外窗通風氣密性與建筑能耗關系的分析

陳國焯

摘要：本文主要針對外窗通風氣密性與建筑能耗兩者之間的關系展開了分析，對分析模型作了詳細的論述，并對窗墻比的影響特征作了介紹和分析，以期能為有關方面的需要提供有益的參考和借鑒。

關鍵詞：通風氣密性；能耗；分析

如今，建筑能耗已經成為了我國能源消耗最為嚴重的板塊，因此，為了在重視節能減排社會背景下促使建筑行業再發展，就需要對建筑施工進行一定程度的節能改造。基于此，本文從外窗建筑施工的角度出發，就外窗通風氣密性與建筑能耗兩者之間的關系進行了分析，相信對有關方面的需要能有一定幫助。

1分析模型

外窗氣密性能指外門窗在正常關閉狀態時，阻止空氣滲透的能力，國家標準的氣密性能分為8級。采用標準狀態下壓力差為10Pa時的單位開啟縫長空氣滲透量和單位面積空氣滲透量作為分級指標，具體分級表如表1所示。

表1 外窗氣密性分級表

外窗氣密性與建筑節能緊密相關。因為室外空氣向室內的滲漏會增加室內空調負荷，從而導致建筑能耗升高。為了保證建筑的節能，當前的建筑節能均要求外窗具有良好的氣密性，以避免夏季和冬季室外空氣過多地向室內滲漏。JGJ134—2010《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》強制性條文規定：建筑物1～6層的外窗及敞開式陽臺門的氣密性等級，不應低于國家標準GB/T7106—2008《建筑外窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》中規定的4級；7層及7層以上的外窗及敞開式陽臺門的氣密性等級，不應低于該標準規定的6級。

分析外窗氣密性與建筑能耗之間的定量關系，了解提高外窗氣密性所帶來的節能效果，有助于在建筑設計中更加經濟合理地選擇外窗類型。由于外窗氣密性與建筑能耗的關聯本質在于空氣的滲透，因此可以利用室內外換氣次數的變化體現不同氣密性的外窗。通過選擇具體的建筑模型，將不同氣密性轉換為相應的換氣次數，模擬不同換氣次數下建筑采暖空調能耗的變化，可以尋找到外窗氣密性與建筑能耗的關系。

1.1建筑模型

選擇圖1所示的建筑模型進行分析。該建筑為塔式住宅，每層4戶，共6層。選取4個具體的房間進行氣密性分析，分別在建筑南側和北側各選擇兩個房間。

圖1氣密性分析模型平面圖

1.2換氣次數設定

按照氣密性的單位面積分級指標，根據對應房間的外窗面積，可以得到4個房間的漏氣量，從而算出不同外窗氣密性等級下的房間換氣次數，作為能耗模擬的輸入條件。其中每個等級的單位面積分級指標取所對應范圍上下限的平均值。

表2分析模型在不同外窗氣密性條件下的換氣次數（次/h）

1.3模型設置

模擬采用DeST-h軟件進行。其中圍護結構參數按照JGJ134—2010《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》限值進行設置，其中外墻傳熱系數取1.0W/（m2·K），屋面傳熱系數取0.8W/（m2·K），分戶墻取2.0W/（m2·K），外窗全部采用普通中空玻璃（6+12A+6）。

空調設定參數按照JGJ134—2010《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》提供的計算條件進行設置，包括：

（1）空調設定溫度：夏季全天26℃，冬天全天18℃；

（2）采暖計算期：12月1日至2月28日；空調計算期：6月15日至8月31日；

（3）室外計算參數采用上海典型氣象年數據；

（4）采暖、空調設備為家用空氣源熱泵空調器，制冷時額定能效比應取2.3，采暖時額定能效比應取1.9；

（5）室內得熱平均強度取4.3W/m2。

1.4通風模式設定

由于計算中需要設定換氣次數，對自然通風問題的考慮會在一定程度上影響計算結果，因此需要對通風模式作出設定。為了全面體現氣密性的影響，研究中采用兩種通風計算模式：一種為固定通風模式，不考慮自然通風，即認為全年通風換氣次數固定，其值根據不同的外窗氣密性換算得到；另外一種為可變通風模式，即近似考慮自然通風的效果，室內通風換氣次數在一定范圍內波動，最小值按外窗關閉時的滲漏量確定（本研究中根據外窗氣密性換算值），最大值為開窗通風狀態（本研究中設為5次/h），讓換氣次數在波動范圍內取值使得室內溫度適宜，當室內溫度不滿足舒適要求需要開啟空調時，換氣次數取最小值。

2窗墻比影響特征分析

2.1自然通風模式下的計算結果

自然通風模式更加接近實際使用狀態。首先分析北向臥室在外窗氣密性等級改變下的能耗變化。

北向臥室1和北向臥室2分別位于建筑平面的東北側和西北側，兩個房間的能耗隨外窗氣密性的變化見圖2，可以看出兩個房間的能耗值和變化規律近似，位于西側的臥室能耗略高于東側，但差別很小。

圖2北向兩個臥室能耗隨外窗氣密性的變化（自然通風）

選取東北側的北向臥室1進行分析。在外窗氣密性等級提高時，無論采暖或空調能耗均隨著下降，其中采暖能耗的下降速度較空調能耗的下降速度更快，表明外窗氣密性的提高，對采暖能耗的降低作用更明顯。從總能耗的角度，從圖3可以看出，隨著外窗氣密性等級的提高，建筑能耗近似線性降低，外窗氣密性等級每提高一級，建筑能耗平均降低4.5%；外窗氣密性從1級提高到8級，建筑能耗降低27.3%。

圖3外窗氣密性等級對能耗的影響（北向臥室1-自然通風模式）

其次分析南向隨著外窗氣密性等級改變后的能耗變化。南向臥室1和南向臥室2分別位于建筑平面的東南側和西南側，兩個房間的能耗隨外窗氣密性的變化見圖4，可以看出兩個房間的能耗值和變化規律近似，位于東側的臥室能耗略高于西側，但差別很小。

圖4南向兩個臥室能耗隨外窗氣密性的變化（自然通風模式）

選取東南側的南向臥室1進行分析，如圖5，在外窗氣密性等級提高時，無論采暖或空調能耗均下降，其中采暖能耗的下降速度較空調能耗的下降速度更快，外窗氣密性等級較低時采暖能耗高于空調能耗，在7級時開始空調能耗高于采暖能耗，表明外窗氣密性的提高，對采暖能耗的降低作用更明顯。從總能耗的變化看，隨著外窗氣密性等級的提高，建筑能耗近似線性降低，外窗氣密性等級每提高1級，建筑能耗平均降低6.5%；外窗氣密性從1級提高到8級，建筑能耗降低37.8%。

圖5外窗氣密性等級對能耗的影響（南向臥室1-自然通風模式）

2.2固定通風模式下的計算結果

固定通風模式為當前節能標準中采用的計算模式，雖然與實際情況有所差別，但是可以體現在穩定情況下的能耗狀況。首先分析北向臥室在外窗氣密性等級改變下的能耗變化。

北向臥室1和北向臥室2分別位于建筑平面的東北側和西北側，兩個房間的能耗隨外窗氣密性的變化見圖6，可以看出兩個房間的能耗值和變化規律近似，位于西側的臥室能耗略高于東側，但差別很小。

圖6北向兩個臥室能耗隨外窗氣密性的變化（固定通風）

選取東北側的北向臥室1進行分析。與自然通風的情況相似，固定通風模式下，在外窗氣密性等級提高時，無論采暖或空調能耗均下降，其中采暖能耗的下降速度較空調能耗的下降速度更快，表明外窗氣密性的提高，對采暖能耗的降低作用更明顯。從總能耗的變化，如圖7，隨著外窗氣密性等級的提高，建筑能耗近似線性降低，外窗氣密性等級每提高1級，建筑能耗平均降低4.2%；外窗氣密性從1級提高到8級，建筑能耗降低25.9%。

圖7外窗氣密性等級對能耗的影響（北向臥室1-固定通風模式）

其次分析南向在外窗氣密性等級改變下的能耗變化。南向臥室1和南向臥室2分別位于建筑平面的東南側和西南側，兩個房間的能耗隨外窗氣密性的變化見圖8，可以看出兩個房間的能耗值和變化規律近似，位于東側的臥室能耗略高于西側，但差別很小。

圖8南向兩個臥室能耗隨外窗氣密性的變化（固定通風模式）

選取東南側的南向臥室1進行分析。與自然通風的情況相似，固定通風模式下，在外窗氣密性等級提高時，無論采暖或空調能耗均下降，其中采暖能耗的下降速度較空調能耗的下降速度更快，外窗氣密性等級較低時采暖能耗高于空調能耗，在6級時開始空調能耗高于采暖能耗，表明外窗氣密性的提高，對采暖能耗的降低作用更明顯。從總能耗的變化，如圖9，隨著外窗氣密性等級的提高，建筑能耗近似線性降低，外窗氣密性等級每提高1級，建筑能耗平均降低6.2%；外窗氣密性從1級提高到8級，建筑能耗降低36.2%。

圖9外窗氣密性等級對能耗的影響（南向臥室1）

2.3結論

通過前面在自然通風模式和固定通風模式下的計算結果分析可以得出如下3點結論：

（1）無論是在自然通風模式或是固定通風模式，無論南向房間還是北向房間，在外窗氣密性等級提高時，房間的采暖空調能耗均下降，其中采暖能耗的下降速度較空調能耗的下降速度更快，表明外窗氣密性的提高，對采暖能耗的降低作用更明顯。

（2）外窗氣密性對能耗的影響在南向和北向的房間之間有所差別，在固定通風模式下，南向房間外窗氣密性等級每提高1級，建筑能耗平均降低6.2%；北向房間外窗氣密性等級每提高1級，建筑能耗平均降低4.2%。

（3）氣密性等級1級與8級之間的建筑能耗差異很大。外窗氣密性從1級提高到8級，房間能耗可以降低25%～37%。因此在建筑設計中，必須嚴格控制外窗的氣密性等級要求，盡量采用更高等級的氣密性，以達到節能的目的。

3結語

綜上所述，我們可以知道建筑外窗氣密性的提高對采暖和空調能耗的下降是有一定的幫助。因此，在建筑施工中，若想減低建筑能耗，我們不僅需要做好外窗氣密性的設計，還能深入建筑施工中各個角落尋找可能點，從而降低建筑能耗的問題。

參考文獻

[1]許鵬、姬穎.通風管道氣密性國內外標準綜述及分析[J].建筑節能.2014（08）.

[2]豐曉航、燕達、彭琛、江億.建筑氣密性對住宅能耗影響的分析[J]，暖通空調.2014（02）