_夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准_中窗墙面积比的确定

一些论文

第33卷　第4期2001年12月

西安建筑科技大学学报(自然科学版)

J1Xi’anUniv.of　Arch.&Tech.

Vol.33　No.4

Dec.2001

《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中

窗墙面积比的确定

冯　雅1,杨　红2

(11中国建筑西南设计研究院,四川成都610081;21华中科技大学,湖北武汉430074)

摘　要:根据夏热冬冷地区不同朝向太阳辐射的变化规律,,并通过,.关键词:窗墙面积比;太阳辐射;中图分类号:TU111.+:A文章编号:100627930(2001)0420348204　α

efiningthearearatioofwindowtowallin

“Designstandardforenergy-efficiencyofresidentialbuildings

inhotsummerandcoldwinterzone”

FENGYa,YANGHong

1

2

(11ChinaSouthwestArchitecturalDesignResearchInstitute,Chengdu610081,China;

2.HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China)

Abstract:Thesolarradiationsondifferentaspectsarevaried.Accordingtothesechangesinhotsummerandcoldwinterzone,thispaperanalyseshowthedifferentsolarradiationsinfluncethethermalprocessofthewindow.Throughcalcula2tionandanalysisoffieldmeasuringofexperimentalprojectofemergy2efficiencybuildings,thispaperalsoputsforward.thedesignprinciplesofarearationofwindowtowallofenergy2efficiencybuildingsKeywords:arearatioofwindowtowall;solarradiation;designstandard

我国夏热冬冷地区夏季炎热,冬季湿冷.夏季室外空气温度大于35℃的天数约10～40d,最高温度达到40℃以上;冬季日平均温度小于5℃的天数约20～80d;相对湿度大,高达80%以上,而且日照率远远低于北方.北方冬季日照率大多超过60%,而夏热冬冷地区由东到西,冬季日照率逐渐减少.东部日照率最高不超过50%,平均40%左右;中部平均30%左右;西部平均只有20%左右,其中,重庆只有13%.由于这一特殊的气候条件,该地区的建筑节能设计就不能完全照搬北方采暖地区的节能标准和

方法,本文就《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中窗墙面积比的确定作分析和探讨.

确定窗墙面积比的基本原则是依据这一地区不同朝向墙面冬、夏日照情况(日照时间长短

、太阳总辐射强度、阳光入射角大小),冬、夏季季风影响、室外空气温度、室内采光设计标准以及开窗面积与建筑能耗所占比率等因素来综合考虑.一般普通窗户(包括阳台门的透明部分)的保温隔热性能比外墙差得多,尤其是夏季

α

收稿日期:2001206225

基金项目:国家自然科学基金项目(59878054)

作者简介:冯　雅(19582),男,四川雅安市人.博士,高级工程师.研究方向为建筑热工、建筑节能.

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第4期冯　雅等:《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中窗墙面积比的确定349

白天通过窗户进入室内的太阳辐射热也比外墙多得多,窗墙面积比越大,则采暖和空调的能耗也越大.因此,

从减少建筑能耗的角度出发,必须限制窗墙面积比.在一般情况下,应以满足室内采光要求作为窗墙面积比的确定原则,来规定窗墙面积比的数值是它能基本满足较大进深房间的采光要求.

由于夏热冬冷地区范围大,东、西部气候条件也各不相同,从建筑能耗角度来看,室外气象参数对窗墙面积比的要求也应根据气象参数在不同地区,不同时间的变化规律进行确定.从这一地区建筑能耗分析中可知,窗对建筑能耗的损失主要有两个原因:一是夏季空调、冬季采暖时室内外有温差,通过窗的温差传热所造成的热量损失的增加;另外就是窗因受太阳辐射影响导致建筑室内空调采暖能耗的增减.从冬季来看,通过窗口进入室内的太阳辐射有利于建筑的节能,因此,减少窗的温差传热是建筑节能中减少窗口热损失的主要途径;而在夏季,由于这一地区因窗造成的建筑能耗中,太阳辐射是主要因素.夏季不同朝向墙面太阳辐射温度日变化比冬季要复杂,不同朝向墙面日辐射强度和峰值出现的时间是不同的,因此,在确定不同朝向的窗墙面积比时也应有差别.如表1、表2所示,近10年(1989～1998年)气象参数累计10年的统计值.

表1　()

地区

(E)SW()SH

63713175

6875196190

98103157512

120124168711

南京

121314148

158163160151137147162363562

139261866

159323969

3093471008

405331982

545276892

15135710579189745

16113778613145554

1784721579192335

1842441320160115

武汉

49.9106.4134.6152.4176.1190.5195.3190.5176.1152.4134.6106.449.9()25.173.7117.7151.9176.1190.5222.5298.6372.6398.8361.6254.3102.4SW()H()SW()H

25.125952814141372

73.7117.7151.9176.1192.5259.2324.5354.97429287424242240

122512113707075433

1746981399393113610

233838157109109204750

272927172119124251840

286956.8176123145259876

272927172303310251840

233838157454326204750

342174698139551317113609

28112251211357229475433

178742928749615942240

62259528308441372

成都

　　注:以上数据为1989-1998年累计10年统计值

表2　部分城市室外气象参数近10年来统计值

最冷月

城市南京武汉成都

平均温度1.94.154

日平均温度≤5℃天数 d83423.8

最热月平均温度28.429.225.5

室外计算平均风速-冬季2.62.71.2

1

日照度 %冬季462619

夏季484621

极端温度 ℃冬季-14-9.8-1.0

夏季4038.936.2

夏季2.62.71.2

注:南京为建筑气候区划标准中数据.

根据表1中的数据,取某一天中所测的太阳辐射量为例进行分析,水平表面和垂直表面单位面积上所得太阳直接辐射量分别表示为:

-(1)qH= Idt

qAn= I

⊥

cos(An-As)dt(2)

式中qH为水平表面上单位面积所得太阳直接辐射量;qAn为垂直表面上单位面积所得太阳直接辐射量;

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西　安　建　筑　科　技　大　学　学　报(自然科学版)　　　　　　　　　　第33卷

A

n

为垂直表面方位角;As为太阳方位角;t为时间,式中积分从日出到日没.

我们采用Gauss二次型数值积分可计算出式(1)和式(2)建筑不同朝向表面单位面积上的太阳辐射,垂

直表面以南向方位作为比较基准,那么可以得到不同方位的相对日辐射量的无因次量,其变化规律如图1、图2所示.可以看到,南向垂直表面冬季日辐射量最大,夏季反而偏小,东、西向垂直表面最大.这与实际情况相

符合.表3是东、南、西、北垂直表面以及水平表面冬季和夏季单位面积上的相对日辐射量比较

.

图1　冬至日垂直表面各朝向

单位面积上的相对日辐射量

2,,而夏季反而变小,东西向垂直表面最大,这与,也就是为什么这一地区尤其注重夏季防止东西向日晒,冬.

(采暖建筑部分)规定北向窗墙比大于0.25,南向不大于在北方地区《民用建筑节能设计标准》0.35.但在夏热冬冷地区人们无论是过渡季节还是冬、夏两季普遍有开窗加强房间通风的习惯.一是

自然通风改善了室内空气质量,二是冬季中午开窗,可以通过窗口直接获得太阳辐射;在夏季两个连晴高温期间的阴雨降温过程或降雨后连晴高温开始升温过程中,夜间气候凉爽宜人,房间通风能带走室内余热并蓄冷,因此,南向窗墙面积比一般控制在0.35以内.对于北向窗墙面积比,由于西部地区比东部地区上海、南京和中部地区的武汉等地室外风速小,自然通风时,如果南北向窗墙比面积相差过大,不宜于夏季穿堂风的形成;经过DOE-2程序计算和工程实测,冬季北向季风对北向窗口热损失不明显大于南窗,而窗口面积太小,容易造成室内采光不足(例如,西南地区全年阴雨天很多,冬季平均日照率≤25%),所增加的室内照明用电能耗,将超过节约的冷暖能耗.因此,这一地区在进行围护结节能设计

时,不宜过分依靠减少窗墙比,应重点是提高窗的热工性能.

因此在制定标准中窗户(包括阳台门的透明部分)的面积不应过大,不同朝向的窗墙面积比不应超过表3规定的数值.若窗墙面积比超过表3的规定值,则必须减小窗户和围护结构的传热系数,采用有效的遮阳措施.

表3　不同朝向窗墙面积比的外窗传热系数

(W cm-2)窗的传热系数K

朝　　向

窗外环境条件

冬季最冷月室外平

均气温>5℃

冬季最冷月室外平均气温≤5℃无遮阳措施有外遮阳太阳辐射透过率≤

20%

窗墙面积比≤0.25

窗墙面积比>0.25且≤0.25

4.73.23.23.24.7

窗墙面积比>0.3且≤0.35

3.2312

窗墙面积比>0.35且≤0.45

2.5312

窗墙面积比>0.45且≤0.5

———

2.52.5

北(偏东60°到偏西60°范围)东、西(东或西偏北30°到偏南

60°

4.74.74.74.74.7

—

3.23.2

—

2.52.5

南(偏东30°到

)偏西30°范围

注:1.厨房、卫生间窗墙比不受此表限制;2.东、西向窗墙面积比大于0125时,必须按有外遮阳方式考虑.

近年来居住建筑的窗墙面积比有越来越大的趋势,这是因为商品住宅的购买者大部希望自己的住

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第4期冯　雅等:《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》

中窗墙面积比的确定351

宅更加通透明亮.考虑到临街建筑立面美观的需要,窗墙面积比超过4.0.5条的规定值是允许的,但当

窗墙面积比超过规定值时,应首先考虑减小窗户(含阳台透明部分)的传热系数,如采用单框双玻或中空玻璃窗,并加强夏季活动遮阳,其次可考虑减小外墙的传热系数.

大量的调查和测试表明,太阳辐射通过窗进入室内的热量是造成夏季室内过热的主要原因,日本、美国、欧洲以及香港等国家和地区都把提高窗的热工性能和阳光控制作为夏季防热、住宅节能的重点,而且建筑普遍在窗外安装有遮阳措施.而这一地区现有的窗户普遍为合金窗,传热系数大,空气渗透严重,而且大多数建筑无遮阳措施.因此,应对窗的热工性能和窗墙面积比作出明确的规定.

以冬冷夏热地区六层砖混结构试验建筑为例,南向4层一房间大小为5.1m(进深)×3.3m(宽)×2.8m(高),窗为1.5

m×1.8m单框铝合金窗在夏季连续空调时,计算不同负荷逐时变化曲线,可以看出通过墙体的传热量占总负荷的30%,通过窗的传热量最大,而且通过窗的传热中,主要是太阳辐射对负荷的影响,温差传热部分并不大,如图3、图4所示.因此,

.

图3　不同负荷变化曲线　　　　　图4　窗的能耗指标变化曲线

条文中对西(东)向窗墙面积比限制较严,是因为夏季太阳辐射在西(东)向最大,如图5所示,为夏热冬冷地区几个主要城市夏季不同朝向墙面日辐射强度的日变化规律,可以看出不同朝向墙面日辐射强度的峰值,以西(东)向墙面为最高,西南(东南)向墙面次之,西北(东北)向又次之,南向墙更为次之,北向墙为最小.因此,对西(东)向窗墙面积比严

格控制是合理的,而对南向窗墙

图5　夏季不同朝向墙面日辐射变化曲线

面积比定为0.35也符合这一地

区起居室窗口面积大这一人们的生活习惯.当然对超过表3规定后,对窗的传热系数和窗户的遮阳太阳辐射透过率作严格的限制,一方面真正做到住宅的节能,另一方面又给建筑师设计、开发商、这一地区人们的生活方式提供了更大的空间.参考文献:

[1]　中华人民共和国国家标准《民用建筑热工设计规范》GB50176293[S].[2]　中华人民共和国行业标准《民用建筑节能设计标准》JGJ26295[S].[3]　中华人民共和国国家标准《建筑气候区划标准》GB50178293[S].

[4]　杨　红.夏热冬冷地区住宅阳台热环境研究[D].武汉:华中科技大学,2001.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/qbii.html