劉 歡，張子平，趙士永，付素娟

(1.河北工程大學城市建設學院，河北邯鄲056038;2.河北建筑科學研究院，河北石家莊050200)

建筑本體性能的改善是實現(xiàn)建筑節(jié)能的根本措施，其中窗墻比是影響建筑本體性能的關鍵因素。窗墻比加大，一方面由于玻璃的透射性會導致房間的熱量增加，這樣在改善冬季熱環(huán)境的同時，也會造成夏季空調能耗的增加;另一方面由于玻璃的傳熱系數(shù)大于外墻的傳熱系數(shù)，會增加室內外的換熱量，這樣在增加夏季室內散熱的同時，也會造成冬季采暖能耗的增加。這就意味著窗墻比的加大對夏季和冬季的室內熱環(huán)境既存在著有利的一面，也存在著不利的一面。因此，確定合適的窗墻比，對充分利用太陽能實現(xiàn)建筑節(jié)能非常關鍵。盡管國內外對窗墻比對建筑能耗的影響規(guī)律做了大量的研究，但這些研究主要是針對城鎮(zhèn)住宅，對農村的住宅研究較少。農村住宅與城鎮(zhèn)住宅相比在外圍護結構、保溫密閉性等方面存在較大的差異，有必要對農村住宅單獨進行研究。本文將研究農村住宅窗墻比對全年空調、供暖能耗的影響規(guī)律，確定華北地區(qū)農村住宅較合理的窗墻比。對實現(xiàn)華北地區(qū)農村住宅的節(jié)能降耗起到舉足輕重的作用。

1 研究方法

本文通過DeST模擬的方法，結合華北地區(qū)農村住宅的特點，分別計算不同外窗材質、是否遮陽條件下空調能耗指標、供暖能耗指標，以及全年空調、供暖總能耗指標，并以此研究不同材質外窗、是否遮陽條件下，窗墻比對建筑能耗的影響規(guī)律。課題組對華北地區(qū)716戶農村住宅進行了調研。調研結果顯示:農村住宅不同于城鎮(zhèn)住宅，多為獨戶獨院建筑，冬季多為間歇供暖、夏季多為分體式空調供冷，住宅朝向多為坐北朝南或接近坐北朝南，也有部分居民住東廂房、西廂房或南廂房，木質門窗使用率為67%，鋁合金材質為28%，塑鋼材質最少僅為5%。78%的農村住宅窗戶為單層玻璃，22%的農村住宅窗戶為雙層玻璃。門窗與所在墻體有不同程度的縫隙，其保溫密閉性差，遠遠沒有達到國家對農村建筑外門窗氣密性達到四級的要求。開窗的位置及尺寸多為住戶決定，由于追求良好的通風采光效果，導致農村住宅窗墻比較大，分布在0.5－0.8之間，50%的家庭安有窗簾。建筑外圍護結構的參數(shù)如表1所示。

2 模型的建立

為了研究方便，本文僅選擇一間長、寬均為4.8 m，高3.6 m，功能為臥室的房間作為研究對象。為避免體形系數(shù)的影響，該模型只設置屋頂及開窗墻為外圍護結構，外墻為20 mm水泥砂漿+370 mm實心磚+20 mm水泥砂漿，外窗為鋁合金加雙層玻璃節(jié)能窗和木質窗框加單層玻璃的普通外窗，屋頂為100 mm厚混凝土加80 mm厚爐渣屋面。

供暖、空調的室內設定溫度按《寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》選取，分別為14℃和26℃，供暖、空調室外設計溫度按石家莊地區(qū)的氣象參數(shù)選取，分別為 －6℃和30.1℃ 。

設置房間人數(shù)為2人，冬季18:00－08:00，人員指數(shù)為1.0，其余時間人員指數(shù)為0.5，夏季12:00－14:00、19:00 －08:00人員指數(shù)為1.0，其余時間人員指數(shù)為0。

設置室內照明為30 W，設備發(fā)熱為12.5 W，18:00－20:00燈光和設備指數(shù)為0.5，20:00－23:00燈光和設備指數(shù)為1.0，其余時間燈光和設備指數(shù)為0。

設置室內換氣次數(shù)為0.5h－1至5h－1，夏季時，當室外溫度低于室內溫度時視為住戶開窗通風，室內換氣次數(shù)為5h－1，當室內溫度高于室內溫度時視為住戶關閉門窗開啟空調，室內換氣次數(shù)為0.5h－1。

3 .數(shù)據(jù)分析

3.1 窗墻比對供暖能耗指標的影響

綜合圖1中的 a、b、c、d，可以看出，不同類型住宅、各朝向，隨著窗墻比的增大供暖能耗指標的變化差別較大。對于木質單層玻璃外窗的住宅，無論遮陽與否，隨著窗墻比的增大，供暖能耗指標呈明顯的增長趨勢，這說明由于窗墻比的增大帶來的太陽輻射的熱量要小于由于窗墻比增大而引起的室內散失的熱量。其中，北向窗墻比對供暖能耗指標的影響最大，其它依次為東向、西向、南向。對于鋁合金雙層玻璃外窗的住宅，無論遮陽與否，隨著窗墻比的增大供暖能耗指標均呈不同程度的下降趨勢，由于窗墻比的增大帶來的太陽輻射的熱量，要大于由于窗墻比的增加造成室內散失的熱量。其中，南向窗下降幅度最大，其余依次為西向、東向、北向。

通過對比圖1中的a與c、b與d可以看出，無論是木質單層玻璃外窗還是鋁合金雙層玻璃外窗增設外窗遮陽后，供暖能耗指標的變化不大。這說明外窗遮陽對供暖能耗指標的影響不大，也說明窗墻比對供暖能耗的影響基本不受外遮陽的影響。

表1 農村住宅圍護結構參數(shù)Tab.1 Parameters of rural residential palisade structure

通過對比圖1中的a與b、c與d可以看出，當住宅的外窗由木質單層玻璃窗改為鋁合金雙層玻璃窗后，無論是否遮陽，各朝向供暖能耗指標都由增長變?yōu)橄陆第厔?，這說明外窗保溫性能的提高可以降低供暖能耗指標，也說明窗墻比對供暖能耗指標的影響受外窗保溫性能的影響很大。

3.2 窗墻比對空調能耗指標的影響

綜合圖2中的 a、b、c、d可以看出，無論是木質單層玻璃外窗、鋁合金雙層玻璃外窗、是否遮陽，隨著窗墻比的增大，空調能耗指標均呈增長趨勢。這說明由于窗墻比的增大吸收太陽輻射的熱量要大于由于窗墻比的增加散失的熱量。其中，西向窗墻比對空調能耗指標的影響最大，其它依次為東向、西向、北向。通過對比圖2中的a與b、c與d可以看出，當住宅的外窗由木質單層外窗改為鋁合金雙層玻璃外窗后，無論是否遮陽，空調能耗指標變化不大，這說明外窗保溫性能的提高對空調能耗指標的影響不大，也說明窗墻比對空調能耗指標的影響基本不受外窗保溫性能的影響。通過對比圖2中的a與b、c與d可以看出，無論是木質單層玻璃外窗還是鋁合金雙層玻璃外窗，增設外遮陽后空調能耗指標明顯小于未遮陽時空調能耗指標，這說明增設外遮陽可以降低空調能耗指標，也說明窗墻比對空調能耗的影響受外窗遮陽的影響很大。

3.3 窗墻比對全年總能耗指標的影響

綜合圖3 中的 a、b、c、d 可以看出，在東向、西向、北向，外窗無論是否遮陽、木質單層玻璃外窗還是鋁合金雙層玻璃外窗，隨著窗墻比的增加全年總能耗指標呈明顯上升趨勢，窗墻比越大越不利于建筑節(jié)能，在南向，當由木質單層玻璃外窗改為鋁合金雙層玻璃窗后，無論是否遮陽總能耗指標隨著窗墻比的增大呈現(xiàn)下降后增長的趨勢，在南向存在總能耗最小的窗墻比。

通過對比圖3中的a與b、c與d可以看出，無論是木質單層玻璃外窗還是鋁合金雙層玻璃外窗，當外窗增設遮陽后，總能耗指標均低于未設遮陽時的總能耗指標，在南向，總能耗指標最低的點對應的窗墻比為0.4，當外窗增設遮陽后，總能耗最低的點對應的窗墻比為0.6，這說明外窗遮陽可以降低住宅的總能耗指標，采用外窗遮陽可以適當增大窗墻比，也說明窗墻比對總能耗的影響規(guī)律受外窗遮陽的影響較大。

通過對比圖3中的a與b、c與d可以看出，當外窗為鋁合金雙層玻璃時，無論是否遮陽，總能耗指標均小于木質單層玻璃外窗時的總能耗指標，在南向，總能耗指標由隨著窗墻比的增大變?yōu)橄认陆岛笊仙内厔?，這說明提高外窗的保溫性能可以降低住宅的總能耗指標，也說明窗墻比對總能耗的影響受外窗的保溫性能影響很大。

4 結論

1)東向、西向、北向窗墻比的增大供暖能耗指標、空調能耗指標、全年能耗指標均呈增長趨勢。南向隨著窗墻比的增加供暖能耗指標呈下降趨勢，空調能耗指標呈增長趨勢，當外窗為雙層玻璃時總能耗指標呈現(xiàn)下降后增長的趨勢，南向窗墻比為0.4時總能耗指標最小。

2)降低外窗傳熱系數(shù)、增設外窗遮陽可以降低住宅的總能耗指標，削弱了窗墻比對總能耗指標的影響，在外窗保溫性能良好、增設外窗遮陽的條件下可以適當增大窗墻比。

［1］江德明.窗墻比對居住建筑能耗的影響［J］.建筑技術，2009(12):1099－1102.

［2］龍恩深，付祥釗.窗墻比對居住建筑的冷熱耗量指標及節(jié)能率的影響［J］.暖通空調，2007(02):46－50.

［3］簡毅文，江億.窗墻比對住宅供暖空調總能耗的影響［J］.暖通空調，2006(06):1－5.

［4］高洪俊，高天寶，栗東平.新農村建設中節(jié)能住宅的發(fā)展現(xiàn)狀及對策［J］.河北工程大學學報:社會科學版，2008，24(04):23 －24

［5］吳杰.夏熱冬冷地區(qū)居住建筑圍護結構對建筑能耗的影響研究［D］.長沙:湖南大學，2011.

［6］董海廣，許淑惠.北京地區(qū)窗墻比和遮陽對住宅建筑能耗的影響［J］.建筑節(jié)能，2010(09):66－69.

［7］陳雷娟，劉春花.建筑窗墻比對于建筑耗冷量耗熱量的影響［J］.山西建筑，2010(33):250－251.

［8］孫鳳明，郭占軍，田芳.基于模擬室內光熱環(huán)境的陽臺設計分析［J］.河北工程大學:自然科學版，2011，28(03):31－34.