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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

    (2)中空玻璃:由2片(或3片)玻璃与空气间层组合而成,空气间层中充入干燥气体或惰性气体。普通透明中空玻璃的特点,是其传热系数比单层玻璃降低一半,保温性能好;隔声量比单玻提高5dB,可达30~40dB,隔声性能好;但其遮阳系数降低很小,对太阳辐射热的隔热反射性改善不大。

    (3)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都降低,而隔声量高,保温、隔热、隔声综合性能优良。

    (4)低辐射(Low-E)镀膜中空玻璃:Low-E玻璃是一种含有超薄银层的真空镀膜玻璃,只能中空后使用。具有极低的表面辐射率(E<0.15)和极高的远红外线(热辐射反射率,可见光透过率适中(30~75%)的特性。它吸收和二次辐射出的热量少;对太阳光中的红外线热辐射有较高的反射率;能有效地阻止室外汽车、道路及建筑物发出的远红外线热辐射进入室内。采用适于南方地区使用的遮阳系数低的Low-E玻璃做成中空玻璃,又具有很好的遮阳和阻隔温差热传导效果,而冬季亦能保持室内热量改善室内舒适度。采光、隔热、保温综合节能效果好的Low-E中空玻璃是目前世界上最理想的窗玻璃材料。几种常用窗玻璃的性能参数见表2。

    4.提高窗框隔热性能
    铝合金窗框的冬季传热系数约为PVC塑料窗框的1.5倍,并不等同于铝合金型材PVC塑料型材材料导热系数之比的1250倍。无隔热的铝型材传热系数K为6.0(W/m2·K)左右,而采用隔热条的型材传热系数K值可降到1.8~3.5(W/m2·K)。铝合金型材对紫外线、可见光、红外线有很好的反射能力,其表面的反射能力与表面状态和颜色有关,对热辐射的反射能力最高可达90%,这对于阻隔太阳辐射热是很有利的。

表2 窗玻璃的传热系数、遮阳系数与隔声量

注:表2中K值为冬季传热系数,作为夏季传热系数参考
    铝合金隐框玻璃窗是很好的隔热节能窗。采用这种铝合金隐框玻璃幕墙结构上用的隐框窗,太阳光不能直接照射在铝合金窗框架上,玻璃与铝型材之间起结构性粘接作用的固化后的有机硅橡胶,自然成为玻璃与铝合金之间的断热桥,其导热系数低于硬质PVC塑料型材。高强度、高弹性模量、抗臭氧和紫外线、耐热、非燃烧性的硅酮结构胶,是理想的建筑外窗绝热材料。采用单层热反射镀膜玻璃的铝合金隐框玻璃窗就具有较好的隔热性能,这已经得到证实。国内已有专的隐框推拉铝合金窗产品推出。

    5.确保窗的负压气密性
    目前,我国的建筑外窗气密性能分级及检测,是按窗的室外压力大于室内压力10Pa下的空气渗透量qo评定与检测的,即是“正压气密性”。而空调通风制冷房间中,通常是保持室内正压(≤50Pa),即室内压力大于室外压力,这对外窗要求的就是“负压气密性”。这样,目前我国使用最多的外开式平开窗和一些外侧单向密封推拉窗型,即“正压气密性”的窗型,就不一定能满足空调建筑外窗“负压气密性”的要求。正在修订的国家标准GB7107《建筑外窗空气渗透性能分级及检测方法》(修改稿)已经增加了“检测负压差下空气渗透率”的内容。因此,双向密封的推拉窗型和内开式平开窗型,对防止夏季空调房间的空气渗透能量损失会更有利。

    6.适当考虑窗的通风换气和散热
    夏热冬暖地区的建筑围护结构,要求白天隔热好,晚上散热快,以利于降低冷负荷。特别是许多白天使用的办公楼、学校、商业建筑等间歇使用空空调的公共建筑,晚上人走之后又要关窗,所以窗户的隔热密性要求太高也没必要。而且 在我国目前建筑物内尚未能普遍设置机械换气设备如微量通风器等的条件下,还要靠可调节换气、能开启的外窗等自然通风手段来改善室内空气质量。《旅馆空调节能标准》对占全国旅游馆总数70%的四级旅游旅馆规定,其空调房间的空调设施,可不设新风供给系统,可采取设置开启的外窗等自然通风措施。所以,夏热冬暖地区建筑外窗的窗墙面积比(南向)和窗的可开扇比例大一些,有利于充分利用窗及其缝隙的自然通风和晚间散热作用,处理好隔热和散热的矛盾。

    7.满足采光要求,确保建筑照明节能
    建筑使用能耗中,照明能耗为20~30%,是占第二位的。因此,在考虑窗的隔热节能时,要满足窗的采光要求。否则,如果窗洞面积较小、窗杠遮光面积大,玻璃的可光透射率太低,自然采光不足,造成白天都要开灯,这就增加了照明能耗,而照明放热又造成室内得热,从而又加大了空调冷负荷,增加了空调能耗。塑料窗的粗大框架遮光,不少塑料窗的窗框窗洞面积比高达40%左右。洞品、窗型相同时,塑料窗比铝合金窗的采光系数小11%左右,采光性能和视野效果较差。

    八、围护结构及外窗隔热设计标准
    《热工规范》规定,围护结构隔热设计标准是:在房间自然通风情况下,建筑物的屋顶和东、西外墙的内表面最高温度,应不高于当地夏季室内计算最高值即:0i.max≤te.max,实际上就是要求大体上达到24砖墙的隔热水平。(24砖墙的传热系数K为2.4~3.2W/m2.K;广州夏季室外计算温度最高值为35.6℃,低于夏热冬冷地区的城市如:南京37.1℃,武汉36.9℃,重庆38.9℃,长沙37.9℃)
    《采暖空调规范》规定,舒适性空气调节房间围护结束构最大传热系数K;屋盖1.0;外墙1.5。
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