北方地区窗墙比对供暖能耗的影响

2014-09-03邹艳

四川建筑 2014年4期

邹艳

(北京京北职业技术学院，北京101400)

随着人们对建筑环境的要求不断提高，现代建筑设计中往往增大窗户尺寸，以满足人们对采光、通风、观景的要求。然而外窗的传热系数一般大于外墙，外窗面积过大可能导致建筑能耗指标的升高。目前我国公共建筑中，窗的能耗约为墙体的3倍，屋面的4倍，约占建筑围护结构总能耗的40 %～50 %[1]。

尤其在北方寒冷地区，冬季供暖能耗是建筑能耗的重要组成部分，而围护结构耗热量能够达到建筑供暖能耗的70 %以上[2]。在冬季，建筑外窗可以带来一部分日射的热量，然而由于其热工性能较差，相同面积的外窗温差传热量比外墙大，而且夜间无日射的热时供暖能耗将增加。因此，分析窗墙比对供暖能耗的影响对于北方地区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

建筑所处气候分区，外窗朝向以及窗墙比均对供暖能耗产生影响。选取寒冷地区实际建筑作为建筑模型，对不同朝向的外窗，窗墙比在一定范围变化时，计算单位面积耗热量指标，对供暖能耗的变化进行分析讨论。

1.2 建筑模型及热工性能参数

本文以北京地区一栋学校办公楼为研究对象，该楼南北朝向，层数为5层，层高为3 m，建筑面积为4 680 m2，外围护结构总尺寸为52 m×18 m×15 m。

建筑外墙传热系数为0.69 W/(m2·K)，具体构造为20 mm混合砂浆+190 mm混凝土砌块+20 mm水泥砂浆+30 mm EPS挤塑板+20 mm水泥砂浆；屋面传热系数为0.51 W/(m2·K)，具体构造为25 mm水泥砂浆+120 mm钢筋混凝土+100 mm水泥炉渣找坡+30 mm水泥砂浆+90 mm

表1 窗户类型及性能参数

EPS挤塑板+30 mm水泥砂浆+防水层；外窗为塑料单框窗框，几种典型的窗玻璃类型及主要性能参数见表1。

2 窗墙比对供暖能耗的影响分析

对东、南、西、北四个朝向，调整一个朝向窗墙比，而保持其他朝向窗墙比和围护结构热工参数不变，在三种典型外窗类型条件下，计算单位面积供暖热负荷指标，计算结果见图1，并根据计算结果拟和得到建筑供暖耗热量指标与窗墙比的回归方程，列于表2。

表2 不同窗型供暖能耗与窗墙比的回归方程

由图1(a)可以看出，南向窗墙比对供暖能耗的影响与外窗热工性能有关。外窗面积增加使温差传热量增大，但同时也带来太阳辐射的热量。如果外窗传热系数较小(中空玻璃窗)，温差导致的失热量小于日射得热量，建筑供暖能耗随窗墙比增大而减小，且传热系数越小，能耗减少越明显；若外窗传热系数较大，如单层玻璃窗，则供暖能耗随窗墙比的增大而增加。南向窗墙比对供暖能耗的影响基本呈线性关系。所以，南向房间采用性能较好的中空玻璃窗，大窗墙比有利于节能。

(b)北向

(c)东向

(d)西向

由图1(b)可以看出，北向窗墙比与供暖能耗呈线性相关，对于三种类型的外窗，即使采用性能较好的Low-E中空玻璃窗，其窗墙比增加都使耗热量指标明显增大。外窗性能越好，耗热量指标增加越慢。这是由于北向房间无法得到太阳辐射热，而外窗传热系数总是大于外墙的缘故。因此，北向房间增大窗墙比不利于降低供暖能耗。

由图1(c)、图1 (d)可以看出，东、西向耗热量指标随窗墙比的增大均有增大的趋势，外窗传热系数越大，耗热量指标增加越快，但增加幅度小于北向。建筑东、西向受东晒和西晒影响，当采用传热系数较小的Low-E中空玻璃窗，增加的太阳辐射得热量与温差传热量相当，窗墙比增大对供暖能耗的影响较小。东向窗墙比对供暖能耗的影响呈二次曲线关系，西向窗墙比则与供暖能耗基本呈线性相关。