻比對供暖能耗的影響

鄒 艷

(北京京北職業技術學院，北京101400)

隨著人們對建筑環境的要求不斷提高，現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，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，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

本文以北京地區一棟學校辦公樓為研究對象，該樓南北朝向，層數為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；屋面傳熱系數為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

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，且傳熱系數越小，能耗減少越明顯；若外窗傳熱系數較大，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，有利于節能；外窗傳熱系數較大時，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能目標邁進[J]. 行業觀察, 2004，(2): 17-19