夏熱冬暖地區高層住宅樓窗戶節能改造評估

程松 劉湘 四川鼎能房地產開發有限公司

1 前言

目前我國正在大力發展綠色建筑，建筑節能則是綠色建筑發展中的極為重要的一部分，由于各地區建筑結構形式、氣候特征以及經濟狀況的差異，使得建筑節能改造的進度十分緩慢[1-2]。而夏熱冬暖地區的節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展，還可以有效解決我國能源匱乏的現狀，減少環境污染。本文以天璽蓮湖項目中標準兩梯四戶建筑住宅建筑為例，在分析研究建筑節能主要影響因素的基礎上，結合現有項目情況，設計一種解決現有夏熱冬暖地區高層住宅樓能耗問題的節能改造方案，并驗證方案的可行性與節能效果，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西外鎮高峰洞社區，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發展的重要地段，本項目的實施將大大推進蓮花湖片區的建設，提升蓮花湖周邊片區的城市形象，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。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，也可以達到節能的作用。

遮陽作為一種較為普遍的節能手段，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，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的夏季，日照時間較其他地區更長，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；新型節能玻璃是采用了先進的科學技術研發而成的，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點的斷熱鋁合金窗框來作為節能材料，達到降低建筑能耗的效果。

4 節能改造可行性分析

4.1 窗戶節能改造策略

根據項目資料，天璽蓮湖項目建筑門窗采用節能方案如下：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 塑料窗的節能改造方案的經濟收益，以確定其是否具有可行性。

4.2 節能改造收益評估

對于夏熱冬暖地區，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省用能10231.21kW，減少耗電2923.2kW·h，節省費用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，可以發現改造更新后的窗戶構造在采暖季節省的能耗更為明顯。

根據現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，可以發現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，針對夏熱冬暖地區特殊的氣候特征，分析研究了建筑節能的主要影響因素，并以此為基礎設計了一種節能改造方案，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，每戶每年可節省用能10231.21kW，減少耗電2923.2kW·h，節省費用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。