夏热冬暖地区建筑节能门窗设计应用指南.doc

夏热冬暖地区建筑节能门窗设计应用指南前 言据统计，门窗能耗约占整个建筑围护结构能耗的4050%，因此，节能门窗的设计选材对整个建筑能耗影响很大。在实际工程中，建筑设计人员普遍对门窗的材料组合体系、朝向、窗墙比等要素对整体建筑能耗的影响程度了解不深，又难以做到对每个项目均进行大量的模拟对比，导致门窗节能优化设计不够深入，节能设计不尽合理，节能效果不甚理想。为了进一步推动夏热冬暖地区民用建筑的节能工作，基于国家十二五科技支撑计划课题夏热冬暖地区建筑节能关键技术集成与示范的相关研究成果，广西壮族自治区建筑科学研究设计院开展了大量的相关工作，经过广泛调查研究、模拟实验、数据比对和分析总结，结合本地区的气候特点和经济技术发展水平，编制完成了夏热冬暖地区建筑节能门窗设计应用指南，以便设计人员对节能门窗组合体系进行科学、合理的选择应用。本指南的主要技术内容包括总则、节能门窗系统设计概述、朝向选择、窗墙比选择、窗材遮阳系数选择、中空玻璃选择、常用窗材组合选择、经济性选择和应用实例以及相关附录。目 录第一章 总则11.1编制目的11.2编制依据11.3适用范围1第二章 节能门窗系统设计概述22.1节能门窗设计原理22.2节能门窗设计的影响因素32.3节能门窗选用的设计流程5第三章 朝向选择73.1朝向与节能门窗设计的关系73.2朝向选择的要点8第四章 窗墙比选择94.1窗墙比与节能门窗设计的关系94.2窗墙比的计算规则104.3窗墙比选择的要点12第五章 窗材遮阳系数选择135.1窗材遮阳系数与节能门窗设计的关系135.2遮阳系数的定义和计算14第六章 中空玻璃选择166.1中空玻璃的特性166.2中空玻璃选择的对比分析166.3中空玻璃选择的要点18第七章 常用窗材组合选择207.1常用窗材组合类型207.2常用窗材组合选择的对比分析217.3常用窗材组合选择的要点22第八章 经济性选择238.1节能造价比计算238.2经济性选择方法23第九章 应用实例269.1项目概况269.2设计步骤27附录一. 相关规范条文32附录二常用门窗及热工性能表36附录三典型玻璃配合不同窗框的整窗热工性能参数38附录四常见玻璃热工性能参数39附录五外遮阳构造类型及热工性能40夏热冬暖地区建筑节能门窗设计应用指南第一章 总则1.1编制目的本指南介绍了节能门窗设计的总体流程，归纳总结了门窗节能设计的基本原理和设计方法，提出了技术要点，提供了“建筑节能门窗设计指导”、“常用门窗热工性能参数表”等内容，目的在于理顺节能门窗设计的思路、列举方法和要点、减轻设计人员的日常模拟对比计算工作量，提供适用于夏热冬暖地区建筑节能设计工作的节能门窗选型指导，引导和促进新型门窗技术及材料的推广应用，使门窗设计合理化、科学化和系统化。本指南是夏热冬暖地区公共建筑及居住建筑节能设计相关标准的配套设计资料。1.2编制依据公共建筑节能设计标准GB50189-2015夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准（JGJ75-2012）全国民用建筑工程设计技术措施节能篇广西公共建筑节能设计规范（DBJ/45-003-2012）1.3适用范围本指南适用于夏热冬暖地区符合建筑节能设计标准规定性指标要求的新建、改建、扩建的民用建筑节能门窗设计指导和施工图审查参考。第二章 节能门窗系统设计概述2.1节能门窗设计原理2.1.1夏热冬暖地区概况和气候特点我国幅员辽阔，各地气候差异很大，按全国建筑热工气候分区划分为严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖和温和地区五大部分。其中，夏热冬暖地区位于我国东南部沿海地区，在北纬27以南、东经97以东，包括海南全境、广东大部、广西大部、福建东南部、云南局部以及香港、澳门和台湾地区。在居住建筑的节能设计中，以一月份平均温度11.5为界，夏热冬暖地区细分为南、北两个区，北区建筑在夏季考虑隔热，冬季兼顾采暖；南区建筑仅考虑夏季隔热，不考虑冬季采暖。而公共建筑则不分上述南北两区。夏热冬暖地区为亚热带季风气候，太阳辐射强烈，雨量充沛，空气湿度大；夏季漫长而湿热，冬季短暂而温和，几乎长夏无冬，气温的年较差和日较差都很小，昼夜温度变化不大。2.1.2节能门窗设计原理建筑门窗（包括阳台落地门窗的透明部分）、透明幕墙是建筑外围护结构的开口部位，是阻隔外界气候侵扰的重要屏障，也是建筑物与外部环境之间热交换最活跃、最敏感的部位，其能量损失是外墙的56倍，屋顶的5倍，其中通过玻璃的损失在门窗中占到75%80%。外门窗是建筑外围护结构中保温隔热性能最薄弱的部位，不仅有着与其他围护结构温差传热的共性，还存在门窗本身材质的光热特性和空气渗透传热带来的能耗特性。节能门窗设计的过程是在保证一定的采光条件下，围绕着控制门窗得热和失热展开的，而通过改变门窗各项热工性能从而控制得热和失热的技术手段很多，各有利弊。例如，在炎热的夏季，太阳辐射通过窗玻璃引起室内过热，增加空调制冷负担；在寒冷的冬季，太阳辐射进入室内有采暖效果，有利于降低采暖能耗。因此，具体的节能门窗设计需要考虑不同的地域、气候、朝向和建筑功能等对门窗热工性能的不同要求，是一个动态的权衡判断过程，设计人员需要科学、合理地对技术措施进行对比选择，最终得出满足具体项目要求的节能门窗设计。2.2节能门窗设计的影响因素2.2.1传热形式传热有三种物理形式，即辐射、对流和传导，门窗的传热通常是这三种传热形式共同作用的结果。建筑外门窗介于室内和室外环境之间，夏季室外温度高于室内，则室外热量通过门窗材料传导、空气对流和热辐射作用传递至室内一侧；反之，在冬季热量会从温度较高的室内传递至室外一侧。只要室内外存在温差，热量的传递就不断进行，直至室内外温度趋于相同。由于门窗透明部分对太阳光的透射作用，使得大量的太阳辐射热通过门窗进入室内。这部分的辐射得热在夏季会增加室内的空调能耗，而在冬季则有利于降低采暖能耗。2.2.2气密性空气的渗漏和门窗的开启也是室内外热交换的重要途径。空气的渗漏途径主要是门窗缝隙，包括以下三个重要部位，即门窗框-洞口、门窗框-开启扇、门窗玻璃-框扇，因此国家相关标准把气密性作为检验门窗性能的主要指标来考核。门窗气密性等级的高低对热交换量影响很大，气密性越高，则热交换量就越少。2.2.3朝向和窗墙比当建筑主体平面基本为矩形时，其长轴方向为主要朝向，短轴方向为次要朝向。对于门窗节能而言，多数采光窗的朝向是主要考虑的因素，一般指主要活动空间主采光窗的朝向。建筑的朝向要求能获得良好的自然通风和日照，尽量避免东西晒，避暑降湿。平均窗墙面积比是指建筑物地上部分外墙面上的窗及阳台门（含露天、晒台等出入口）的洞口总面积与建筑物地上部分外墙立面的总面积之比。在节能设计中，通常以单一朝向窗墙面积比作为判定之比，即窗（含阳台门）洞口面积与房间立面单元面积（即房间层高与开间定位线围成的面积）的比值。由于门窗的热工性能往往低于墙体等外围护结构，因此窗墙比的大小直接影响着建筑物整体的节能效果。2.2.4传热系数、遮阳系数和太阳得热系数传热系数K值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1度（K，），1s内通过1平方米面积传递的热量，单位是W/K。不同材料的传热系数不尽相同，在节能门窗设计中，通常以不同玻璃和框材组合后的整窗传热系数来反映其热量传导的阻隔性能，对节能效果的影响主要体现在保温和散热两个方面。不同玻璃有不同的遮阳系数，窗框比和外遮阳的设置也对外窗的整体遮阳效果有一定影响。通常以外窗综合遮阳系数Sw作为评价窗本身和外遮阳装置综合遮阳效果的标准，其值为窗本身的遮阳系数SC与窗口的建筑外遮阳系数SD的乘积。太阳得热系数（SHGC）是指通过透光围护结构（门窗或透光幕墙）的太阳辐射室内得热量与投射到透光围护结构（门窗或透光幕墙）外表面上的太阳辐射量的比值。太阳辐射室内得热量包括太阳辐射通过辐射透射的得热量和太阳辐射被构件吸收再传入室内的得热量两部分。太阳得热系数（SHGC）是公共建筑节能设计标准（GB50189-2015）版中新采用的衡量外窗热工性能的参数，不同于该标准2005版中的遮阳系数（SC）值，可按SHGC等于SC乘以0.87进行换算 GB50189-2015，公共建筑节能设计标准 S. 2015. 2，71。，而夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准（JGJ 75-2012）中仍使用遮阳系数（SC）作为衡量外窗热工性能的参数。由于遮阳系数（SC）值在民用建筑节能设计中的应用时间较长，广为设计人员熟悉，便于理解和操作，且遮阳系数（SC）与太阳得热系数（SHGC）易于换算，故本指南中相关内容的介绍和计算仍采用遮阳系数（SC）。2.3节能门窗选用的设计流程2.3.1设计流程图节能门窗选用设计流程详见图2-1。图2- 1 节能门窗选用设计流程图2.3.2设计步骤1、根据项目所在地域的气候特点和建筑功能要求，对建筑朝向（房间或外门窗朝向）的合理性进行判断，优化朝向设计。2、根据窗墙面积计算原则，计算建筑各朝向及平均窗墙面积比；若各朝向窗墙面积比符合强制性条文要求，则按建筑所在气候区查询相应的围护结构传热系数和综合遮阳系数限值表；如不符合，应重新调整相应朝向的窗墙面积或用“对比评定法”进行权衡判断。3、在国家及地方的公共建筑或居住建筑节能设计规范中，查围护结构传热系数和综合遮阳系数限值表，得到要求的外窗综合遮阳系数SW和传热系数K，据此选用若干种满足参数要求的玻璃和框材组合。4、计算不同玻璃和框材组合的节能造价比Cc，选择造价比较高的组合以确定窗型。5、根据外遮阳设置情况进一步确定整窗的热工性能参数。6、根据规范要求设置外窗可开启面积和气密性等级。7、进行整体节能计算，若不满足规范要求，则应调整门窗选型直至完成节能设计。7夏热冬暖地区建筑节能门窗设计应用指南第三章 朝向选择3.1朝向与节能门窗设计的关系建筑的朝向会影响其总能耗。以位于广西南宁的公建示范项目为例进行模拟分析可见（详图3-1），同样的建筑，不同的朝向，其全年能耗在正南北向时最低，能耗随着偏角增大而增大，在正东西向时达到最大能耗，而朝向选择对不同窗型系统（窗材变化）的影响又有一定的差异。图3- 1 夏热冬暖地区（南宁）公建：在不同朝向时建筑全年模拟总能耗关系图建筑朝向对能耗的影响主要体现在日照和通风两个方面。日照方面，要求朝向选择能充分利用自然采光、避免东西晒；通风方面，要求朝向选择能促进通风对流、避暑降湿。夏热冬暖各地区的纬度相近，太阳方位角、高度角和日照时间较为接近，且同属亚热带季风气候区，常年主导风向大体相同，在建筑朝向的选择上趋于一致。另一方面，由于各地受局部气候条件影响，日照情况略有不同；受海陆关系和地形地貌的影响，通风条件也存在差异。因此，夏热冬暖各地在最佳建筑朝向的选择上较为相近而略有不同，详见表3-1。表3- 1 夏热冬暖代表地区的朝向表 袁幸.夏热冬暖地区建筑节能设计原理和技术措施M. 北京：中国建筑工业出版社，2010.7.地区最佳朝向适宜朝向不宜朝向广州南偏东15，南偏西5南偏东2230，南偏西5至西南宁南，南偏东15南，南偏东1525，南偏西5东、西福州南，南偏东510南偏东20以内西海口南，南偏东10南偏东1020，南偏西10西3.2朝向选择的要点（1）夏热冬暖地区建筑总平面的布置和设计，无论居住建筑还是公共建筑，均宜利用夏季自然通风并减少东西晒影响，利用冬季日照并避开冬季主导风向。建筑的主体朝向宜采用南北向或接近南北向，并参考各地实际的日照和通风条件优化选择。在建筑群体布局时，可采取以下措施改善局部日照和通风条件：1）采用错列式、斜列式布局，前后错开，高低、疏密相间，避免封闭式布局，以扩大南向日照面和迎风面，减少自遮挡，增加迎风口。2）面向夏季主导风向布局较低的建筑，面向冬季主导风向布局较高的建筑。3）面向夏季主导风向局部敞开形成开口的天井和庭院，也可在楼层中局部敞开和镂空，首层架空，利于导入夏季主导风形成风道，符合本气候区降热去湿的需求。相关规范详附录一【1】、【6】、【13】 。（2）综合考虑建筑类型和功能，优化局部朝向。主要功能房间宜避开东西向，不应将主要功能房间，如主要办公室、客房和主要居室设置在正东西向，否则应采取必要的隔热和遮阳措施。（3）受设计条件约束、主体建筑不得不选择不利朝向时，可通过改变局部房间和外门窗的朝向，以减少不利朝向的影响；同时需考虑由此而产生的规范要求、技术和成本问题。如居住建筑东西向窗墙比不应大于0.30且东西向外窗必须采取建筑外遮阳措施等。第四章 窗墙比选择4.1窗墙比与节能门窗设计的关系作为建筑的外围护构件，外门窗与外墙相比，其特有的透光性能和较差的保温隔热性能使其成为建筑外围护构件中与外界热交换最大的部位。太阳辐射可由具有透明部分的外门窗直接进入室内，而热量也可通过外门窗从较高的一侧快速地向较低的一侧传导，较大的窗墙比往往导致较大的建筑物能耗，主要体现在夏季的太阳辐射得热和冬季的室内热量散失。以位于广西南宁的居建和公建示范项目为例，对同一建筑不同窗墙比的情况进行模拟分析，结果显示，建筑能耗随窗墙比的增大而增大，变化关系详图4-1、4-2。图4- 1 夏热冬暖地区（南宁）居建：不同窗墙比时建筑全年模拟总能耗关系图图4- 2 夏热冬暖地区（南宁）公建：不同窗墙比时建筑全年模拟总能耗关系图广州市的研究案例也显示，无外窗的一般住宅采暖空调年耗电量为30.6kWh/m2；当外窗框为普通铝合金时，窗墙比为0.3时，年耗电量为53.02 kWh/m2，窗墙比为0.47时，年耗电量为67.19 kWh/m2，能耗分别增加了73.3%和119.6%。 袁幸.夏热冬暖地区建筑节能设计原理和技术措施M. 北京：中国建筑工业出版社，2010.25.由此可见，在节能门窗设计中，窗墙比是影响建筑能耗的重要因素。4.2窗墙比的计算规则（1） 建筑各朝向偏差30以内时，按相应朝向处理；超过30时，按不利朝向处理（详图4-3）。30时，a面为北向；30时，a面为东向。（2）当建筑物外墙面向外凸时，凸出部分的垂直长度L小于或等于1.5m时，则该凸出部分的外墙面积全部计入宽度面所在外墙朝向面积；凸出部分的垂直长度L大于1.5米时，按各实际朝向计入各自朝向面积（详图4-4）。 L1.5米时，a、b、c面均按b面朝向确定； L1.5米时，a、b、c面均按各自朝向确定。（3）当建筑物外墙面向内凹时：当凹入部分的宽度W小于5米，且大于或等于长度L时，则该凹入部分的外墙面积全部计入宽度面所在外墙朝向面积；宽度W小于凹入度L时，则该凹入部分的外墙面积均不参与计算，但其材料应按节能计算的结果选用。当凹入部分的宽度W大于或等于5米时，则a、b、c面按各实际朝向计入各自朝向面积（详图4-5）。W5米时，且WL时，a、b、c面均按b面朝向确定；且WL，a、b、c面外墙和外窗面积均不计；W5米时，a、b、c面均按各自朝向确定。（4） 与室内功能房非直接接触的外墙、外窗可不参与计算。如楼梯间、电梯前室外墙外窗可不参与节能计算。图4-3图4-4图4-5（5） 当建筑内部存在回字形天井形式，且天井最长边不小于8米或天井最长边与天井高度比值不小于0.5时，天井围护结构应作为外墙的一部分参与节能计算。（6） 窗墙面积比为外窗面积与相应外墙（含外窗）面积的比值。（7） 凸窗凸出部分周边不透光的围护构造不参与面积计算（详图4-6），凸窗左边不透光水泥挡板不参与面积计算。（8） 外窗的面积是指使用透光材料镶嵌的建筑外门窗面积，包括镶嵌透光材料的型材所占面积（详图4-7），A为透光材料，B为镶嵌不透光材料，则外窗面积只计算A部分。（9） 外窗的面积按实际面积计算，均计入窗洞口所在的外墙朝向（详图4-8），角窗以转角处分两部分分别计入A、B外墙所在朝向。图4-6图4-7图4-8相关规范详附录一【3】 。4.3窗墙比选择的要点（1）窗墙比的选择要满足相关规范的要求。一方面，规范针对某些功能用房提出了外门窗面积和可见光透射比的要求，以实现自然采光和通风。另一方面，规范对不同朝向的窗墙比也有明确规定。相关规范详附录一【2】、【4】、【12】、【14】、【15】 。（2）除了有关建筑节能方面的规范规定外，诸如消防、特殊功能用房、设计师创作和用户愿望等方面的因素也影响着窗墙比的选择。一般而言，在满足各类规范和需求的前提下，夏热冬暖地区建筑各个朝向的窗墙比宜选择较小值，利于达到节能的目的。（3）若由于特殊原因选择了较大的窗墙比，导致能耗过大，还可以有针对性地改善外门窗的物理性能进行设计优化。如有夏季防热要求的功能建筑和房间，针对减少太阳辐射得热可进行遮阳性能的优化，采用外遮阳措施或改善玻璃的遮阳性能；有冬季保温要求的功能建筑和房间，针对提高外门窗的隔热性能，可选用中空玻璃或隔热性能较好的窗框材料等。第五章 窗材遮阳系数选择5.1窗材遮阳系数与节能门窗设计的关系门窗节能设计中涉及的遮阳系数有四种，即玻璃(单片、中空等)的遮蔽系数Se、包含框材在内的外窗本身遮阳系数SC、建筑外遮阳系数SD、包括外遮阳装置或百叶影响的外窗综合遮阳系数Sw。遮阳系数对建筑节能的影响具有两面性，遮阳系数较小，在夏季可有效减少太阳辐射能量直接进入室内，利于防热，降低空调能耗；遮阳系数较大，在冬季可充分获得太阳辐射能量，利于采暖，降低采暖能耗。通常，在北方严寒地区，冬季低温漫长，常采用较大遮阳系数的玻璃；而在南方炎热地区，日照强度大，常采用较小遮阳系数的玻璃。以位于广西南宁市的居建和公建示范项目为例，对采用不同遮阳系数的玻璃进行模拟，对比分析其对建筑能耗的影响，结果见图5-1，5-2。图5- 1 夏热冬暖地区（南宁）居建：不同遮阳系数时建筑全年模拟总能耗关系图图5- 2 夏热冬暖地区（南宁）公建：不同遮阳系数时建筑全年模拟总能耗关系图可以看出，在夏热冬暖地区（如南宁市），无论是居建还是公建，建筑全年能耗均随遮阳系数增大而增大；通过综合比较发现，由于该地区夏热冬暖的气候特点，全年总能耗中空调能耗占比大，约为采暖能耗的3倍，较小的遮阳系数更有利于夏季防热，从而降低建筑能耗。5.2遮阳系数的定义和计算（1） 玻璃的遮蔽系数SeSe=SC/（1-A框）（其中A框为型材面积占整窗面积比例。金属型材A框=0.20，塑钢型材A框=0.3）（2） 外窗本身遮阳系数SC在给定条件下，透过外窗（包括窗框和玻璃）的辐射热量与透过相同条件下相同面积的标准窗户（包括窗框及3mm厚透明玻璃）的辐射热量的比值。（3） 建筑外遮阳系数SD根据外遮阳形式，查表（详见附录四.外遮阳构造类型及热工性能），确定SD值。当建筑无外遮阳时，SD=1。（4） 外窗综合遮阳系数Sw用以评价窗本身和窗口的建筑外遮阳装置综合遮阳效果的系数，其值为窗本身的遮阳系数SC与窗口的建筑外遮阳系数SD的乘积。Sw = SCSD注：1）由于节能选用表计算模型已把每户阳台（按南北各1个）的遮阳效果计入计算结果，因此该阳台的外遮阳系数SD系数无需计算。如需精确计算阳台遮阳效果，则要采用动态软件进行实际建模核算。 2）活动外遮阳系数或带活动遮阳构件的玻璃遮蔽系数计算时可采用下限值。如：某活动外遮阳系数为0.20.7,SD可取0.2。相关规范详附录一【5】、【16】、【17】、【18】 。第六章 中空玻璃选择6.1中空玻璃的特性中空玻璃具有突出的保温隔热性能，是提高建筑门窗节能水平的重要材料，主要有以下四类组合：（1）普通透明玻璃中空玻璃：由两块或者多块普通透明玻璃组成。（2）热反射中空玻璃：将热反射镀膜玻璃与普通透明玻璃合成中空玻璃，集热反射镀膜玻璃与中空玻璃的两种优点与一身，传热系数和遮阳系数均可降低，保温、隔热、隔声综合性能优良。（3）吸热中空玻璃：吸热玻璃通过本体着色减小太阳光热量的透过率、增大吸收率，由于室外玻璃表面的空气流动速度会大于室内，所以能更多地带走玻璃本身的热量，从而减少了太阳辐射热进入室内的程度。（4）Low-E中空玻璃：Low-E玻璃是一种对波长范围4.525微米的远红外线有很高反射比的镀膜玻璃。由于Low-E玻璃膜面所具有的独特的低辐射特性。在组成中空玻璃时，镀膜面放置位置的不同将使中空玻璃产生不同的光学特性。6.2中空玻璃选择的对比分析以位于广西南宁的居建和公建示范项目为例，采用不同的中空玻璃进行模拟，对比分析其对建筑能耗的影响，结果见表6-1及图6-1,6-2。表6- 1 中空玻璃门窗选型及参数窗材组合序号窗材组合代号玻璃材料玻璃型号整窗参数1ALow-E中空玻璃CEF11-53S+12A+6CK=2.69, SC=0.302BLow-E中空玻璃CEF21-38F+12A+6CK=2.70,SC=0.183CLow-E中空玻璃CEB13-63S+12A+6CK=2.71, SC=0.394DLow-E中空玻璃CES11-82S+12A+6CK=2.75 ,SC=0.495E热反射镀膜中空玻璃6CGC108S+12A+6CK=3.46,SC=0.186F普通透明中空白玻璃6C+12A+6CK=3.60, SC=0.83图6- 1 夏热冬暖地区（南宁）居建：不同中空玻璃时建筑全年模拟总能耗关系图图6- 2 夏热冬暖地区（南宁）公建：不同中空玻璃时建筑全年模拟总能耗关系图综合比较可知，建筑能耗随遮阳系数的增大而增大，遮阳系数对能耗的影响明显大于传热系数。其原因在于夏热冬暖地区夏季炎热、冬季温暖，在总能耗中夏季空调能耗约为冬季采暖能耗的3倍，遮阳系数在夏季减少太阳辐射得热的作用远大于冬季吸收太阳辐射采暖的作用，而传热系数在夏季散热和冬季保温的效果上不能兼顾。因此，在夏热冬暖地区采用遮阳系数较小的中空玻璃，获得的节能效果较为显著。6.3中空玻璃选择的要点（1）在夏热冬暖地区，减少夏季太阳辐射得热是外门窗节能的主要方面，优先选用遮阳系数较小的中空玻璃。（2）较之于单片玻璃，中空玻璃在隔热隔声等方面具有优越的性能，但其价格偏高，应根据具体项目的气候、环境和经济条件进行选用。如在冬季气温较低的夏热冬暖地区可选用中空玻璃，以兼顾冬季保温的需求；临近街道、工厂等噪声源的项目可选用中空玻璃以减少外部噪声的干扰等。（3）在选用Low-E中空玻璃时，应根据需要选择不同的镀膜层位置。寒冷气候条件下，在对室内保温的同时希望更多地获得太阳辐射热量，此时镀膜面应位于3#位置（详图6-3）；炎热气候的夏热冬暖地区，希望进入室内的太阳辐射热量越少越好，此时镀膜面应位于2#位置（详图6-3）。但在夏热冬暖地区采用吸热玻璃与Low-E玻璃组成中空时，膜面在2#或3#位置时的传热系数都是最小，但3#位置的太阳得热系数比2#位置小得多，此时Low-E膜层应该位于3#位置。相关规范详附录一【11】 。图6- 3 Low-E膜层位置图表6-2 Low-E中空玻璃镀膜面位置对SC的影响 依据中国耀华玻璃集团相关资料整理。玻璃种类膜面位置遮阳系数ScU冬透明Low-E2#面0.611.793#面0.691.79冷灰Low-E2#面0.311.663#面0.531.66表6- 3 Low-E玻璃膜层位置对热工性能的影响 依据中国耀华玻璃集团相关资料整理。镀膜面位置（室外）1#2#3#4#（室内）白玻组合K值（W/m2K）2.6771.9231.9232.041SHGC值0.6320.6250.6760.640吸热玻璃组合 (以浅绿为例)K值（W/m2K）2.6801.9251.9252.042SHGC值0.4160.5860.3470.345第七章 常用窗材组合选择7.1常用窗材组合类型窗材组合的节能性能主要表现为对室内外热流和气流的控制能力，主要的性能指标有传热系数（保温隔热）、遮阳系数（太阳辐射得热）、气密性能（对流换热）、采光性能（自然采光）和开启性能（通风和使用）。其中，气密性能、采光性能和开启性能需要遵照相关规范和功能需求予以确定。因此，在窗材组合选择时，主要考量的性能指标为传热系数K和遮阳系数SC。 窗材组合由窗框材和玻璃组成，夏热冬暖地区三种常用窗框材（普通铝合金框材 根据中华人民共和国建设部第218号建设部推广应用和限制禁止使用技术公告，非断热金属型材制作的单玻窗不得用于具有节能要求的房屋建筑；普通铝合金框材与各类单片玻璃的窗材组合属于此项限制技术。从夏热冬暖地区的实际情况出发，普通铝合金单玻窗组合已应用多年，具有一定的参考价值，故在本指南中与其他类型的窗材组合一并列出进行对比分析。、断热铝合金框材、PVC塑钢框材）和四种常用玻璃（普通透明白玻璃、热反射镀膜玻璃、在线高透型Low-E玻璃、在线遮阳型Low-E玻璃）的组合性能列于表7-1。表7- 1 窗材组合代号及参数窗材组合序号窗材组合代号玻璃材料窗框材料整窗参数1A普通透明白玻璃普通铝合金K=6.4, SC=0.79, 窗框比0.22B普通透明白玻璃断热铝合金K=5.7, SC=0.79, 窗框比0.23C普通透明白玻璃塑钢PVCK=5.04,SC=0.69, 窗框比0.34D热反射镀膜玻璃普通铝合金K=6.4, SC=0.46, 窗框比0.25E热反射镀膜玻璃断热铝合金K=5.7, SC=0.46, 窗框比0.26F热反射镀膜玻璃塑钢PVCK=5.04,SC=0.40, 窗框比0.37G在线高透型Low-E玻璃普通铝合金K=5.9, SC=0.74, 窗框比0.28H在线高透型Low-E玻璃断热铝合金K=5.3, SC=0.74, 窗框比0.29I在线高透型Low-E玻璃塑钢PVCK=4.9, SC=0.64, 窗框比0.310J在线遮阳型Low-E玻璃普通铝合金K=4.3, SC=0.42, 窗框比0.211K在线遮阳型Low-E玻璃断热铝合金K=3.7, SC=0.42, 窗框比0.212L在线遮阳型Low-E玻璃塑钢PVCK=3.5, SC=0.36, 窗框比0.37.2常用窗材组合选择的对比分析以位于广西南宁的居建和公建示范项目为例，采用不同的窗材组合进行模拟，对比分析其对建筑能耗的影响，结果如图7-1,7-2所示。图7- 1 夏热冬暖地区（南宁）居建：不同窗材组合时建筑全年模拟总能耗关系图图7- 2 夏热冬暖地区（南宁）公建：不同窗材组合时建筑全年模拟总能耗关系图综合比较可知，遮阳系数较小的窗材组合能耗较小，主要取决于玻璃的选择；传热系数最小的PVC塑钢框材组合能耗最小。断热铝合金框材组合的传热系数小于普通铝合金框材组合，应用于有冬季采暖要求的公共建筑上，前者的能耗低于后者；而应用于没有冬季采暖要求的居住建筑上时，较小的传热系数，使得断热铝合金框材组合在夏季夜晚散热性能不如普通铝合金框材组合，导致其能耗较高。综合以上分析结果可知，夏热冬暖地区窗材组合的节能效果比较，玻璃性能的影响大于框材性能，遮阳系数的影响大于传热系数， 空调能耗的比重大于采暖能耗。7.3常用窗材组合选择的要点（1）根据规范确定窗材组合的气密性等级；根据规范和功能要求确定窗材组合的采光性能和开启性能。相关规范详附录一【7】、【8】、【9】、【10】、【19】、【20】 。（2）在窗材类型上，优先选择玻璃，次之框材；在性能参数上，优先选择遮阳系数，次之传热系数。（3）整窗参数优先选择综合遮阳系数小的窗材组合；有冬季采暖要求时可优先选择传热系数小的窗材以利于保温，无冬季采暖要求时可选择传热系数大的窗材以利于散热。例如，公共建筑可选用断热铝合金框材/PVC塑钢框材+热反射镀膜玻璃/遮阳型Low-E玻璃的组合。在夏季炎热的地区，普通铝合金框材较之于其他框材更符合夏季夜晚散热的要求，且非常经济，如在权衡判断中能满足节能率的要求，居住建筑可选用普通铝合金框材/PVC塑钢框材+热反射镀膜玻璃/遮阳型Low-E玻璃的组合。其中，普通铝合金框材需选择与非单片玻璃进行组合，以满足建设部第218号建设部推广应用和限制禁止使用技术公告的要求。（4）遮阳系数和传热系数在夏、冬两季对建筑节能的影响均存在相反的效果，这一矛盾在冬季相对较冷的地区较为突出，可通过其他方式的优化和变通得以解决。例如，选用传热系数较小的窗材组合以加强冬季保温效果时，可加大开启面积和采用便捷的开启方式，利于夏季夜晚的通风散热；选用遮阳系数较大的窗材组合以加强冬季自然得热和采光效果时，可采用可变透光率的玻璃和活动外遮阳等构造，有效减少夏季太阳辐射得热带来的空调能耗。第八章 经济性选择8.1节能造价比计算“节能造价比”是指以普通铝合金框材+普通6mm白玻为基准，按照统一的建筑模型进行节能模拟计算，得出的每年节能量的差值，除以窗系统的造价差值（指信息价）得到的比值，其含义在于，节能窗造价增量每平方米每增加一元，每年可节约的能耗（kWh）的值。节能造价比CC按下式计算。其中：CC节能造价比； EJ选用的节能窗型在基准建筑模型下的计算全年能耗值（单位：kW h）E6当地常用普通铝合金框+6mm白玻璃在基准建筑模型下的计算全年能耗（单位： kW h） PJ节能窗的造价（元）P6普通铝合金+6mm白玻璃的造价（元）8.2经济性选择方法以广西建筑科学研究设计院玉洞科研实验楼为例，根据该建筑全年能耗模拟的结果以及市场上各种玻璃单价的调查结果，对各种常用玻璃的能耗进行经济性分析，结果见表8-1和图8-1、8-2。（1）玻璃单价：依据南宁市2011-2012年的南宁建材信息价获得各种玻璃的平均市场参考价作为计算依据；（2）能耗模拟的整窗全部统一采用断热铝合金框；（3）电费：依据南宁市的电价，按0.6元/kWh进行计算；（4）增量成本收回时间：以成本最低的6mm单片白玻为基准计算，各种玻璃的相对增量成本按照静态回收期计算需要的年限；（5）全寿命可节约能耗：窗玻璃的使用寿命按30年计算时相对于使用6mm单片白玻时可以节约的能耗。表8- 1 节能玻璃选用经济性分析表玻璃类型玻璃参考价(元/)玻璃成本(元)全年总能耗(KWh)全年节能造价比能耗比全年节约电费(元)增量成本回收时间(年)全寿命可节约能耗(KWh)全寿命周期（30年）总成本（元）全寿命周期每平方米玻璃可节约能耗(KWh)6mm单片白玻3824130479064-100.00%0008647282-6mm单片热反射镀膜玻璃94596904625340.464896.55%99183.5949590083853027816mm单片遮阳型LOW-E玻璃125793754537190.458894.71%152073.63760350824631711976mm+0.76PVB+6mm夹胶玻璃1631035054547290.306694.92%146015.44730050828862711506mm+9A+6mm中空白玻143908054682240.162697.74%650410.253252008518837512遮阳型LOW-E6mm+9A+6mm中空玻璃2771758954351840.289190.84%263285.76131640080092072073 图8-1 6种玻璃增量成本回收期 图8-2 6种玻璃全寿命周期总成本从统计分析结果可知：单片白玻价格最低、能耗最高，遮阳型Low-E中空玻璃价格最高，能耗最低；从短期成本回收角度看，单片热反射镀膜玻璃和单片遮阳型Low-E玻璃的回收期较短，具有很高的性价比，可以优先选择；遮阳型Low-E中空玻璃的回收期较长，但全寿命周期的总成本和能耗最低，有着巨大的经济效益和社会效益，值得大力推广；而透明中空白玻的回收期最长，能耗及总成本仅次于单片白玻，性价比最低，在本气候区内不适用。第九章 应用实例9.1项目概况（1）项目名称：广西建筑科学研究设计院产业化基地项目科研实验楼（2）建设地点：广西南宁市良庆区亮岭路17号 院产业化基地（3）气候分区：夏热冬暖地区（4）建筑朝向：南偏东47.9（5）建筑分类：多层公共建筑（6）结构类型：框架结构（7）体型系数：0.30（8）建筑面积：3741.24m2（9）建筑高度：22.20m（9）围护结构构造外墙类型（由外至内）：防水抗裂腻子（3.0mm）+泡沫玻璃（15.0mm）+泡沫玻璃专用聚合物粘结砂浆（3.0mm）+水泥砂浆（20.0mm）+陶粒增强加气混凝土砌块（190.0mm）+混合砂浆（20.0mm）屋面类型（自上而下）：水泥砂浆（20.0mm）+细石混凝土（40.0mm）+泡沫玻璃（50.0mm）+泡沫玻璃专用聚合物粘结砂浆（3.0mm）+沥青油毡（3.0mm）+聚氨酯防水卷材（1.5mm）+水泥砂浆（20.0mm）+轻质陶粒混凝土（20.0mm）+钢筋混凝土（120.0mm）+石灰水泥砂浆（12.0mm）架空楼板：水泥砂浆（20.0mm）+钢筋混凝土（100.0mm）+石灰水泥砂浆（12.0mm）外窗类型：6厚单层热反射镀膜玻璃+普通铝合金窗框（推拉窗）9.2设计步骤（1）朝向选择和优化科研实验楼位于广西建筑科学研究设计院产业化基地内，用地窄长且长轴呈南偏东47.9朝向，科研实验楼的建筑朝向亦为南偏东47.9，属于不利朝向，采取了以下措施：1）总平面各单体排列沿南北向呈斜列式布局，开口朝向为东南向，即南宁市的主导风向，利于夏季通风（如图9-1）。图9-1 科研实验楼总平面示意图2）西向布置楼梯间和卫生间等辅助功能房间，主要实验室、办公室位于中部，避开不利朝向（如图9-2）。3）东南向各房间外窗设置为45斜窗，即外窗朝向为南偏东2.9（如图9-2），在夏热冬暖代表地区的建筑建议朝向表（详表3-1）中属于南宁市的最佳朝向。图9-2 科研实验楼平面图（2）窗墙比计算1）按第四章4.2节的窗墙比计算规则，计算出各个朝向的外窗、外墙面积和窗墙比，详表9-1。表9-1 科研实验楼外窗（包括透明幕墙）、外墙面积汇总表朝向外窗（包括透明幕墙）(m2)外墙(m2)朝向窗墙比东154.471329.860.12南201.60403.000.50西271.591479.810.18北6.0043.560.14合计633.663256.220.192）根据围护结构传热系数和综合遮阳系数限值表（详广西公共建筑节能设计规范DBJ45/003-2012 表4.2.2-2），东向、西向、北向窗墙比均小于0.2，其外窗传热系数K W/(m2K)限值为6.5；南向窗墙比为0.50，其外窗传热系数K W/(m2K)限值为3.0，综合遮阳系数Sw0.40；如不满足上述规定，须进行权衡判断。（3）窗材组合选择1）查表（详附录一，常用外窗热工性能参数表）可知，表中常用的玻璃和窗框材组合传热系数K W/(m2K)均小于6.5，可用于东向、西向和北向外窗。2）根据第七章的窗材组合选择要点，可选取热反射镀膜玻璃/Low-E中空玻璃+普通铝合金框材/断热铝合金框材/PVC塑钢框材的组合作为备选，并进行下一步的分析。（4）性价比查询根据节能玻璃选用经济性分析表（详表8-1），单片热反射镀膜玻璃具有较高的性价比，而Low-E中空玻璃具有全寿命周期总成本和能耗最低的特点，普通铝合金窗框材具有较低的价格、较好的散热和耐久性能，因此将Low-E中空玻璃+普通铝合金窗框材组合和单片热反射镀膜玻璃+断热铝合金窗框材组合作为备选，通过权衡判断做进一步比较。（5）外遮阳设置所有外窗均采用水平外遮阳形式，花池挑板深度为1米，由此计算各朝向的外窗综合遮阳系数Sw为0.340.37，满足规范要求。（6）可开启面积计算和气密性确定1）外窗全部采用推拉窗，可开启面积大于30%，符合公共建筑节能设计标准GB50189-2015第3.2.8条规定（详附录一【7】）。2）外窗气密性等级确定为6级，符合公共建筑节能设计标准GB50189-2015第3.3.5条规定（详附录一【9】）。（7）整体节能计算1）节能计算：分别采用单片热反射镀膜玻璃+断热铝合金窗框材组合（传热系数K W/(m2K)为5.7，综合遮阳系数Sw为0.34）和Low-E中空玻璃+普通铝合金窗框材组合（传热系数K W/(m2K)为3.5，综合遮阳系数Sw为0.37），在节能设计软件中选取相应材料和参数，进行权衡判断。设计建筑和参照建筑能耗计算结果如表9-2、9-3、9-4所示。表9-2 设计建筑能耗计算（单片热反射镀膜玻璃+断热铝合金窗框材组合）能源种类能耗(kWh)单位面积能耗#(kWh/m2)空调耗电量421245112.60采暖耗电量4078210.90总计462027123.50表9-3 设计建筑能耗计算（Low-E中空玻璃+普通铝合金窗框材组合）能源种类能耗(kWh)单位面积能耗#(kWh/m2)空调耗电量418940111.98采暖耗电量362239.68总计455163121.66表9-4 参照建筑能耗计算能源种类能耗(kWh)单位面积能耗#(kWh/m2)空调耗电量506740135.45采暖耗电量233786.25总计530118141.70图9-1 能耗分析图（单片热反射镀膜玻璃+断热铝合金窗框材组合）图9-2 能耗分析图（Low-E中空玻璃+普通铝合金窗框材组合）2）图表分析：从上述图表可以看出，采用单片热反射镀膜玻璃+断热铝合金窗框材组合和Low-E中空玻璃+普通铝合金窗框材组合，均能在权衡判断中满足节能率50%的要求；其中，采用单片热反射镀膜玻璃+断热铝合金窗框材组合的建筑节能率为56.42%，采用Low-E中空玻璃+普通铝合金窗框材组合的建筑节能率为57.07%，后者较前者高出0.65%。3）规范分析：单片热反射镀膜玻璃+断热铝合金窗框材组合的传热系数K W/(m2K)为5.7，不满足公共建筑节能设计标准GB50189-2015第3.4.1条的规定（详附录一【12】），即南向窗墙比大于0.40，其外窗传热系数K W/(m2K) 4.0时方可进行权衡判断；而在广西公共建筑节能设计规范DBJ45/003-2012中并未将外窗传热系数限值作为进行权衡判断的前提条件，传热系数对能耗影响程度与地域气候情况有较密切关系，因此，此项选择按照地方标准规定比较合适。4）对比选择：鉴于夏热冬暖地区的气候特点，外窗遮阳系数的对节能量的影响远大于外窗传热系数，传热系数较小的Low-E中空玻璃与传热系数较大的单片热反射镀膜玻璃相比较，前者的节能率比后者仅高出不足0.7%，而前者的造价约3倍于后者。可以看出，在满足节能率50%的前提下，刻意选取传热系数K W/(m2K) 4.0的外窗会导致造价的大幅增加，对项目的节能设计没有实际意义。5）结论：综上所述，广西建筑科学研究设计院产业化基地项目科研实验楼的外窗选型采用单片热反射镀膜玻璃+断热铝合金窗框材组合的推拉窗时，建筑的全年能耗小于参照建筑的全年能耗，节能率为56.42%，其节能设计已经达到了节能要求。因此，该设计选择了节能性价比更高的单片热反射镀膜玻璃+断热铝合金窗框材组合。附录一. 相关规范条文 公共建筑节能设计标准（GB50189-2015）【1】3.1.3建筑群的总体规划应考虑减轻热岛效应。 建筑的总体规划和总平面设计应有利于自然通风和冬季日照。建筑的主朝向宜选择本地区最佳朝向或适宜朝向，且宜避开冬季主导风向。【2】3.2.2 严寒地区甲类公共建筑各单一立面窗墙面积比(包括透光幕墙)均不宜大于0.60； 其它地区甲类公共建筑各单一立面窗墙面积比(包括透光幕墙)均不宜大于0.70。【3】3.2.3 单一立面窗墙面积比的计算应符合下列规定：1 .凸凹立面朝向应按其所在立面的朝向计算；2 .