窗墙面积比对住宅能耗的影响

窗墙面积比对住宅能耗的影响

窗户的主要用途是光线、通风、跟踪等。窗户数量过少或尺寸过小,会使人们产生禁闭和不快感。同时,室内显得昏暗,甚至白天也需要照明,这样反而会增加能耗。另外,外窗面积、形状的设计影响着建筑立面效果。近几年与生活阳台相连房间一般设计成落地推拉门窗的形式,服务阳台用作厨房,与服务阳台相连的房间一般设计成推拉门窗或只设置门洞。但建筑设计应该以人为本,尤其是住宅建筑更应该首先要考虑住户的需要,所以上述的变化趋势是不应也不易过分加以限制的。总之,窗户面积大小的设计,不能单纯只求绝热,必须全面综合地加以考虑。本文通过分析窗墙面积比与建筑耗热量的关系,并进行实例分析,得出寒冷地区住宅建筑窗墙面积比的确定方法。1窗户的窗壁面积比建筑节的面积更1.1建筑能耗分析设窗墙面积比为β,以窗墙面积比为β0=0.25时住宅的传热耗热增长率η0=0,以单位面积为计算单元,则窗墙面积比为βi传热耗热增长率ηi为:ηi=Qi−Q0Q0×100％(1)ηi=Qi-Q0Q0×100％(1)式中:ηi—传热耗热增长率,%;Q0—单位面积墙体窗墙面积比为0.25时的传热耗热量,(W/m2);Qi—单位面积墙体窗墙面积比为βi时的传热耗热量,(W/m2)。根据(JGJ26-95)《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》中的规定有:Q0=(ti-te)·β0·K窗·ε窗+(ti-te)·(1-β0)·Kw·εw(2)Qi=(ti-te)·βi·K窗·ε窗+(ti-te)·(1-βi)·Kw·εw(3)式中:ti—全部房间平均室内计算温度,一般住宅建筑,取16℃;te—采暖期室外平均温度,℃;ε窗,εw—窗户和墙体传热系数的修正系数;K窗,Kw—窗户和墙体的传热系数,W/(m2·K)。设β0=0.25,由(1)、(2)、(3)联立解得:ηi=(βi−0.25)K窗ε窗−(βi−0.25)Kwεw0.25K窗ε窗+0.75Kwεwηi=(βi-0.25)Κ窗ε窗-(βi-0.25)Κwεw0.25Κ窗ε窗+0.75Κwεw从以上公式可以得出:(1)住宅的随窗墙面积比(β)变化的传热耗热增长率(η)与墙体、窗户的传热系数及各地的太阳辐射情况有关。当K窗·ε窗<εw·Kw时,η会随β的增加而出现负增长,即扩大窗墙面积比时,住宅建筑的耗热量反而会降低。但是,这种情况只有当墙体的传热系数很大或窗户的传热系数很小时才会发生,这是很难做到的。当墙体和窗户的传热系数均满足节能标准规定的数值时,K窗·ε窗都大于ε·Kw,因此,η随β的增加而增加,即随着住宅建筑窗墙面积比的加大,建筑的能耗在加大。(2)窗户与墙体传热系数的差值越大,随着窗墙面积比的增加,建筑耗热增长的比例越大。1.2住宅阳台和阳台节能技术一般情况,南向窗的透明玻璃窗在冬季是有利的,尤其是采用双层窗,与其热损失相比,太阳辐射所起的辅助作用更大些。利用双层玻璃窗或双层窗,对太阳能的摄取超过了它本身的热损失,即使是单层窗,太阳热量的摄取量占热损失的百分比也很大。近几年,住宅的阳台基本全部是封闭式的,对于南向封闭阳台相当于利用太阳能的太阳房。封闭阳台冬季获得大量的太阳能,有利于减少住宅建筑的能耗;夏季晚上室外气温下降,打开阳台窗使热量尽快散出。住宅北向窗,是为了利用天空的散射光来进行采光,而且在夏季,北窗有利于与其它门窗组织穿堂风进行通风。当然东、西向窗户要注意遮阳,避免西晒。基于窗户的热损失主要包括通过窗户传热耗热和通过窗户的空气渗透耗热,窗户的节能应从改善窗户保温性能,减少窗户冷风渗透和控制窗墙面积比三方面着手来提高。建筑的节能不宜过分依靠减小窗墙面积比,应重点提高窗户(包括阳台门的透明部分)的热工性能、加强窗户的气密性和提高建筑围护结构的保温性能,来抵消因窗墙面积比增大给节能带来的负面影响,使住宅建筑达到节能的目的。2地区与冷地的推进选取张家口市的住宅为例来分析。张家口市位于北纬40.8°,东经115.2°,海拔高度大约为760m,处于严寒地区与寒冷地区的交界处,但偏于严寒地区。根据张家口市冬季采暖期室外计算温度为-4.8℃,以370厚粘土空心砖外设30厚聚苯乙烯泡沫塑料板保温层的墙体Kw=0.7W/(m2·K),单框双玻塑钢窗K窗=2.7W/(m2·K)为基本条件,可得出单位面积墙体在不同情况下,传热耗热增长率与窗墙面积比的关系(ε的取值依据参考文献、)。(1)非封闭阳台时的阳台把握无阳台时:ε窗=0.39εw=0.78ηi=75.3βi-18.8非封闭阳台时:ε窗=0.64εw=0.78ηi=140.5βi-35.1封闭阳台时:ε窗=0.39εw=0.5ηi=133.7βi-33.4(2)非封闭阳台无阳台时:ε窗=0.83εw=0.94ηi=150.3βi-37.6非封闭阳台时:ε窗=0.90εw=0.94ηi=170βi-42.5封闭阳台时:ε窗=0.83εw=0.9ηi=156βi-39(3)供热对热中热增加率的影响南向无阳台窗:ε窗=0.54εw=0.78ηi=190.8βi-47.7根据以上公式作图,可以看出不同朝向、不同形式窗户的窗墙面积比与传热耗热增长率的变化。具体见图1、图2。根据图1、图2可以得出:①不管是住宅的南向还是北向,窗户有无阳台,是否封闭,也不管采用单层窗还是单框双玻窗,张家口市这一地区住宅的传热耗热增加率与窗墙面积比都成正比例增长的关系;②不管是南向还是北向窗户的情况,无阳台时的传热耗热增加率随窗墙面积比增加的幅度最小;③单层窗的传热耗热增加率随窗墙面积比增加的幅度比单框双玻璃的要大的多。因此,从节能角度出发,张家口市住宅必须限制窗墙面积比。3冬季室外建筑能耗分析对于寒冷地区住宅建筑窗墙面积比确定,要依据这一地区不同朝向墙面冬季日照情况(日照时间长短、太阳总辐射强度、阳光入射角大小),冬季室内外空气温度、室内采光设计标准、住户需要以及开窗面积与建筑能耗所占比率关系等因素综合考虑确定。从节