夏热冬冷地区既有建筑门窗的节能改造

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全国中文核心期刊夏热冬冷地区既有建筑门窗的节能改造杨燕萍（浙江省建筑科学设计研究院物理所，浙江杭州310012）摘要:针对既有建筑围护结构能耗现状，分析建筑节能改造前后能耗及经济效益，根据夏热冬冷地区气候特点，从玻璃、五金配件的选择，门窗的组装及遮阳，提出了门窗节能改造的办法。关键词:既有建筑；外窗；能耗；节能改造中图分类号:TU111.4+8文献标识码:A文章编号:1001-702X(2007)09-0040-04CurrentarchitecturaldoorsandwindowsenergysavingreconstructionsinhotsummerandcoldwinterareaYANGYanping（PhysicsDepartmentoftheArchitecturalScienceandDesignResearchInstituteofZhejiangProvince，Hangzhou310012，Zhejiang，China）采用密封性能较差的单玻钢窗、塑窗、铝窗；公共建筑的透明1既有建筑现状分析部分大面积采用了未做任何保温隔热措施的玻璃幕墙。根据1.1外围护结构方面浙江省的气候特点，设计师在以往的门窗设计中，追求大、通、浙江省属夏热冬冷地区，高温持续时间长，大量没有任何透，很少考虑节能要求，居住建筑中的窗墙比一般都超过节能措施的既有建筑保温隔热性能差，设备系统效率低，导致30%，而公共建筑的窗墙比则较多超过60%，节能建筑面积所采暖和制冷能耗浪费严重。20世纪八九十年代建造的建筑传占比例很小。统不透明外墙一般为240实心黏土砖墙；透明窗户绝大部分1.2外围护中外窗的耗能22浙江省既有建筑约7.5亿m，其中居住建筑5亿m。夏收稿日期:2007-07-11季用电高峰时，空调负荷最高达到总负荷的一半以上。窗户是作者简介:杨燕萍，女，1956年生，浙江杭州人，高级工程师。围护结构中热工性能较差的部分，约占由围护结构引起能耗的45%。公共建筑通过外围护结构（透明幕墙）的传热损失就!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!参考文献:4结语[1]DarkwaK，O'CallaghanPW.Simulationofphasechangedry-（1）相变材料应用建筑物围护结构的形式可以多样化，不wallsinapassivesolarbuilding[J].AppliedThermalEngineer-同的相变墙体的构造有不同的作用，而且不同气候环境下相ing，2006，26（8-9）：853-858.变材料的选择也不一样。[2]ZhangYP，LinKP，YangR，etal.Preparation，thermalperfor-（2）相变材料应用于外墙的外表面，在夏季可以改善建筑manceandapplicationofshape-stabilizedPCMinenergyeffi-物外墙表面的热环境，减少通过围护结构传入室内的热量，缓cientbuildings[J].EnergyandBuildings，2006，38（10）：1262-1269.减夏季室内的空调冷负荷，起到节能效果。所提出的相变温度[3]DariuszHeim，ClarkeJoeA.Numericalmodelingandthermal和掺量的计算公式，为今后相变墙体设计提供一些借鉴方法。simulationofPCM-gypsumcompositeswithESP-r[J].Energy（3）相变材料混掺于普通建筑材料中制成墙体来提高建andBuildings，2004，36（8）：795-805.筑物的热稳定性能。应用于墙体的内侧，冬季利用白天的太阳[4]LuisaF.Cabeza，CeciliaCastellon，MiquelNogues，etal.Useof光辐射储能在晚上放出热量；应用于墙体的外侧进行夏季相microencapsulatedPCMinconcretewallsforenergysavings[J].变隔热。不同部位的相变材料可以起着不同的作用。完成单项EnergyandBuildings，2007，39（2）：113-119.功能研究成熟后，进行结构上的复合，使得墙体功能集成化，[5]唐鸣放，钱炜.采用生态建筑隔热措施，改善城市热环境[J].重庆这样相变材料就能全年发挥其储能节能的潜力。建筑大学学报，2001，23（4）：31-35."·40·新型建筑材料2007.9 杨燕萍:夏热冬冷地区既有建筑门窗的节能改造更大，多数未达到节能标准的要求，是造成高能耗的主要原夏热冬冷地区的建筑玻璃遮阳系数有明确规定。降低玻璃遮因之一。阳系数的方法很多，如采用着色玻璃、阳光控制镀膜玻璃和Low-E玻璃等。不同玻璃太阳光谱透过率曲线见图1。2窗的节能改造2.1外窗改造宜先行笔者采用CHEC夏热冬冷地区居住建筑节能设计分析计算软件对多幢既有居住建筑围护结构能耗模拟计算，对采用不同类型墙体、屋顶、外窗、玻璃类型及有无外遮阳情况下的能耗进行了模拟计算，并在此基础上对围护结构改造措施进行了经济性比较。计算和分析结果表明：窗墙比大于0.3时，外窗改造后的节能效果较显著，能耗降低15%左右。窗墙图1不同玻璃太阳光谱透过率曲线比越大，改造效果越好。由图1可见，着色玻璃的遮阳系数可降至0.55～0.85，阳对于既有建筑采取的节能措施为：南向增加外遮阳，单光控制镀膜玻璃的遮阳系数可降至0.25～0.55，由他们组合成玻改成中空双层玻璃窗，架空楼顶板、加铺屋顶外墙保温材的中空玻璃，其遮阳系数可进一步下降，但着色玻璃和阳光控料进行保温改造。可见对既有建筑进行节能改造，门窗是最制镀膜玻璃以及由他们组合成的中空玻璃，其传热系数与透容易操作实现的，可以先行一步。明浮法玻璃基本一致。2.2改造的基本原则Low-E中空玻璃，特别是双银Low-E中空玻璃，不但传建筑节能改造的基本原则是尽可能利用自然条件，采用热系数低，保温性能优良，而且遮阳系数也可降至0.30～0.60，最小的技术手段和投入，在保证获得适宜的室内热环境的前隔热性能非常好，可满足GB50189《公共建筑节能设计标准》提下，得到最大的节能降耗效果。显然节能的投入要讲究经在任何地区对玻璃传热系数和遮阳系数的要求。济性。在既有建筑门窗的改造中，还要注意尽可能较少影响此外，彩铀玻璃和建筑遮阳系统也可显著降低门窗的遮或不影响原有建筑内装修的原则。所以窗的改造更多地应考阳系数，究竟采用何种遮阳方式，应结合建筑学综合考虑决虑玻璃的更换，通常情况下通过建筑外窗的热量，玻璃得热定。是第一位，其次是窗缝隙空气渗透传热，窗框所传热量占最在夏热冬冷地区，既有居住或公共建筑的透明外窗多为少。因此，提高窗的节能特性首先应该从玻璃着手，其次是窗单玻，保温性能很差。从表1和图1可见，透明玻璃、吸热玻的密封性与窗框的问题。璃、热反射玻璃单片玻璃的保温性能K值区别不大，遮阳2.2.1玻璃的选择Low-E玻璃的K值降低较多。应积极采用遮阳型Low-E中空我们在选择建筑门窗玻璃时，要保证整体建筑的节能，根玻璃，其遮阳系数SC小于0.5，对透过的太阳能衰减较多，而据各地区不同的节能指标，合理地选择玻璃。不同种类玻璃不过多阻挡可见光的透过。这对以空调制冷的南方地区极为的热工性能见表1。适用，夏季可最大限度地限制太阳能进入室内，并阻挡来自室表1不同种类玻璃的热工性能外的远红外热辐射，因为冬季太阳能的强度仅为夏季的1/3单片K值组合K值遮阳系数左右，因而保温性能并未受到影响。从而节省空调的使用费玻璃种类中空组合/[W（/m·2K）]/[W（/m·2K）]SC/%用。透明玻璃5.86白玻+12A+6白玻2.7722.2.2配件的选择吸热玻璃5.86蓝玻+12A+6白玻2.743五金配件在节能门窗里面所起的作用较大，不但与门窗热反射玻璃5.46反射+12A+6白玻2.634的气密、水密、抗风压性能息息相关，在安全等性能上也起着Low-E玻璃3.86Low-E+12A+6白玻1.942非常重要的作用。节能门窗五金配件选择应考虑到以下几个夏热冬冷地区，夏季日照强烈，空调制冷是主要能耗，因方面：此应降低建筑玻璃的遮阳系数，玻璃的遮阳系数越低，透过（1）选择材质好的五金配件是节能门窗的基本保证。材质玻璃传递的太阳光能量越少，越有利于建筑物制冷节能。但差的五金配件易老化、碎裂，会导致门窗开启不灵活或无法开玻璃的遮阳系数也不能太低，否则，无法达到建筑物白天自启、关闭，这样不但不能保证建筑门窗的气密性能，达不到节然采光的目的。GB50189《公共建筑节能设计标准》对应用于能要求，还给人们带来安全问题。因此，在选择五金配件时一NEWBUILDINGMATERIALS·41· 杨燕萍:夏热冬冷地区既有建筑门窗的节能改造定要选择有品质保证的品牌产品，不能贪图便宜，以小失大。从节能角度讲，遮阳越好的窗户，隔热保温性能相应也（2）五金配件的合理配置与设计。应选择锁闭良好的多好。除了选择遮阳玻璃外，外窗采取遮阳等措施，降低夏季外点锁系统，保证门窗在受风压的作用下扇、框变形同步，有效窗的太阳辐射透过率，不但可以大幅度降低空调设备的能耗，保证密封材料的合理配合，使密封胶条能随时保持受压力的还可以明显改善自然通风条件下的室内热环境。现场实测表状态下有良好的密封性能。而不能选择便宜、简易的单点锁明：有效的遮阳，可以使室内空气最高温度降低1.4℃，平均温五金配置，因单点锁五金配置时，在门窗受到正风压或负风压度降低0.7℃，使室内各表面温度降低1.2℃，从而延长采用自时，门窗在没有锁闭点的位置就会发生变形。而变形之后无然通风的时间，减少使用空调的时间，获得显著的节能效果。法恢复原位，从而导致扇、框之间产生缝隙，使得热冷空气通模拟计算表明，仅夏季采取遮阳一项措施，该建筑的改造过门窗缝隙循环流动，形成对流，降低门窗的节能效果。使空调耗电量比相同围护结构条件下降低19.0%以上。因此，2.2.3正确的组装窗户外遮阳是浙江地区居住建筑节能的最主要的技术措施之门窗的节能特性只是其众多特性之一，还有抗风压性、水一。当外窗夏季的辐射透过率不大于0.3，再辅以墙体隔热和密性、气密性、隔声性、防雷性等。尤其是浙江属于沿海台风提高空调设备能效比等措施，就可以达到国家建筑节能50%地区，对外窗的抗风压性与水密性均有较高的要求。外窗的的指标要求。但在冬天，太阳辐射得热又是提高室内热环境质加工组装精度，特别是窗配件，如窗支撑、密封胶条、密封胶，量的一个有利因素。因此，选择合适的建筑开窗朝向，增加外高质量的产品较普通产品，可以大大提高窗的安全使用寿命窗的遮阳是减少外窗得热的最直接和有效的手段。与密封性能，对于提高节能窗产品的性价比，具有关键性的作2.3.2遮阳的方式用。而施工质量尤其是安装窗框时要避免冷桥的产生等，是遮阳可分室内、室外遮阳：室内使用镀膜窗帘，冬季，镀层节能窗达到预期性能的重要环节。使热量在室内循环以减少供热用能；夏季，可防止强烈的太阳2.3窗的隔热改造辐射而减少制冷用能。室内挂窗帘既方便又有装饰效果，但低2.3.1遮阳的功效垂的窗帘挡住了光线，热量还是留在室内，所以不是最好的选保温和隔热都是阻止热量传递的方式，也是门窗节能的择。有条件应选择室外遮阳或室外窗帘。关键指标，但两者却是有着很大的差别。保温是指外窗在冬历史久远的木质窗板，有单扇和对开的，有全木板和百叶季温差较大（一般大于10℃）条件下，阻止室内向室外的温差式的，设在窗外。使用时关上，不用时打开，并有牢固的固定设传热；隔热是指外窗在夏季隔离太阳辐射得热和阻止室外向施，对建筑物的外观没有任何影响。现在发达国家在这方面又室内的传热（温差一般小于10℃），其中太阳辐射得热远大于发展为集遮阳、保温、隔热与防盗为一体的外窗帘板，有的是因温差而产生的得热。铝质或塑料百叶，有的用钢卷帘或布卷帘，也有横向推拉式的在炎热的南方沿海地区，为节省空调电耗，窗的隔热比保遮阳装置。温更为重要。窗户的隔热性是指太阳辐射得热通过窗户进入在既有门窗改造的同时，不要轻视遮阳，应优先考虑外遮室内的能力。《公共建筑节能设计标准》中用遮阳系数SC作阳。同时还应充分考虑冬季利用太阳辐射改善室内热环境。窗为窗户隔热性能的设计依据。有遮阳时，SC=玻璃的遮阳系玻璃的冬季辐射透过率应尽可能地大。这就意味着窗玻璃太数×外遮阳的遮阳系数；无遮阳时，SC=玻璃的遮阳系数。根据阳辐射透过率应按季节进行调整。因此，夏季设置外遮阳进行DOE-2软件模拟计算，在对数幢楼房的节能设计与计算中，隔热时，遮阳设施应是活动的，冬季时可将其移离窗口，避免通过改换外窗不同的保温和隔热系数，得出非常有意思的结外窗的遮阳对太阳辐射的阻碍。2果，以某建筑为例：节能计算面积为3502m，体形系数0.256，3门窗节能改造的选用技术窗墙比南北同为0.29、东为0.1、西为0.04，原有建筑能耗为2114.6kW·h/m，如果窗的传热降低1/2，对降低能耗的贡献为既有建筑门窗一般为钢窗、单玻窗、铝合金塑钢窗，气密22.1%（2.4kW·h/m），而将窗的遮阳系数降低1/2，对降低能耗性差，传热系数高，因此有必要将原门窗改造或调换成中空窗2的贡献为5%（5.82kW·h/m）。将外墙的传热降低1/2，对降低扇。调换门窗可能会影响室内装潢材料的完好性，亦可在原门2能耗的贡献为5.67%（6.5kW·h/m）。由于辐射得热量较温差窗外加1道门窗而达到节能改造的要求，外窗节能改造可选传热得热量大得多，隔热性能评价遮阳系数SC显得更重要。用下列技术。因此，在选用节能窗时，我们不仅要看传热系数K值，更要看3.1拆换原窗改造其遮阳系数SC值。（1）当钢窗、木窗、铝合金窗的原窗损坏时，拆换整窗调换·42·新型建筑材料2007.9 杨燕萍:夏热冬冷地区既有建筑门窗的节能改造节能窗。可在玻璃面贴隔热膜。（2）当原窗为塑料窗，可较为方便地拆换窗扇压条改造成4建筑节能改造前后能耗及经济分析中空玻璃窗扇调换。（3）当原窗为铝合金窗时，可加大窗扇玻璃槽口，拆换窗以1幢20层的高层建筑的改造为例，其建筑面积为2扇改造成中空玻璃窗扇调换。9545m，外墙采用240黏土实心砖砌体，玻璃马赛克饰面，且3.2加窗改造已有剥落现象，空鼓率达30%左右，窗户采用塑料单玻窗。屋（1）当原窗完好，可根据现场实测值设计加窗的位置和方面采用珍珠岩保温，防水层采用防水涂料。对其进行围护结构法，加窗可为单层或中空窗。改造：外墙使用聚氨酯彩色防水保温系统，改造前后保温隔热（2）贴隔热膜改造。当原窗完好，尤其是玻璃幕墙改造时，性能对比见表2。表2改造前后的热工性能改造前改造后改造前K值/[W（/m·2K）]改造后K值/[W（/m·2K）]改造后遮阳系数SC外墙（玻璃马赛克）外墙（聚氨酯20mm）3.51.0-窗户（塑料单玻窗）窗户（塑料Low-E中空窗）4.92.00.47屋顶（珍珠岩）屋顶（聚氨酯40mm）1.50.65-门窗在该建筑所占面积比为24%，改造前后的传热系数容易操作，对门窗企业来说，要重视改造施工工艺，根据既有降低大于50%。改造前后的能耗分析采用CHEC建筑能耗分建筑的建造年代、损坏程度、安全状况等实施分期分批分方案2析软件计算。改造前的能耗为85.4kW·h/m，节能计算面积按的改造。使既有住宅建筑的能耗降低、居民住宅的舒适度增《居住建筑节能设计标准》的要求，计算参照建筑能耗为58.2加，同时能耗支出的降低又能让居民享受到真正的实惠。使国2kW·h/m。能耗与原有建筑相比降低了32%。家和用户都能在节能改造中受益，也使门窗幕墙行业能在建上述指标远优于夏热冬冷地区目前对节能改造所提出的筑节能改造中取得巨大的收益。指标要求，节能效果明显。该工程住宅节能改造费用小于120!2元/m，所需资金见表3。表39545m2住宅节能改造所需资金及节能效果建设部印发《民用建筑能耗统计报表制项目单价（/元/m2）数量/m2总价/元度》(试行)的通知聚氨酯外保温（20mm）1054573.8480249为全面掌握我国建筑能耗实际状况，促进建筑节外墙涂料254573.8114345能的发展，在广泛听取意见的基础上，建设部组织制定聚氨酯屋面保温120510.761284了《民用建筑能耗统计报表制度》（试行）（以下简称《报塑料Low-E中空窗（单改中空）2102312485520K=2.2，SC=0.55表制度》），并已经国家统计局审核批准。建设部决定在建筑节能改造总费用/元1141389北京、天津、上海、重庆、石家庄、唐山、沈阳、哈尔滨、南建筑面积节能改造费用（/元/m2）120京、常州、福州、厦门、济南、郑州、鹤壁、武汉、广州、深降低能耗（/kW·h/年）259624圳、海口、三亚、成都、绵阳、西安等23个城市，试行民节电/[kW·h（/m·2年）]27.2用建筑能耗统计报表制度，取得经验后，将在全国范围节煤（/t标煤/年）34内推广。《报表制度》自2007年年报起执行，首次报送节能（/t标煤/100m2）0.36时间为2008年3月31日前，报送内容为2007年1～据模拟计算分析：该工程经过节能改造后，节煤34t标12月期间各相关报表。建设部委托建设部科技发展促2煤/年，即节煤0.36t标煤（/100m·年），相当于每年节电27.2进中心承担民用建筑能耗统计报表的催报、接收、汇总2kW·h/m，电费按0.65元（/kW·h）计算，每年节约电费17.68等具体工作。2元/m。6～7年节约的电费可以交付改造的费用。建设部日前已批准《民用建筑能耗数据采集标准》为行业标准，编号为JGJ/T154—2007，自2008年1月5结语1日起实施。针对既有建筑节能改造所面临的问题，外窗的改造相对NEWBUILDINGMATERIALS·43·