我国北方居住建筑外窗节能设计研究

摘要：本文根据北方寒冷地区气候特点，在建筑外窗构件的节能设计研究的基础上，对外窗节能设计需要考虑的三大因素:太阳能的利用、外窗保温隔热性能、外窗气密性进行了详细探讨。

关键词：建筑节能、外窗节能、设计方法

Abstract: in this paper, according to the north in cold weather characteristics, in building outside the window of the component energy saving design research, and on the basis of energy saving design of foreign window to consider three factors: the use of solar energy, outside the window thermal insulating properties, outside the window air tightness carried on the detailed discussion.

Keywords: building energy saving, energy saving, design method outside the window

引言

建筑外窗对室内人体的热舒适性关系甚大，玻璃窗状况如何，对室内热环境、声环境和光环境都有很大的影响。

外窗的节能可提高外窗的保温隔热性能，改善室内温度，改善窗户内表面温度，控制空气渗透，使室内换气量合理，满足人体需求，在减少能源消耗的同时，提高室内热舒适程度和视觉舒适程度，改善室内环境，提高住宅的品质。

一、建筑外窗的传热与得热过程分析

外窗是由玻璃与其他透光材料以及框架组成的，为透光围护结构。通过透光围护结构的热传递过程与非透光围护结构有很大的不同。由于透光围护结构可以透过太阳辐射，而且这部分热量在建筑物热环境的形成过程中发挥了重要的作用.因此形成的显热得热包括两部分:通过玻璃板壁的传热量和透过玻璃的日射辐射得热量。

1、冬季门窗的热过程

提高寒冷地区冬季外窗的节能效果，必须减少室内热量损失，通过外窗材料的选择，节点的合理设计。

从图1中我们可以看到，尽量多地利用太阳辐射，可在保证室内热舒适地情况下，降低采暖设备供热的能耗量，达到节能的效果。因此，寒冷地区的冬季节能途径：一是尽量利用太阳辐射；二是提高围护结构的保温性能。

图1 冬季传热总过程

2、夏季门窗的热过程

北方寒冷地区夏季的太阳直射辐射量要少于冬季，因此，夏季可采用活动遮阳等措施减少太阳直射的辐射量，同时在朝向上应尽量避免主要房间朝西或偏西方向。

采用保温隔热性能好的外门窗也可减少由于热量传递从室外进入室内的热量。夏季的夜晚或阴天，当室内温度比室外高时，最好的办法时开窗通风，良好的通风可迅速带走室内的热量，降低温度，减少或停止空调的使用二良好的自然通风是夏季免费的健康"空调"，对建筑节能至关重要。

二、建筑外窗构件的节能理论研究

1、建筑外窗的组成及热阻

建筑外窗是由玻璃等透明材料以及固定这些透明材料的窗框以及相关的支撑结构如五金等组成的，按照窗框的材料不同，有木窗、钢窗、铝合金、塑钢窗等，按照窗户的开启方式有平开窗、推拉窗、悬窗、固定窗、平开下悬窗等。窗户由窗框材料与玻璃系统组成，若假定玻璃及框扇的传热为严格的并联关系，窗户的总热阻公式为：

（1）

其中 、 分别为玻璃系统与框扇所对应的总热阻，指所考虑对象内侧空气至外侧空气的热阻 、 ，为玻璃与窗框的面积。如果已知框扇所占的面积比率：

由公式（1）可得到窗的传热系数K值关系式：

（2）

式中： 、 为玻璃、窗框的传热系数。

建筑外窗的节能首先需降低窗的传热系数，由以上公式可知，要使窗户有较小的传热系数，窗玻璃与窗框的传热系数越小越好;窗框的传热系数较大时，其所占面积越小越好;当窗框的传热系数较小时，随着其面积比率的增大，窗户传热系数有减少的趋势。

2、建筑外窗框的节能设计分析研究

建筑外窗框加强保温节能效果可采取以下三个途径:一是选择导热系数小的框料，二是采用导热系数小的材料截断金属框扇型材的热桥制成断热式窗，三是利用框料内的空气腔室或利用空气层截断金属框扇的热桥。

为降低窗的传热系数，可采用复合窗，即将带腔的金属和非金属复合而成构成复合型材，但也必须保证非金属型材有足够的厚度，如铝塑复合窗。铝塑铝平开窗，是铝合金型材在内外两侧，中间的PVC一U型材必须是二腔室以上，以燕尾槽形式插接在一起，经开齿滚压紧密复合成一体。

三、建筑外窗玻璃节能措施分析

1、璃的保温节能及太阳辐射节能方面

窗玻处的节能设计主要有玻璃的保温节能及太阳辐射节能两方面。

单层玻璃的热阻很小，几乎就等于玻璃两个表面换热阻之和，即单层玻璃的导热阻可以忽略不计，所以通过窗户的热流很大，使得整个墙面的保温节能效果相对减弱。故窗玻处的保温节能措施通常采用以下三种方法:

(1)利用双层窗或双层玻璃，即通过设置空气间层提高窗玻的保温能力。

(2)利用能发射红外线的玻璃或利用贴有反射红外线的合成树脂薄膜的玻璃。

(3)利用(1)(2)两种方法的复合形式.

不同玻璃其对太阳辐射的透过能力及传热特性各不相同，玻璃的选择还与太阳辐射关系密切。透过大气层到达地平面的太阳辐射热按光谱区的能量分配大致如下:波长0.3~0.38 um的紫外光，其辐射能约占太阳总辐射能的13%;波长0.38-0.78 um的可见光区，其辐射能约占太阳辐射能的43%:波长0.78-2.5um的红外光，其辐射能约占太阳辐射能的41%;其余的约占3%，即太阳辐射能量的97%集中在波长低于2. 5um的中短波。而100℃以下物体的辐射能量集中在高于2.5um的中长波范围内，如室内家具、电器及人体等发出的辐射能。

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