（农业生物环境与能源工程专业论文）重庆市住宅门窗节能现状及其对策研究.pdf

摘要 重庆市住宅门窗节能现状及其对策研究 农业生态环境与能源工程专业硕士研究生唐宁 指导教师彭义教授 摘要 在世界建筑发展的大潮中，建筑节能是建筑技术进步的一个重大标志，也是建筑界实施 可持续发展战略的一个关键环节。社会经济的发展，减轻大气污染，改善建筑热工环境以及 发展建筑业，都需要我们进行建筑节能。 近儿十年来，国外在建筑节能方面进行了大萤的尝试，提出了不少理论和观点，有些技 术己得剑大量的运用。我国的建筑节能工作开始于八十年代初期，之后不断提高对建筑节能 的重视程度，也取得了长足进展。目前，我国仍然是建筑能耗大国，建筑节能工作还处于初 步发展阶段，与发达国家相比，还有相当火的距离。 近些年来，重庆地区住宅业蓬蓬勃勃地发展，其节能情况在整个建筑节能中占据着重要 的地何。居住建筑的耗能鬣是由通过建筑物围护结构的传热、冷耗能和通过门窗缝隙的空气 渗透耗热、冷量两部分构成。窗户的传热、冷耗能量与空气渗透耗热、冷量相加，约占全部 耗热、冷鼍的一j 卜左右。可见，窗户是“耗能大户”，是节能的重点部位，改善建筑物窗户的 保温性能和加强窗户的气密性是建筑：肖能的重要内容。 本文从调夯目前重庆市住宅门窗入手，首先分析了各种门窗材料特性并探讨了门窗的传 热特点、以及影响门窗节能的因素；其次对目前住宅建筑外门窗发展的现状进行了分析，提 山了一些使用丁重庆住宅门窗：1 ，能的设计方法，通过算例，对采用不同节能措施的外门窗的 肖能效果与经济效盗进行了对比：探讨了外门窗：1 7 能设计中可行的理论和实用性方法措施。 设计出了一些适合重庆地区的二1 ，能窗型并以实验进行了验证。通过本文的研究，希望使人们 对f j 的窗节能有更全面和清晰的认识，并期望能为重庆市住宅的节能设计工作提供一些理论 依据。 关键词：建筑节能重庆地区窗户节能居住建筑节能设计 两南大学硕十学何论文 a bs t r a c t b u i l d i n ge n e 瑁yc o n s e a t i o ni sag r e a to fc o n s t m c t u r et e c h n o l o g yp r o g r e s si nt h ed e v e l o p m e n t o fw o r l dc o n s 饥j c t u r e ，a n di ti sak e y p o i n ti ns u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fc o n s t m c t u r e w en e e d b u i l d i n ge n e 唱yc o n s e r v a t i o ni nm a i l ya s p a c t ss u c h 硒d e v e l o p i n gs o c i a le c o n o m y ， r e d u c i n ga i r p o l u t i o n ，i m p r o 、r i n gc o n s t l l j c m r eh e a te n v i o n n e n t ，a n dd e v e l o p i n gc o n s t m c t u r ee n t e 叩r i s e ，e t c s o m er e s e a r c ho 唱a n i z a t i o nm a d ec u ta n dc 叫a i l dp u tf o r w a r dm a n yt h e o r i e so n e n e 唱y e 伍c i e n c yt h e s ey e a r s ，a n dm a n yt e c h n i q u e sw e r ea p p l i e di n t op r a c t i c e i no u rc o u n t 巧， t h e i m p o r t a n c eo fe n e r g ye 伍c i e n c yw 勰n o tk n o w ns i n c e1 9 8 0 s ， a n dw eh a v eg o ts o m ea c h i e v e m e n t t h e s ey e a r s n o w ， e n e r g ye m c i e n c yi sc o n s i d e r e dn o te n o u g hi na r c h i t e c t u r ed e s i 印a l t h o u g ho u r e n e r g yc o n s u m p t i o ni sm o r et h a l lo t l l e rc o u n t i y t h ee n e 唱ye m c i e n c yi no u rc o u n t d ri st h e i n c i p i e ms t a g ea n dw eh a v es o m ed i s t a n c ec o m p a r e dw i t ht h ed e v e l o p e dc o u n t 巧 t h er e s i d e n c ei nc h o n g q i n gg e t sar a p i dd e v e l o p m e n tt h e r ey e a r s ，a n dt h ee n e f g ye m c i e n c yo f t h er e s i d e n c ei st h em a i np a r ti nw h 0 1 ee n e 唱ye 历c i e n c y t h eh e a tc o n s u m p t i o no fr e s i d e n c e c o m p o s e db yh e a tt r a n s f e rm o u g he x t e r i o 卜p r o t e c t e dc o n s t m c t i o na n da i rp e 肌e a t e st h o u g ht h eg a p o fd o o r sa n dw i n d o w s t h eh e a tc o n s u m p t i o nm o u g hw i n d o wo c c u p y5 0 ， s ow i n d o wi st h e i m p o r t a n tp a ni 1 1e n e l i g ye f h c i e n c ya n dc h a n g et t l ep e r f o 皿a n c eo ft h ew i n d o wa n de n h a n c et h e a b j u r a t i o no fw i n d o wa r et h em a i nc o n t e n t si ne n e r g ye f f i c i e n c y t h ea u t h o rg a v es o m ei n e t h o d so fd e s i g nf r o mi n v e s t i g a t i o no fr e s i d e n c ei nc h o n g q i n g f i r s t l y ， m a t e r i a lo fd i 腩r e n tk i n d so fd o o ra n dw i n d o wi s 锄a l y z e d ，a n dt l l e i rd i a t h e m 】a n o u sc h a r a c t e r sa n d f a c t o r so fi n f l u e n c et oe n e f g y c o n s e r v i n ga r ea l s od i s c u s s e d s e c o n d l y ，d e v e l o p m e n t a ls t a t eo fo u t e r d o o rw i n d o wo fm ep r e s e n td o m e s t i ca r c h i t e c t u r ei sa n a l y z e d ， a n dt h ea u t h o rg a v es o m em e t h o d so f d e s i g nf o mi n v e s t i g a t i o no fr e s i d e n c ei nc h o n g q i n g e n e i ：g y s a v i n ge f r e c ta n de c o n o m i cb e n e n to f d i f r e r e n to u t e rd o o rw i n d o wa r ec o m p a r e dw i t he a c ho t h e r sb ym e a n so fe x a m p l eo fc a l c u l a t i o n a n d t h ef e a s i b l et 1 1 e o 掣i ne n e r g y s a v i n gd e s i g no fo u t e rd o o rw i n d o wa n dp r a c t i c a b i l i t ) rm e t h o da n d m e a s u r ea r ea nd i s c u s s e d 1 1 1a d d i t i o n ，t h ea u t h o rd e s i g l l e ds o m ew i d o w so fe n e r g ) re 娟c i e n c ya n d v a l i d a t e dt h e mi 1 1l a b t h ea u t h o rw i s h e sm a tt h i sr e s e a r c hc a l l 百v es o m ec l e a ra n da l l s i d e d c o g n i t i o nt op e o p l ea n do 虢rs o m em e o 叫b a s i sf o r t h ed e s i 印o fe n e 唱ye m c i e n c yo nr e s i d e n c ei n c h o n g q i n g k a yw o r d s ：e n e r g ye m c i e n c y ， t h er e g i o no fc h o n g q i n g ， e n e r g ye m c i e n c yo f w i n d o w ， e n e r g ye f n c i e n c yd e s i g no fr e s i d e n c e i i 独创性声明 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加了 标注。 学位论文能寅勺 签字魄卯年岁月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生部可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：两目 导师签名：劾义 签字日期：硼影年歹月【占日签字日期：函鹤年s 月届日 笕1 章文献综述 第1 章文献综述 1 1 建筑节能及其意义 建筑。1 7 能是指在建筑物的设计、建造和使用过程中，执行建筑节能的标准和政策，使用 仃能型的建筑材料、器具和产品，提高建筑物的保温隔热和气密性能，提高采暖供热系统的 远行效率，以减少能源的消耗。建筑节能是执行国家：1 j 约能源、保护环境基本国策，实现可 持续发展战略的重要组成部分，是世界建筑发展的大趋势，是改善人类居住环境的需要，也 是今后建筑技术发展的产业升级的重点。在全世界日益增长的能源消耗中，无论是发达国家 还是发展中国家，约有3 0 5 0 的能量消耗于建筑的建造与使用过程中。建筑能耗所带来 的能源浪费、环境污染日益严重。世界建筑发展的人潮中，建筑节能是建筑技术进步的一个 重人标忐，也是建筑界实施可持续发展战略的一个关键环节。社会经济的发展，减轻大气污 染，改善建筑热t 环境以及发展建筑业，都需要我们进行建筑节能。建筑节能成为全球建筑 界关注的热点，是人类住区实现可持续发展的重要环节，也是我国建筑业应积极开拓的重要 领域。建筑1 ，能在发达国家建筑节能受到高度重视，已经形成了十分广阔的建筑节能市场， 推动了建筑：i ? 能产业的快速发展，各种节能新技术、新产品不断涌现，节能技术得到了广泛 戍川。 随着社会的进步，建筑能源消耗也迅速地增加，国际上发达国家的建筑能耗一般占全国 总能耗的3 3 左以( 美国占4 0 ) 。我国建筑能耗按广义能耗统计，约占全国总能耗的4 0 以 上。目前我国每年房屋建筑面积平均约1 0 亿平方米，其中，住宅面积约5 到6 亿平方米，公 共建筑面积3 亿平方米，工业建筑面积1 亿平方米。公共建筑节能如果按节能5 0 的标准测 算，每平方米公共建筑面积每年可节约3 0 公斤标准煤( 每公斤含热7 0 0 0 大卡( 2 9 3 0 6 千焦) 的定为标准煤，也称标煤。) ，每年公共建筑就可节能9 0 0 万吨标准煤。预计至2 0 1 0 年我国采 暖区位宅面积约有2 1 6 亿m 2 ，房屋建筑面积为4 0 亿肝。可见，在我国建建筑节能潜力非常 人，如果措施得当，将会在缓解我国紧张能源方面取得举足轻重的作用。 1 2 国外建筑节能研究现状 1 2 1 建筑能耗 欧关发达国家随着人们生活水平的提高，住宅能耗所占全国能耗的比例都相当高，在居 位能耗中由丁各国国情的不同，也有相当大的差别。对于天气寒冷期较长的一些国家和地区， 如北欧国家、加拿人，其采暖及供热水能耗均占住宅能耗中的大部分。发达国家城市及乡村 建筑酱遍装有采暖设备，所用能源主要是煤气，燃料油或者电力。其采暖室温一般为2 0 2 2 ，多没有恒温控制器米自动调i 了室温。与我国相比，在相近的气候条件下，发达国家年 内采暖时间较长，同时长年供应家用热水，炎热地区建筑内则安装有空调设备。 两南人学硕十学何论文 在发达国家，既有建筑的能耗比新建建筑能耗多得多，要使建筑节能取得突出成效，就 必须大力推进既有建筑的：1 了能改造工作。北欧和中欧国家在1 9 8 0 年前即己形成按：1 7 能要求改 造旧房的高潮，到8 0 年代中期即已基本完成。西欧、北美的既有房屋也早己逐步组织一仃能改 造。冈此有些国家尽管建筑面积逐年增加，但整个国家建筑能耗却人幅度卜j 降。如丹麦1 9 9 2 年比1 9 7 2 年的采暖建筑面积增加了3 9 ，但同时采暖总能耗相比于1 9 9 2 年减少了3 1 1 ；采 暖能耗占全国能源总消耗的比例，也由3 9 下降为2 7 ，每平米建筑面积采暖能耗由1 2 9 g j ( 1 0 的9 次方焦耳) 减少到0 6 4 g j 以下，即减少了5 0 比1 。 1 。2 2 外围护结构传热系数 西方发达国家在经历了1 9 7 3 年世界性石油危机后，都十分重视建筑物1 ，能问题。一方面 从建筑法规上保障：1 了能方针的有效实施，一方面从经济上加以引导、鼓励或限制。为了推进 建筑：1 ，能，发达国家自2 0 世纪7 0 年代开始都先后颁布了若干标准，组成配套体系标准。随 着能源紧张的加剧和科学技术的进步，各国均是每隔一定年限就修订一次与一侈能有关的标准， 提高节能要求，挖掘技术潜力。从具有代表性的国家上看，目前法国执行的己是彳t 油危机斤 第三个节能2 5 的标准。英国的标准中外墙传热系数 单位为w ( m 2 k ) 限值1 9 7 5 年时为 1 0 ，到1 9 8 2 年降至o 6 ，1 9 8 8 年再度减为o 4 5 。北欧国家丹麦的建筑法规最初规定，外墙 依其自重不同，传热系数虑不大于o 6 和1 0 ，经1 9 7 7 年和1 9 8 5 年的修订逐步降低剑0 3 0 和 0 3 5 ，而现在分别为o 2 0 和0 3 0 德国：悔能规范中建筑同护结构中外墙目前为0 5 ，外窗为 0 7 1 。可以看出在这些国家的标准中对建筑节能的要求越来越高同时这些标准都得剑认真的 遵守。 1 3 我国建筑节能现状 我国幅员辽阔，气候复杂多样，但大部分地区属于东南砸季风气候，冬季多干冷的偏北 风，气温较低，空气湿度小，干冷时间长。夏季多暖湿的偏南风，气温高，人部分地区极端 气温超过4 0 ，湿度高达7 5 8 1 ，另外我国同一地区气温年差较大。在北方地区二仃能设计 的重点是冬季保温，南方地区主要是夏季隔热，而中间地区则是冬冷夏热，每年炎热季+ 1 了有3 4 个月，寒冷天气有2 3 个月，冬夏相对湿度平均高达7 1 8 3 ，最热月室内平均气温达3 2 3 3 ，最冷月室内平均气温只有4 6 ，这一地区建筑围护结构保温隔热普遍不良，义无采 暖设备，现有建筑靠空调改善热环境，能源消耗大。由此可见，湿热干冷、复杂多样的气候 使得我国建筑节能工作既复杂又艰巨。 我国建筑耗能一般包括建筑采暖、空调、降温、电气、照明、炊事、热水供应等所使刚 的能源，其中以采暖能耗数量最多。 归纳起来，我国建筑耗能的特点是： ( 1 ) 建筑规模大：近几年由于住房制度改革，建筑增长速度快，以北京市为例，每年增加 2 第1 章文献综述 的房屋面积达1 2 0 0 万平方米； ( 2 ) 建筑热丁性能差；数最如此巨大的房屋建筑，保温隔热和气密性却很差，由于空气渗 透的热量1 1 i 全部热损失的一半以上； ( 3 ) 采暖效率低：我国采暖政策规定一年内平均气温5 ，且超过3 个月的地区才定为采 暖地区。采川锅炉供暖，采暖设备落后，供暖效率低成本高，对环境污染大，同时系统内室 温冷暖不匀现象严重。 据统计，目前我国采暖地区城镇建筑每年各种形式的采暖用能1 1 4 3 0 万吨( 标准煤) ，长 江流域冬季空调采暖用能6 0 0 万吨( 电折煤) ，其它建筑用能8 8 0 万吨。2 0 0 0 年全国采暖用能 增长剑建筑总能耗的1 3 ，而建筑能耗约占全国总能量的2 7 8 ，居耗能之首。并且建筑的采 暖和空凋能耗还在不断扩大。以上数据只是城镇建筑中消耗的商品能源。长期以来我国广大 农村则以生物能源为主，燃烧柴草和农作物秸杆，一年就要烧掉薪柴秸杆折合标准煤2 6 亿 吨，生物能的消耗极人。致使水土流失加剧，生态环境遭到严重破坏h 1 。因此，建筑作为耗能 的人户，建筑节能就成为国计民生的大问题，现有的大量建筑急需进行节能改造，新建建筑 需要进行节能规划利设计，我国的建筑节能工作任重道远。 1 3 1 我国居住建筑节能状况 近儿十年米，国外在建筑节能方面进行了大量的尝试，提出了不少理论和观点，有些技 术已得剑人量的运用。我国在此方面差距较大。我国是从8 0 年代初期开始推动住宅建筑节能。 首先从严寒地区、寒冷地区兴起后，已开始发展到夏热冬冷地区，并正在向夏热冬暖地区推 进。第一阶段从1 9 8 6 年起，要求在1 9 8 0 年至1 9 8 1 年，在当地通用设计能耗水平的基础上节 能3 0 。进入2 0 世纪9 0 年代，经过多方努力，全国节能建筑己达到约5 0 0 0 万开。尽管取得 了可观的成果，但是这些节能建筑与全国采暖地区新建居住建筑面积相差甚远。第二阶段根 据形势发展，国家加大了建筑节能力度。1 9 9 6 年，在北京召开了全国建筑节能工作会议，从 1 9 9 6 年起剑2 0 0 0 年，在达到第一阶段：1 了能要求的基础上，再节能3 0 。现在我国节能工作己 进入。i 了能5 0 的第二阶段。虽然国家在第二阶段加大节能工作力度，在三北地区相继兴建了不 少：1 ，能建筑，然而，所建的节能建筑，不论在数量上，还是在质量上，远远没有达到节能5 0 的要求。东北三省，地处严寒，进行建筑节能得天独厚。为了推动：肖能工作开展，于1 9 9 2 年， 国家计委出台了优惠政策，即北方节能住宅减免5 的固定资产投资方向调节税，各地也相继 颁发了收取使川实心粘十砖限制使用费。这些政策对于建筑节能工作起到了积极作用。 虽然我国积极推进建筑：1 ，能，但与发达国家相比还是有很大的差距。如起步较晚、成本 较高、1 ，能的效果不良等，但也取得一些进展。与气候条件相近的发达国家相比。我国多层 住宅单位能耗外墒为它们的4 5 倍，屋顶为2 5 5 5 倍，外窗为1 5 2 2 倍，门窗的空气渗 透锚为3 6 倍，总的能耗是发达国家的3 4 倍。由于目前我国使用的门窗8 0 共至更多为 1 ，能窗，热损火较太，根据权威部门对住宅闱护结构和热工测试结果证明，在同样建筑结 3 两南大学硕十学位论文 构的住宅内，热量损失有4 0 5 0 是通过门窗损失的( 包括门窗传热耗热量和通过fj 窗缝隙的 空气渗透耗热量) 。目前市场上绝大部分窗为非节能窗，约占8 0 怕1 。我国从宣传介绍发达国 家的建筑节能状况、制定采暖居住建筑节能设计标准起步，继而不断颁布了一系列的法规与 标准，说明中国正不断提高对建筑节能的重视程度。而且，在实际t 程中，建筑二1 j 能：i ：稗从 点到面正逐步扩展，己从少数北方城市建造单栋节能试点住宅发展为几十个南北方城市成批 建造建筑i 了能示范小区。 1 3 2 我国居住建筑节能目标 基于我国国情和节能工作发展的需要，1 9 9 5 年国家建设部颁布建筑节能“九五”计划 和2 0 1 0 年规划规定：第一阶段：新建采暖居住建筑1 9 9 6 以前，在当地通用设计能耗的基础 上普遍降低3 0 ；第二阶段：1 9 9 6 年起在达到第一阶段要求的基础上节能3 0 ：第三阶段：2 0 0 5 年起在达到第二阶段的基础上再：仃能3 0 。对采暖地区热环境差或能耗大的既有建筑的1 ，能改 造工作，2 0 0 0 年起重点城市成片开始，2 0 0 5 年起各城市酱遍开始，2 0 1 0 年重点城市普遍推行。 新建公共建筑2 0 0 0 年做到节能5 0 ：2 0 1 0 年在第一阶段的基础上再= 符能3 0 。夏热冬冷地区 民用建筑2 0 0 0 年起开始实行建筑热环境及节能标准，2 0 0 5 年重点城市进行一1 ，能改造，2 0 1 0 年起各城镇开始成片进行建筑热环境及节能改造。 今后我国建筑节能的任务是在保证和改善建筑，特别是住宅质量和室内外环境使其符合 小康目标的前提下，实现城镇居民夏季室温低于3 0 ，采暖区冬季室温1 8 的基本要求，采 取各种有效的：1 了能技术与管理措施，把新建房屋单位建筑面积的能耗较人幅度地降下米，对 现有的建筑物进行有计划的节能改造，以达到既改善居民的居住环境义：霄约能源的目的。 1 3 3 建筑节能技术 建筑节能技术主要可以分为两个部分：一是实际工程上的改进或更新，即在保证良好室 内热环境的条件下，尽量减少常规能源的使用，一方面要节约能源，提高( 空调) 系统效率 和减少建筑罔护结构本身散失能源，另一方面是开发和利用新能源，如太阳能，地热能；二 是热过程计算方法和软件科学，如采暖、通风、空调的专家系统，动态热过程的随机计算方 法的发展，许多国家都在研究开发建筑能耗计算软件，可根据当地气象资料、建筑设计数据 和热工测试结果计算消耗的采暖空调能源并进行经济分析。发达国家出于减排c o ：、缓解地球 变暖威胁的需要。建筑节能工作的进展十分迅速。 相对来说我国居住建筑的节能进展还是比较缓慢。目前，我国依然是建筑能耗火国，建 筑节能工作还处于初步发展阶段，与发达国家相比仍有很人的差距。即使只是以新建建筑对 比，我国的实际能耗水平仍然大大落后于发达国家。加强对建筑1 ，能的研究、应川及推j j ， 其意义极为重大。 4 第1 章文献综述 1 4 国外节能型门窗及其发展 曲方发达国家白2 0 世纪7 0 年代起开展建筑节能工作，至今己取得了十分突出的成效。 随着建筑节能工作的推进，人们对节能窗的要求也越米越高，使节能门窗呈现出多功能、高 技术化的发展趋向。从表3 一l 中可以看出，人们对窗的功能要求从简单的透光、挡风、挡雨 剑。协能、舒适、灵活调整采光量等：在技术上从使用普通的平板玻璃到使用中空玻璃和各种热 反射玻璃等。 表卜1国外节能门窗的功能和技术性能变化 t a b 1 - 1f o r e i g ne n e r g y s a v i n gw i n d o w sa n dd o o r so ft h em n c t i o n a la n dt e c t u l i c a lc h a n g e 资 ： 米i 1 5 c ：雨夏东、赵十怀、王石新- 星热冬暖地区居住建筑币能砸技术分析中国建筑工业出版社，2 0 0 3 1 6 5 一1 6 6 国外发达国家住宅窗户几乎都使用节能窗。以德国、法国、意大利等国家为代表的西欧 国家，大量使朋非金属材料( p v c 和中空玻璃) 。美国节能窗类型很多，其中以p v c 加木芯组 合成高级节能窗为最多；其次是铝合金断桥的铝合金结构节能窗；第三是p v c 中空玻璃节能 窗；第四是仿铝合金小断面，且高强度变性p v c 节能窗，外观同铝合金窗相似；第五是新发 明的小纤维复合材料一f i b r e x 高级节能窗。日本与中国台湾地区主要以铝合金断桥为主的节 能窗。近两年又研制成功一面多色p v c 材料，一面多色铝合金型材组合成节能窗。他们很好 的解决了两种线热膨胀系数差距很大的组合技术问题。上述节能窗户几乎1 0 0 使用高级中空 玻璃，并实现了中空玻璃多功能化。还可在中空玻璃内侧喷涂防爆材料，起到防盗效果。内 侧喷涂热反射高热阻透明材料，使中空玻璃传热系数达到k = 2 2 2 5w ( r k ) 哺1 。且国 外1 j 能i j 窗价格一股比酱通f j 窗要贵。 1 5 我国节能型门窗及其发展 我国：1 7 能窗技术起步较晚。对于节能窗，其发展经历了不同的阶段： ( 1 ) 单层窗时期。最初的玻璃门和玻璃窗都是单层玻璃的，尽管透明且防风，但保温性能 与金属一样筹。其散热率很高，可以很快地以红外线吸收和辐射热量。在寒冷的大气时。室 s 两南大学硕十学位论文 内外的温差不大； ( 2 ) 是双层玻璃窗阶段。双层玻璃窗也叫保温玻璃窗，这是利用两块玻璃之间的空气，有 效增加了窗的热阻，达剑保温隔热的效果； ( 3 ) 镀膜玻璃阶段。这种窗采用低散射镀膜，镀于密闭的与空气接触的内层玻璃表面上。 这种镀膜可使向外散射的热量反射回屋里，从而达到保温的目的，同时如果将这种窗的玻璃 内表面镀上膜，并用其它气体代替窗间空气，可使热阻提高，进一步节约能源。 目前，最先进的节能门窗是超级节能门窗。这种窗是在低散射窗的基础上发展起米的， 即在低散射窗的两层玻璃间抽真空，或者用透明绝热材料充填，这可以使门窗的热阻人人提 高，这种超级节能窗还可以成为一种热源，在白天只要有阳光，足以使超级：1 了能门窗成为提 供能源的供热装置。换句话说，保温墙体有点阳光，能被动地防j ：散热，而超级节能fj 窗可 以从阳光中获得热量。 我国现阶段的建筑节能水平与发达国家相比有很大的著距，其中在建筑窗节能方面的筹 距可突出地表现在以下几个方面： 首先，在建筑能耗方面，我国居住建筑的单位总能耗为国外发达国家的3 倍左右，外窗 为1 5 2 2 倍，门窗空气渗透为3 6 倍； 其二，表现在：i 了能标准方面，多数发达国家己经过多次：1 ，能标准的修订，相关的：仃能指 标达到了较高水平，如德国北方地区要求外窗的传热系数k 值降至1 0 8w ( m 2 k ) ，法国 要求为2 2 5 2 4 5w ( m 2 k ) ，我国严寒地区标准要求k 值在2 0 3 0w ( r k ) ，寒 冷地区标准要求k 值在2 5 3 7w ( r k ) ，夏热冬冷地区居住建筑：肖能标准中规定了 窗的k 值在4 o 4 7w ( m z k ) 盯1 。 表3 2 为夏热冬冷地区标准与美国a s h r a e 9 0 1 标准中b 一1 1 ( 相当于上海气候条什) 夯山同 护结构热工性能的限值，在对窗户的传热系数方面基本相似，但美国标准对遮阳系数提出了 规定值。 表卜2 传热系数限值遮阳系数s c 1 幻1 2h e a tt m n s f e rc o e m c i e n tl i r n j t ss h a d i n gc o e 佑c i e n ts c 资料来源：民用建筑热工设计规范，北京，中国计划出版社，1 9 9 3 6 第1 章文献综述 欧美等国建筑fj 窗主要是木、塑、铝窗。铝窗早在2 0 世纪3 0 年代就在欧美等发达国家 开始试制应用。第二次世界大战后，由于铝工业技术的进步，给铝门窗和幕墙的发展提供了 丰富的建筑材料，从而使铝门窗自2 0 世纪5 0 年代开始得到了系统的发展。铝合金以其优良 的特性成为现代建筑业中，除钢以外应用最广泛的金属材料，铝门窗成为主要的建筑金属门 窗。 塑料窗是联邦德国于2 0 世纪5 0 年代开始研制、6 0 年代投产、7 0 年代世界能源危机后发 展成熟的高分子化学建材门窗。美、日等大部分国家的塑窗技术主要是从德国引进的，德国 塑料窗的质量和产量世界第一。塑料窗近2 0 多年来在欧美国家迅速发展，除其本身材料特性 外，主要原冈：一是1 9 7 3 年中东战争引发世界石油危机，使石油和木材价格飞涨，塑料的生 产能耗低：二二是塑窗保温节能好；三是各国采取经济补贴政策鼓励和刺激塑窗行业发展，塑窗 价格比铝窗便宜3 0 左右。 在我国传统的实腹、空腹钢门窗因其综合性能差而正在逐步被淘汰，研发的多种满足不 同需要的彩板门窗、不锈钢门窗和带断热结构的节能彩板门窗己被使用，总体来讲，钢门窗 的使川正在火量减少。 铝l j 窗在我国是2 0 世纪7 0 年代末改革开放后从欧、美、日等国引进技术，于2 0 世纪8 0 年代发展起米的新一代金属门窗。由于日本地理位置和气候条件与我国近似，其产品的技术、 经济综合性较好，所以，我国铝门窗引进日本窗型多，产品标准、门窗物理性能分级及检测、 铝型材标准等土要是参照日标准制定的。而铝门窗的专用生产设备则主要是引进德国等欧洲 国家的。国铝i 、j 窗产业经过2 0 多年的发展，己完全能够并已经开发设计山适合中国国情的各 种档次的新产品。 塑料fj 窗在我国是2 0 世纪8 0 年代中期引进德国、奥地利、美国等欧美国家技术设备开 始，经历了多年来儿起儿落的过程，于2 0 世纪9 0 年代发展起来的。我国塑料门窗的型材配 方、产品结构形式等部分照搬欧式体系，行业标准、国家标准、检测项目和方法等都是等效 采川德国标准。目前，有能力开发设计适合中国国情的塑窗产品的企业还很少，国内自主设 计试制的部分品种系列还有待进一步发展、完善。 7 两南人学硕十学何论文 第2 章绪论 2 1 本文的研究背景 我国在“九五”计划和2 0 1 0 年发展规划中对建筑节能提出了新要求，要求实施建筑1 ，能 5 0 的目标。建筑物中的门窗、外墙、屋面和地面为建筑主要能耗的四大部位，而j j 窗排列 首位，约占建筑外同护结构热损失的4 0 5 0 ，在整个建筑能耗中占据相当火的比重。冈 此开发研制和应用新型节能门窗对推动建筑整体节能具有重要的意义；同时，应注重对现有 建筑门窗的技术改造，以改善和提高门窗的节能保温性能。 国家建设部已于2 0 0 1 年1 0 月1 日起实施了夏热冬冷地区建筑节能设计标准，新的1 y 能标准的出台，对氏江以南地处夏热冬冷地区住宅建筑的热环境将有明显的改善，建筑空调 和采暖能耗将会明显降低，同时对生态环境的改善也将会产生积极的影响。 2 2 气候特点与室内环境 2 2 1 夏热冬冷地区的划分 按照我国热工设计分区的规定，在建筑气候区划标准的基础上，民用建筑热i ：设计 规范( g b 5 0 1 7 6 9 3 ) 将全国分为5 个热工设计分区：严寒地区，寒冷地区，夏热冬冷地区，夏 热冬暖地区和温暖地区。夏热冬冷处于我国寒冷地区和炎热地区之间，属于过渡地带。其人 致范同为秦岭，淮河以南，南岭以北，四川盆地以东。包含建筑气候区划的i i i 区的全部， 即上海，重庆二直辖市；浙江，江西，湖北，安徽，湖南五省全境：江苏，河南二省南小部； 四川，贵州的东部；陕西，甘肃二省南端；广东，广西北端。涉及到1 6 个省，市，白治区。 该地区面积约1 8 0 万平方公里，人口5 5 亿左右，国内生产总值约占全国的4 8 。这个地| 又：是 我国人口最密集，经济文化较发达的地区，其政治，经济地位极为重要。 2 2 2 夏热冬冷地区的气候特点 夏热冬冷地区的气候显著特点是夏天热，冬天冷，而且常年湿度很高。这个地区气候不 佳，是世界上同纬度地区气候条件较差的地区。该地区主要代表城市的热气象参数见表2 1 。 最热月的平均气温为2 5 3 0 ，而且以2 8 3 0 居多；其地区7 月份的平均气温，比世界上 同纬度其它地区一般高2 ，是地球上这个纬度范围内除了沙漠干旱地区以外最炎热的地| 又：。 由于纬度较低，又多连续的晴天，夏天太阳辐射相当强烈，太平洋副热带高压盘据k 江中卜 游地区，笼罩时间达1 个多月。从太平洋吹来的凉风，又受到东南丘陵的阻挡，使夏天这个 地区主要背风面，冈而往往是静风天气。多数地方高于3 5 的酷热天气有! 卜个月剑1 个月之 多，最热月1 4 时的平均气温达到了3 2 3 3 ，最高气温高于4 0 ，最低气温也超过2 8 ， 全天无凉爽时刻。白天热浪滚滚，夜间静风率高，白天积蓄的热量难以散发，气温仍然居高 不下。这个地区的大城市还普遍存在一个“热岛”问题。根据风速，风向，地形及建筑密度 8 第2 章绪论 和高度的不同，城市中心地带气温一般比周边地区要高1 3 不等。长沙，武汉，重庆，南 京，南昌等城市都往往被人们称为“火炉”。 表2 1 夏热冬冷地区代表性城市的热气象表 t a b 2 1h o ts u 哪e ra n dc o i dw j n t e ri nh o tw e a t h e rr e p r e s e n t a t i o no ft h ec j t yt a b l e 资料米源：冯雅等复热冬令地区建筑能标准制定中几个问题的探讨建筑节能2 0 0 0 ( 4 ) 夏热冬冷地区十分潮湿。从上表可以看出，相对湿度经常高达8 0 左右，非常闷热。在长 江中卜游，夏初黄梅季：俐寺续的阴雨也十分常见。在此期间，天空云层很厚，日照较弱，尽 管气温不算很高( 3 2 左右) ，但是昼夜温差小，仅为3 5 。由于气压低，湿度高，使人感 剑闷热难受。 该地区土要代表城市的冷气象参数见表2 2 。最冷月平均气温为2 7 ，大多在2 5 之 间。这个地区1 月份的平均气温比世界上同纬度的其它地区一般要低8 1 0 ，是世界上同纬 度地区冬季最为寒冷的地区。在冬季，北极和西伯利亚寒潮频繁南侵，经华北平原长驱直入。 强人的寒潮剑此地区后，又受到岭南和东南丘陵地阻挡，使冷空气滞留，因而寒冷时间较长。 长江中下游沿岸及其以北一带，日最低气温低于5 的天数长达两个来月，甚至到近3 个月 的时间。至丁四川成都较为暖和，则是由于处于四川盆地，北部有秦岭山脉阻隔冷风南下所 致。这个地区冬季的相对湿度仍然很高，达7 3 8 3 ，整个冬季雨雪连绵，天气阴沉，因而 阴冷寒凉。 复热冬冷地区冬季度太阳辐射量，远不如我国北方地区，特别是西北地区丰富。冬季日 j ! 时间较短，日| f 百分率较低。东部日照率最高的地区也不超过5 0 ，西部的四川和重庆更要 低得多，重庆1 月的日照率只有9 。由于日照少，也增加了冬季阴冷的程度。夏热冬冷地区 的太刚能热能等级在全球范围内都属于最低和较低的，其仅有的热能集中时间还是夏天最不 需要的时段。 2 2 3 夏热冬冷地区的室内热环境 长期以米，在此不良的气候条件下，夏热冬冷地区建筑的隔热保温状况基本上没有得到 9 两南大学硕十学仲论文 改善，有些情况下反而有所降低。这些地区多层建筑的外墙多年都主要沿刚2 4 0 m m 实心粘十 砖，即使采用其它墙体材料，也以2 4 0 m m 砖墙作为参照对象。有些地方采 丰j 非粘十砖( 如页岩 砖，灰砂砖) ，这两种砖砌体强度比粘土砖火，但是保温性能较差。保温效果较好的是加气混 凝土砌块，然而其热惰性差，蓄热能力较差，热工效果仍然不是很完善。该地区的窗户普遍 采用单层玻璃窗，以金属窗居多；窗墙面积比还有增火的趋势。单层窗的温差传热量很人。建 筑外遮阳较少，大量的热辐射经由窗户进入室内。门窗的气密性不好，冷空气渗透严重。犀 顶以平屋顶为主，普遍采用架空屋顶，其夏天隔热有一定效果，但是冬天的热损失也很人。 由于夏热冬冷地区气候潮湿，冈此居民多有开窗通风的习惯，夏季降温也依赖白然通风。在 晴天高温天气之下，采用此种通风方式，会造成白天大量热风侵入室内，室内气温紧随室外 猛升，使得室内物体吸热升温发烫。夜间，室外气温下降，但是风力微弱，室内蓄热散逸缓 慢，室温仍然居高不下。而到了寒冬天气，不少居民不愿关窗，大量冷风灌入室内，使得室 内气温很低。这些都是夏热冬冷地区建筑忽视阻挡室外冷热空气进入室内造成的后果。 表2 2 夏热冬冷地区代表性城市的冷气象表 t a b 2 2h o ts u m e ra n dc o l dw i n t e ri nt h ec o l dw e a t h e rc i t yr e p r e s e n t a t iv et a b i e 项目一j ：海杭州南京含肥南昌武汉k 沙成都重庆 最冷月平均 气温 极端最低气温 日平均气温 5 的天数 日最低气温5 期间的度u 数 日最低气温 o 的天数 最冷月平均 相对湿度( ) 3 53 82 02 15 0 3 o4 77 25 5 - 4 1- 9 6- 1 4 o2 0 69 31 8 11 1 31 85 9 5 65 17 77 21 85 93 2一一 8 0 l7 1 41 1 5 51 0 8 02 3 98 5 64 3 2一一 一 3 3 85 6 24 91 94 3 82 0一1 2 9 资料来源：冯雅等夏热冬令地区建筑节能标准制定中几个问题的探讨建筑节能2 0 0 0 ( 4 ) 2 3 选题的理论意义 2 3 1 建筑门窗的作用 建筑_ l i ，能是一个复杂的系统工程，包括外墙子系统、屋面子系统、地面子系统、采暖制 1 0 第2 章绪论 冷子系统、健康通风子系统和i j 窗( 主要是外窗) 子系统，前面的五个子系统国家有关部门和 行业协会都已行动起来，许多政策法规将会陆续出台，关键是外窗子系统与建筑节能的关系 极为密切，应引起我们全行业的高度重视。 窗户是建筑外围结构的开口部位之一，是建筑的“眼睛”，它在建筑与环境的协调上担负 着人与白然、户内与户外既沟通又分离的多重实用功能。窗户还有保温、隔热、遮阳、抗风 雨、挡噪声等种种作用。 窗户是建筑维护结构中的轻质、薄壁、透明构件，受窗户影响的采暖、空调、照明能耗 往往l i 疆0 整个建筑能耗的一半左右。中国的窗户性能普遍较差，窗户的单位面积能耗达到发 达国家的2 3 倍，而且窗户的功能质量，对居住者的健康、舒适以及生活工作条件，有着重 人的影响。 2 3 2 外门窗是建筑物保温最薄弱的部位 门窗、墙体、屋面、地面是建筑围护结构的四大部件，其中门窗的保温、隔热性能是最 差的，通过j 窗损火的热量最大。门窗作为建筑物外围护结构的重要组成部分，它要满足人 们采光、通风、视野等基本要求，它也是建筑物热交换，热传导最活跃、最敏感的部位，也 是建筑物保温、隔热、隔声最薄弱的部位。为什么这么说呢? 这是因为在建筑中门窗既要具 有采光、通风、装饰等功能，义要具有较好的保温隔热性能，这样才是理想的建筑构件。而 由表2 3 可以知外围护结构热工性能差，门窗的传热系数比墙面的传热系数高出3 3 倍，是 厣面的4 4 倍，是门窗的2 0 多倍，约占建筑围护部件总能耗的4 0 5 0 。这里还没有包括 | j 窗缝隙间空气对流的热损失，如果把这部分算进去的话，那热损失就更大了。因此，门窗 是影响建筑能耗的土要因素之一。从建筑节能的角度看，建筑外门窗一方面是热量流失大的 构1 ；，i ：，另一方面也成为得热的构件，也就是大部分太阳热能通过门窗传入室内。因此，门窗 的1 7 能在建筑节能里具有极其重要的地位，应该引起我们的高度重视。根据不同地区的建筑 气候条件、功能要求以及其它环境、经济等因素来选择适当的外门窗材料、窗型和相应的节 能技术，冈地制宜地选择节能措施，发挥节能的效果。 2 4 研究的内容及技术路线 2 4 1 研究的内容 ( 1 ) 分析各种门窗材料特性并探讨门窗的传热特点、以及影响| j 窗：i 了能的因素； ( 2 ) 对目前重庆地区居住建筑外门窗现状进行分析，提出一些适用于现有重庆住宅门窗节能 改造的方法； ( 3 ) 以重庆市巴南区住宅为研究对象，通过算例，对采用不同节能措施的外门窗的节能效果 与经济效益进行对比；探讨重庆市外门窗：仃能设计中可行的理论和实片j 性方法措施； 两南大学硕十学位论文 ( 4 ) 针对重庆市住宅建筑而言，归纳出肖能窗户设计应把握的原则，以及虑采州的方法。 表2 3 我国主要维护部件的传热系数 t a b 2 3c h i n a sm 旬o rm a i n t e n a n c ec o m p o n e n t so ft h eh e a tt r a n s f e rc o e m c i e n t 2 4 2 研究