建筑能耗与节能门窗的热工性能相关性研究
时间：2020-12-29 12:03:13 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘要】利用WINDOW以及THERM软件进行模拟，以探究典型节能门窗玻璃和整窗系统的热工性能，并与模拟场地当地的气候特征相结合，总结出配置不同的节能门窗建筑的全年能耗情况。据相关数据调查显示，门窗材料的不同直接影响着门窗的热工性能，在玻璃的选材上，应选用辐射系数较低的。在木材的选择上，应选择热导率较小的材料。才能够从根本上将门窗的传热系数降至最低。还可以利用增加铝合金型材的厚度以达到使门窗传热系数增大的目的，材质以及型号的不同对地区建筑的夏季制冷以及冬季采暖能耗有着不同的影响，所以，应结合地区气候的特点以选择节能门窗的类型。
【关键词】建筑能耗；节能门窗；热工性能
作为建筑外围护结构开口部位的门窗，能够起到阻隔外界气候干扰的作用，据研究数据显示，外窗以及外门的传热系数大约为4.70W（m2·K），屋面的传热系数为0.80W（m2·K），墙体的传热系数为1.40W（m2·K），地面的传热系数为0.52W（m2·K），也就是说门窗系统的能耗大约占建筑围护结构总能量的一半之多，由此证明，对于门窗的节能建设已经成为了建筑节能中的主要构成部分。
一、门窗节能技术的发展以及模拟软件
在研究以及开发节能门窗时，采用传统的工艺来制作以及检测门窗，不仅耗费了大量的人力物力，而且较长的试验流程，使试验数据的获得更加困难。在现代科技发展下，计算机技术也随之发展起来，而且已经渗透至建筑行业中，计算机的模拟计算在建筑计算中被广泛的应用，对建筑能耗水平的评价、建筑能耗特性的研究以及建筑能耗趋势的预测有着重要的作用，计算机模拟软件在设计与优化建筑构件，改造节能建筑中占有重要地位，其是通过将已知数据输入设计制作好的模拟软件中，通过计算机的计算，得出对应结果，以对现实试验环境进行模拟。
传热系数（U或K）、太阳得热系数（SHGC）以及遮阳系数（SC）是门窗热工性能的重要参数。在传热条件相对稳定时，围护结构两侧的空气温差为1℃，其在一秒内通过一平方米的面积所传递的热量就是传热系数（U或K），W（m2·K）为其单位。对传导、对流以及表面辐射进行综合考虑，U的数值越小，门窗的保温隔热能力越好，通过门窗所消耗的热量也就越少。在外界条件相同的情况下，太阳辐射透过玻璃和在无玻璃的状态下能够进入到室内的热量的比值就是太阳得热系数（SHGC）。太阳辐射的总透射比和透过平板玻璃的太阳辐射的比值就是遮阳系数（SC），但需保证使用的平板玻璃是3毫米厚且需是普通无色透明的。门窗热工性能中的气候、朝阳以及遮阳因素均在SHGC与SC中体现出来，SHGC与SC的数值越大，门窗能够遮挡阳光辐射的性能也就越差。
对于评价门窗热工性能的WINDOW和THERM软件的功能丰富、计算准确的优点已经在国际上被认可，同时也是中国建设部门指定使用的模拟软件。而DeST软件是一个将空气调节系统与建筑环境或供热通风相模拟的平台，方便了对建筑环境性能评估以及模拟预测，在国内已经得到广泛应用。DeST软件就是利用对建筑气象、房间内扰以及空调系统参数的设置，以计算出建筑能耗以及室内的温度，最后将气象、房间逐时空调室温以及建筑逐时冷热负荷等数据利用Excel表现出来。
二.对门窗玻璃的详细分析
整个门窗面积的70%～80%都被玻璃占据着，在门窗损失的总热量中，玻璃所损失的就占70%以上，由此可以说明，在门窗的整体性能中，玻璃的热工性能占据重要地位。目前，玻璃幕墙行业中使用较多的就是中空玻璃，因为其的保温隔热性能较好，其的制作是由2片或多片平板玻璃在周边密封粘接，中间部位均匀隔开，在夹层中有干燥的气体空间，因气体热导率较低，所以此方式的隔热效果良好。在最初的制造中，玻璃夹层间仅仅是干燥的空气，但是为了使中空玻璃的隔热性能更好，在研究中将低于空气热导率的惰性气体充入夹层，其需保证夹层宽度大于等于6mm，以使隔热性能更加明显。如果间隙过于宽大，夹层中的气体形成对流，就会使隔热性能明显减低，也会导致制作出过厚的中空玻璃，在实际使用中造成不良影响，一般标准化的中空玻璃间隙宽度为6，9，12mm。
据研究数据得出，中空玻璃的厚度以及间隙都相同时，将其中一层的玻璃换为辐射较低的玻璃时，就可以使中空玻璃的传热系数、遮阳系数以及太阳得热系数有效降低，同时也会将可见光透过率降低。在相同厚度的玻璃下，增大中空玻璃的间隙，就能够使系统的传热系数降低，但是中空玻璃的遮阳系数以及太阳得热系数、可见光透过率就不会有太大的影响。另外，使用厚度不同的低辐射玻璃就会影响中空玻璃的各项性能，但是对普通玻璃增加其厚度就不会对中空玻璃的各项系数造成太大的影响。
三、气候差异异同时降低能耗的措施
在较为寒冷北方的地区，例如哈尔滨，应尽量使门窗玻璃的传热系数降低，增加太阳得热系数，能够有效实现节能。
在夏热冬暖的南方地区，例如广州，门窗玻璃的太阳得热系数能够在很大程度上影响建筑的能耗，但是传热系数对其影响较小。
在夏热冬冷的地区，例如上海，若想有效的实现建筑物节能，就应用最大限度的降低门窗玻璃的传热系数以及太阳得热系数。尤其作用在较大的墙体上时，作用更加明显。
在较温和的地区，例如重庆，可通过增大墙体面积使传热系数以及太阳得热系数均降低，以达到最终降低能耗的目的。
在寒冷的地区，例如北京，降低门窗玻璃的传热系数就能够有利于建筑节能建设，当墙体大于等于0.5时，就应该将玻璃的太阳得热系数降低，而当窗体小于等于0.3时，就应该使太阳得热系数增加以降低能耗。
结语：
综合以上分析得出，传热系统的系数越高，室内外能量的交换就会越多，门窗的保温性能就会越差，太阳得热系数越高，室内环境接收的太阳能量就会越多。由此证明，门窗的传热系数、太阳得热系数的变化与建筑制冷能耗有着一致的变化趋势。为了节能提高节能效果，就需要在建筑中使用低辐射系数的玻璃以及选择较小热导率的木材以使门窗的传热系数降低。因门窗的材料选择直接影响着建筑的节能保温性能，所以，在制作门窗时应尽量选择小热导率的材料，以使门窗的保温性能得到提高，使能耗降至最低，玻璃材料的传热系数以及太阳得热系数能否降低直接影响着夏季制冷能耗能否降低，但在建筑中，使用铝合金窗框增加了厚度，在夏季制冷能耗降低的同时，却使冬季采暖能耗增加，所以，针对于夏季制冷需求较大的地区，就可以利用使太阳得热系数降低以达到节能的目的。针对于寒冷地区，采用低辐射的玻璃难以实现建筑节能。
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