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夏热冬暖地区建筑外窗的选择与节能问题的探讨

来源:  作者:石民祥  日期:2005-2-18
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    迄今为止,我国尚无建筑外窗夏季隔热性能标准和丰采暖地区民用建筑节能设计标准。本文根据华南夏热冬暖地区建筑气候特点和热工设计要求,提出了空调建筑外窗夏季隔热节能综合性能指标体系与措施的建议,以及该地区建筑外窗的选择意见。对于我国中部夏热冬冷地区(以夏季防热为主,兼顾冬季保温)建

    五、国家建筑外窗性能标准要求
    我国建筑外窗性能国家标准共有六项:(1)抗风压性能(GB7106-86);(2)空气渗透性能(GB7107-86);(3)雨水渗漏性能(GB7108-86);(4)保温性能(GB8484-87);(5)空气声隔声性能(GB8485-87);(6)采光性能(GB11976-89)。

    建筑外窗的保温性能指标是在模拟冬季采暖建筑室内、外温差条件(室内18℃;室外:单层窗检测为-10℃,双层窗或单框双玻窗检测为-20℃,风速为3.0m/s下,测得的窗户冬季传热系数K值(W/m2·K)(不包括窗缝隙的传热),不能直接作为窗的夏季传热系数,不能作为建筑外窗的夏季隔热性能指标,只能作为窗的传热性能比较参考。

    保温和隔热是有区别的。保温是指外窗在冬季几十度的温差条件下,阻止室内向室外的温差传热;隔热是指外窗在夏季隔离太阳辐射热和阻止室外向室内的温差(<10℃,)传热,其中因太阳辐射产生的热量远比因温差产生的热量大[2]。

    根据窗的传热系数计算公式K=1/(1/ai+Rw+1/ae),内表面换热系数ai,冬季和夏季为同样取值8.7(W/m2·K)[2]。现假设以窗体本身传热阻Fw=1/6.4带入以上公式,分别带入冬季和夏季外表面换热系数ae计算,则可得出冬季窗的传热系数K冬=3.2;夏季窗的传热系数K夏=3.1,由此可见窗的传热系数K值冬季与夏季是不一样的。

    按美国ASHRAE标准条件计算窗的传热系数U值(即K值:冬季夜间Uw值是在室外温度-18℃,室内温度21℃,风速为24kph,无日光条件下计算;夏季白天Us值是在室外温度32℃,室内温度24℃,日光强度为789W/T,风速为12kph条件下计算。5mm透明浮法玻璃Uw值6.25,Us值5.85;6mm透明浮法玻璃Uw值6.19,Us值5.85。

    六、建筑外窗隔热性能指标
    夏季空调建筑中,通过窗户进入室内的热量包括室内外温差得热和太阳辐射得热两部分,由于夏季时室内、外平均计算温差通常仅6℃左右,因此,通过窗户的温差得热所占比例较小;而通过向阳面窗户特别是东、西向窗户的太阳辐射得热是窗的总得热的主要部分,是构成空调负荷的主体。

    空调建筑中窗户的隔热功能就在于减少窗户的太阳辐射得热和室内外温差得热[3]。因此,应将窗玻璃的遮阳系数(实际透过窗玻璃的太阳辐射得热与透过透明窗玻璃的太阳辐射得热之比值)和窗户的夏季传热系数K作为窗户的隔热性能指标。显然,遮阳系数和传热系数愈小,则窗户的隔热性能愈好,反之亦然。

    目前,我国尚未有建筑外窗隔热性能标准和外窗夏季传热系数的试验实测数据;《旅馆空调节能标准》规定“非严寒地区,外窗玻璃的遮阳系数应小于0.60,或采取外遮阳措施” ;其它有关标准尚未有我国南方地区外窗玻璃遮阳系数值的具体规定。但窗玻璃的生产厂家一般在产品说明书中给出玻璃的遮阳系数,如深圳南玻集团给出的数据:6mm单片透明玻璃遮阳系数Sc=0.99;6+12A+6透明中空玻璃Sc=0.87;6mm单片热反射CTS240绿色镀膜玻璃Sc=0.45;6mmCTS240+12+6mm热反射中空玻璃Sc=0.31。

    七、建筑外窗隔热节能措施
    建筑节能的原则,应考虑尽可能利用自然条件,采用最小的技术手段和投入,在保证获得适宜的室内热环境的前提下,得到最大的节能降耗效果。

    1.确定适宜的室内空调温度
    国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87(以下简称《采暖空调规范》)规定的舒适性空气调节设计计算参数为:温度24~28℃,相对湿度40~65%,风速不大于0.3m/s。

    调查测试表明,许多人都以为,夏季室内温度定得越低越好,将室内设计状态点选定在规定范围的高标准侧24℃,结果导致夏季室内过冷,要穿外套。实际上,这并不符合华南地区的气候特点和人们对地方气候的适应能力及生活习惯。根据多年考察测定,当辐射温度27.8~29.7℃、相对湿度84~90%、气流速度0.05~0.2m/s、人体皮肤温度29.7~32.0℃时,而室内温度27~29℃是感到舒适的。因而认为:28~29℃是舒适温度,30~32℃是人体可忍受的温度,33℃以上是人体感到过热的温度。温度每提高1℃,可减少空调器用电量5~10%,空调房间温度标准提高2~3℃可节省大量电能。而且可防止目前华南地区人们从空调房到室外由于相对温差过大引起冷伤风等症状的“空调病”。

    2.窗户遮阳
    空调建筑中,窗的遮阳是不可少的,它对防止因太阳直射室内,避免室内过热,减少空调机冷负荷效果很大。

    外遮阳效果最好。根据对广州西向房间的试验观测资料[4],在闭窗情况下,有无遮阳,室温最大差值达2℃,平均差值达1.4℃;在开窗情况下,有无遮阳,室温最大差值达1.2℃,平均差值为1℃。室外遮阳可比单层玻璃窗的透过能量下降88%。夏热冬暖地区应采用活动式遮阳。对广州地区主要考虑东、西向窗的活动结构的挡板式遮阳,南向窗户上部的水平遮阳板实际上主要是作了窗口防雨构件,试验实测证明[5],夏季水平遮阳板的伸出长度对室温没有什么影响,而在冬季遮阳板会使室内热环境变差,因此,对广州地区可以不用水平遮阳板。

    窗内遮阳最方便。室外的活动式遮阳设施由于易受风雨损坏、安装和维修较困难等缺点,所以,一般情况下,最方便和最经济有效的方法是采用室内悬挂浅色窗帘,可隔离40%左右的太阳辐射热。表1[6]给出了几种隔热窗帘的“遮阳系数”。

    3.采用隔热节能玻璃
    通过建筑外窗的热量中,占窗面积80%左右的玻璃得热是第一位,其次是窗缝隙空气渗透传热,而窗框所传热量占第三位。因此,使用既隔热又隔声的采光玻璃是提高窗户热学、声学和光学性能的关键。

    (1)热反射镀膜玻璃:又称阳光控制镀膜玻璃,能透过可见光,而又能将40~80%的太阳辐射热阻隔在室外,同时减少眩光和色散,使外观显现不同的色彩,还具有单向透视性,装饰效果好。其隔热反射性能用遮阳系数表示,遮阳系数越小,镀膜的性能越好。但是,单片热反射镀膜玻璃仅降低了玻璃的遮阳系数,对传热系数影响不到,隔声效果也无影响,但可见光透过率有所下降。

表1 室内遮阳设施的遮阳系数
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