《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中窗墻面積比的確定

1、夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中窗墻面積比的確定 05-12-25 15:26:00 作者：佚名編輯：studa9ngns摘要 本文根據(jù)夏熱冬冷地區(qū)不同朝向太陽(yáng)輻射的變化規(guī)律，分析了建筑開窗受太陽(yáng)輻射的熱過(guò)程影響，并通過(guò)計(jì)算分析和對(duì)照節(jié)能建筑的試點(diǎn)工程的實(shí)測(cè)分析，提出了夏熱冬冷地區(qū)節(jié)能建筑的窗墻面積比的設(shè)計(jì)依據(jù)。關(guān)鍵詞 窗墻面積比 太陽(yáng)輻射 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)夏熱冬冷地區(qū)氣候夏季炎熱，冬季濕冷。夏季室外空氣溫度大于35的天數(shù)約1040一，最高溫度達(dá)到40以上；冬季氣候寒冷，日平均溫度小于5的天數(shù)約2080天，相對(duì)濕度大，而且日照率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于北方。北方冬季日照率大多超過(guò)60%。而夏熱冬冷地區(qū)由東到西，

2、冬季日照率逐漸減少。東部最高，也不超過(guò)50%，只有40%左右；中部30%左右；西部20%左右。重慶只有13%，加之空氣濕度高達(dá)80%以上，冬季陰雨綿綿，而造成了該地區(qū)冬季的基本氣候特點(diǎn)是陰冷潮濕。1 窗墻面積比的確定基本原則關(guān)于窗墻面積比的確定基本原則是依據(jù)這一地區(qū)不同朝向墻面冬、夏日照情況（日照時(shí)間長(zhǎng)短、太陽(yáng)總輻射強(qiáng)度、陽(yáng)光入射角大小），冬、夏季季風(fēng)影響、室外空氣溫度、室內(nèi)采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及窗開窗面積與建筑能耗所占比率等因素綜合來(lái)考慮確定的。一般普通窗戶（包括陽(yáng)臺(tái)門的透明部分）的保溫隔熱性能比外墻差的多，尤其是夏季白天通過(guò)窗戶進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射熱也比外墻多的多，窗墻面積比越大，則采暖和空調(diào)的能

3、耗也越大。因此，從節(jié)約建筑能耗的角度出發(fā)，必須限制窗墻面積比。在一般情況下，應(yīng)以滿足室內(nèi)采光要求作為窗墻面積比的確定原則，來(lái)規(guī)定窗墻面積比的數(shù)值是它能基本滿足較大進(jìn)深房間的采光要求。2 太陽(yáng)輻射的主要影響因素由于夏熱冬冷地區(qū)范圍大，東、西部氣候條件也各不相同，從建筑能耗角度來(lái)看，室外氣象參數(shù)對(duì)窗墻面積的要求也應(yīng)根據(jù)氣象參數(shù)在不同地區(qū)，不同時(shí)間的變化規(guī)律進(jìn)行確定。從這一地區(qū)建筑能耗分析中，窗對(duì)建筑能耗的損失主要二個(gè)原因，一是窗的熱工性能太差所造成夏季空調(diào)、冬季采暖室內(nèi)外溫差的熱量損失的增加；另外就是窗因受太陽(yáng)輻射影響而造成的建筑室內(nèi)空調(diào)采暖能耗的增減。從冬季來(lái)看通過(guò)窗口進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射有利于建

4、筑的節(jié)能，因此，減少窗的溫差傳熱是建筑節(jié)能中窗口熱損失的主要因素，而夏季由于這一地區(qū)窗對(duì)建筑能耗損失中，太陽(yáng)輻射是其主要因素，夏季不同朝向墻面太陽(yáng)輻射溫度日變化比冬季要復(fù)雜，不同朝向墻面日輻射和峰值出現(xiàn)的時(shí)間是不同的，因此，在確定不同朝向的窗墻面積比時(shí)也應(yīng)有差別。如表1、表2所示為這一地區(qū)幾個(gè)城市最近10年（19891998年）氣象參數(shù)累計(jì)10年的統(tǒng)計(jì)值。夏季各朝向墻面與水平面上的太陽(yáng)總輻射照度（W/m2）表1地區(qū)地方太陽(yáng)時(shí)6789101112131415161718南京N31771081311481581631601511351138442W(E)2768981201371471623635

5、62710778721441SW(SE)3775103124139159309405545579613579320S131196157168261323347331276189145192160H751905127118669691008982892745554335115武漢N49.9106.4134.6152.4176.1190.5195.3190.5176.1152.4134.6106.449.9W(E)25.173.7117.7151.9176.1190.5222.5298.6372.6398.8361.6254.3102.4SW(SE)25.173.7117.7151.9176.11

6、92.5259.2324.5354.934228117862S25741221742332722862722331741227425H95292512698838927956.892783869851229295成都N28871131391571721761721571391138728W(E)14427093109119123303454551572496308SW(SE)1442709310912414561032631729415944S14275113204251259251204113754213H7227043361075084087684075060943324072注：以上數(shù)據(jù)

7、為19891998的累計(jì)10年統(tǒng)計(jì)值部分城市室外氣象參數(shù)近10年來(lái)統(tǒng)計(jì)值表2城市最冷月平均溫度（）日平均溫度5天數(shù)（天）最熱月平均溫度（）室外計(jì)算平均風(fēng)速（m/s）日照度（%）極端溫度（）冬季夏季冬季夏季冬季夏季南京1.98328.42.62.64648-1440武漢4.14229.22.72.72646-9.838.9成都543.825.51.21.21921-1.036.2注：南京為建筑氣候區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)中數(shù)據(jù)。根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，取某一天中所測(cè)的太陽(yáng)輻射量為例進(jìn)行分析，水平表面和垂直表面單位面積上所得太陽(yáng)直接輻射量分別表示為： （1） （2）式中：qH為水平表面上單位面積所得太陽(yáng)直接輻射量；為垂

8、直表面上單位面積所得太陽(yáng)直接輻射量；An為垂直表面方位角；As為太陽(yáng)方位角； t為時(shí)間，式中積分從日出到日沒(méi)。我們采用Gauss二次型數(shù)值積分可計(jì)算出（1）和式（2）建筑不同朝向表面單位面積上的太陽(yáng)輻射，垂直表面以南向方位作為比較基準(zhǔn)，那么可以得到不同的相對(duì)日輻射量的無(wú)因次量，其變化規(guī)律如圖1、圖2所示?？梢钥吹?，南向垂直表面冬季日輻射量最大，夏季反而偏小，東、西向垂直表面最大。這與實(shí)際情況相符合。表3是東、南、西、北垂直表面以及水平表面冬季和夏季單位面積上的相對(duì)日輻射量比較。圖1 冬至日垂直表面各朝向單位面積上的相對(duì)日輻射量圖2 夏至日垂直表面各朝向單位面積上的相對(duì)日輻射量以上分析可看出，南

9、向垂直表面冬季太陽(yáng)輻射量最大，而夏季反而變小，東西向垂直表面最大，這與在夏熱冬冷地區(qū)緯度較低的實(shí)際情況相符合，也就是為什么這一地區(qū)尤其注重夏季防止東西向日曬，冬季盡可能爭(zhēng)取南向日照由。圖3 不同負(fù)荷變化曲線在北方地區(qū)民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（采暖建筑部分）規(guī)定北向窗墻比大于0.25，南向不大于0.35。但在夏熱冬冷地區(qū)人們無(wú)論是過(guò)渡季節(jié)還是冬、夏兩季普遍有開窗加強(qiáng)房間通風(fēng)的習(xí)慣。一是自然通風(fēng)改善了室內(nèi)空氣質(zhì)量，二是自然通風(fēng)冬季中午日照可以通過(guò)窗口直接獲得太陽(yáng)輻射；夏季在兩個(gè)連晴高溫期間的陰雨降溫過(guò)程或降雨后連晴高溫開始升溫過(guò)程，夜間氣候涼爽宜人，房間通風(fēng)能帶走室內(nèi)余熱蓄冷，因此，南向窗墻面積比一般

10、控制0.35以內(nèi)。對(duì)于北向窗墻面積比，由于西部地區(qū)比東部地區(qū)上海，南京和中部地區(qū)的武漢等地室外風(fēng)速小，自然通風(fēng)時(shí)，南北向窗墻比面積相差過(guò)大，夏季不宜穿堂風(fēng)的形成。另外窗口面積過(guò)小，容易造成室內(nèi)采光不足，象西南這一地區(qū)冬季平均日照率25%，全年陰雨天很多，在緯度低的這一地區(qū)增大南窗的冬季太陽(yáng)輻射所提供的熱量對(duì)室內(nèi)采暖的作用有限，而且經(jīng)過(guò)DOE-2程序計(jì)算和工程實(shí)例，冬季北向季風(fēng)對(duì)北向窗口熱損失不明顯大于南窗，窗口面積太小，所增加的室內(nèi)照明用電能耗，將超過(guò)節(jié)約的冷暖能耗，這一地區(qū)在進(jìn)行圍護(hù)結(jié)節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，不宜過(guò)分依靠減少窗墻比，應(yīng)重點(diǎn)是提高窗的熱工性能。因此在制定標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定條件文為：4.0.5窗戶（

11、包括陽(yáng)臺(tái)門的透明部分）的面積不應(yīng)過(guò)大，不同朝向的窗墻面積比不應(yīng)超過(guò)表4.0.5規(guī)定的數(shù)值。若窗墻面積比超過(guò)表4.0.5的規(guī)定值，則必須減小窗戶和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)，采用有效的遮陽(yáng)措施，并通過(guò)計(jì)算建筑物的耗熱量，耗冷量指標(biāo)和建筑物的采暖空調(diào)年耗量，使之不超過(guò)表4.0.5所列的限值。不同朝向窗墻面積比的外窗傳熱系數(shù) 表4.0.5 朝向窗外環(huán)境條件窗的傳熱系數(shù)K（W/cm2）窗墻面積比0.25窗墻面積比0.25且0.25窗墻面積比0.25且0.35窗墻面積比0.35且0.45窗墻面積比0.45且0.5北（偏東60到偏西60范圍）冬季最冷月室外平均氣溫54.74.73.22.5-冬季最冷月室外平均氣溫

12、54.73.23.23.2-東、西（東或西偏北30到偏南6范圍）無(wú)遮陽(yáng)措施4.73.2-有外遮陽(yáng)太陽(yáng)輻射透過(guò)率20%4.73.23.22.52.5南（偏東30到偏西30范圍）4.74.73.22.52.5注：1.廚房、衛(wèi)生間窗墻比不受此表限制。2.東、西向窗墻面積比大于0.25時(shí)，必須按有外遮陽(yáng)方式考慮。近年來(lái)居住建筑的窗墻面積比有越來(lái)越大的趨勢(shì)，這是因?yàn)樯唐纷≌馁?gòu)買者大部分希望自己的住宅更加通透明亮?？紤]到臨街建筑立面美觀的需要，窗墻面積比超過(guò)4.0.5條的規(guī)定值是允許的，但當(dāng)窗墻面積比超過(guò)規(guī)定值時(shí)，應(yīng)首先考慮減小窗戶（含陽(yáng)臺(tái)透明部分）的傳熱系數(shù)，如采用單框雙玻璃或中空玻璃窗，并加強(qiáng)夏季活

13、動(dòng)遮陽(yáng)，其次可考慮減小外墻的傳熱系數(shù)。大量的調(diào)查和測(cè)試表明，太陽(yáng)輻射通過(guò)窗進(jìn)入室內(nèi)的熱量是造成夏季室內(nèi)過(guò)熱的主要原因，日本、美國(guó)、歐洲以及香港等國(guó)家和地區(qū)都把提高窗的熱工性能和陽(yáng)光控制作為夏季防熱，住宅節(jié)能的重點(diǎn)，而且建筑普遍在窗外安裝有遮陽(yáng)措施。而這一地區(qū)現(xiàn)有的窗戶普遍為合金窗，傳熱系數(shù)大，空氣滲透嚴(yán)重，而且大多數(shù)建筑無(wú)遮陽(yáng)措施。因此，應(yīng)對(duì)窗的熱工性能和窗墻面積比作出明確的規(guī)定。以冬冷夏熱地區(qū)六層磚混結(jié)構(gòu)試驗(yàn)建筑為例，南向4層一房間大小為5.1m（進(jìn)深）3.3m（寬）2.8m（高），窗為1.5m1.8m單框鋁合金窗在夏季連續(xù)空調(diào)時(shí)，計(jì)算不同負(fù)荷逐時(shí)變化曲線，可以看出通過(guò)墻體的傳熱量占總負(fù)荷的

14、30%，通過(guò)窗的傳熱量最大，而且通過(guò)窗的傳熱中，主要是太陽(yáng)輻射對(duì)負(fù)荷的影響，溫差傳熱部分并不大，如圖3、圖4所示。因此，應(yīng)該把窗的遮陽(yáng)作為夏季節(jié)能措施一個(gè)重點(diǎn)來(lái)考慮。條文中對(duì)西（東）向窗墻面積比限制較嚴(yán)，是因?yàn)橄募咎?yáng)輻射在西（東）和最大，如圖5所示，為夏熱冬冷地區(qū)幾個(gè)主要城市夏季不同朝向墻面日輻射強(qiáng)度的日變化規(guī)律，可以看出不同朝向墻面日輻射強(qiáng)度的日變化規(guī)律，可以看出不同朝向墻面日輻射強(qiáng)度的峰值，以西（東）向墻面為最高，西南（東南）向墻面次之，西北（東北）向又次之，南向墻更為次之，北向墻為最小。因此，對(duì)西（東）向窗墻面積比嚴(yán)格控制是合理的，而對(duì)南向窗墻面積比定為0.35也符合這一地區(qū)起居室窗口面積大這一人們的生活習(xí)慣。當(dāng)然對(duì)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)表4.0.4規(guī)定后，對(duì)窗的傳熱系數(shù)和窗戶的遮陽(yáng)太陽(yáng)輻射透過(guò)率作嚴(yán)格的限制，一是真正做到住宅的節(jié)能，二又給建筑師設(shè)計(jì)、開發(fā)商、這一地區(qū)人們的生活方式提供了更大的空間。圖4 窗的能耗指標(biāo)變化曲線圖5 夏季不同