关于高层建筑设计的节能设计分析

关于高层建筑设计的节能设计分析

摘要：随着高层建筑的不断发展和节能设计理念的推广，本文主要根据我国寒冷地区气候特点、对外窗传热过程、室内舒适性，通过对建筑外窗构件的组成及热阻，设计分析，玻璃节能分析，从而提高外窗气密性，减少渗透消耗。总结出外窗节能设计需要考虑的因素以及寒冷地区节能设计以及外窗节能的策略。

关键词：寒冷地区；居住建筑；外窗；节能

Abstract: with the development of the high-rise building and energy saving design idea of the promotion, this paper mainly according to China’s cold weather characteristics, foreign window in heat transfer process, indoor comfort, through to the building outside the window of the component composition and thermal resistance, design analysis, glass saving energy analysis, so as to improve the outside the window air tightness, reduce the consumption of infiltration. Summary out the window to consider the energy saving design factors and energy saving design and cold regions outside the window the energy saving of the strategy.

Keywords: cold areas; Residential building; Outside the window; Energy saving

中图分类号：TU2 文献标识码：A文章编号：

近几年，我国建筑行业所消耗的能源相对于总能源消耗量所占的比例节节攀升，目前，我国西南地区地区城镇民用建筑采暖能耗平均为20kg标准煤，此约占民用建筑总能耗的56%~58%。各个用能领域可能产生的节能潜力研究表明，建筑节能潜力最大，是缓解能源紧张、能源供应不足的最有效措施。我国政府致力于建设节约型社会，建筑节能是建设节约型社会的重中之重。本文分析西南寒冷地区，得出气候对于建筑节能设计的影响因素。分析室内环境影响因素，得出寒冷地区外窗节能设计策略。依据策略详细探讨，对节能门窗的设计提出方案与措施。

影响寒冷地区建筑外窗节能的因素

1、气候特点

在我国的寒冷地区，其中我国西南地区在冬季主要以寒冷干燥的气候涂点为主，累年最冷月平均温度为-10~-20℃地区，西南地区冬季较长并且寒冷干燥，降水量相对集中在夏季，平原地区夏季较炎热日照丰富，高原地区夏季常出现大风天气。气温温差较大，春、秋较短，气温变化剧烈，夏季多雷暴和冰雹。

这些地区的建筑应满足冬季保温兼顾夏季防热。采暖度日数的定义是指室外日平均气温与采暖基准温度之差与天数乘积之和。作为一种大大篱化了的计算方法，通常采用18℃作为室内采暖基准温度。假设采暖耗热量近似与室外平均温度的差值成正比，凡室内平均温度低于基准温度的日子，均记入采暖度弱数，可用以估算采暖能耗，并综合对比不同地区的冷天气温状况。

２、建筑外窗的传热过程

外窗的组成为透光材料以及框架，保温隔热性能窗可减少由于热量传递从室外进入室内的热量，为透光围护结构。夏季的夜晚或阴天，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，当室内温度比室外高时，最好的办法时开窗通风，由于透光围护结构可以透过太阳辐射。良好的通风可迅速带走室内的热量，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，降低温度，通过玻璃板壁的传热量和透过玻璃的日射辐射得热量，对建筑节能至关重要。

３、舒适感对外窗节能的影响

室内环境的舒适与否，很大程度上取决于室内的冷热，不同使用性质的房间，取决于热环境的状态。在气候良好的春秋季节，在冬季与夏季时节，对室内热环境有不同的要求；因为室外气候状况不良，只要人在室内工作与生活，并通过建筑的周围壁体进入室内，间接地影响室内的气候。热舒适是指人对环境的冷热程度感觉满意的状态，对人体产生不适影响。热舒适不仅是保护人体健康的重要条件，室外气候对室内热环境的影响，也因建筑设计的好坏而产生相当大的差异，而且也是人们正常工作、生活的保证。

建筑外窗的节能设计

1、建筑外窗的阻热原理

按照窗框的材料不同，按照窗户的开启方式有平开窗、推拉窗、平开下悬窗等。窗户的总热阻公式为：

窗的传热系数K值关系式：

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，当窗框的传热系数较小时，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； 随着其面积比率的增大，窗框的传热系数较大时，其所占面积越小越好，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

主要窗框材料的导热系数、密度如下表。

表1 主要窗框材料的导热系数、密度比较

材料 铝 钢材 玻璃钢 松、杉木 PVC 空气

导热系数W/m·k 174 58 0.50 1.17~1.75 0.13~0.29 0.04

密度Kg/m3 2700 7800 1780 300~400 40~50 1.20

从表1可以看出:材料中木材、PVC材料、玻璃钢的传热系数小，玻璃钢是一种新型材料，住宅建筑中比较成熟的首选材料是PVC塑钢框。

3、建筑外窗玻璃节能分析与研究

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，目前我国采取的单框双玻窗构造绝大部分是简易型的，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，很难保证外层玻璃的内侧表面在任何阶段都不形成冷凝。双玻形成的空气间层并非是绝对密封的，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。中空玻璃是以两片或多片玻璃，利用双层窗或双层玻璃，以有效的支撑均匀隔开，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，在窗型的设计中应该在构造上提供容易擦抹玻璃内侧表面和下方框扇部位的功能，通过设置空气间层提高窗玻的保温能力，而且一般不作干燥处理。

中空玻璃气体间层的厚薄与热阻的大小有着直接的联系。在玻璃材质、密封构造相同的情况下，当气体间层厚度小于9 mm时，气体间隔层越大，其热阻也越大，其传热系数值基本成线性下降，对应的玻璃传热系数K值就越小。但当间层厚度达到一定程度后，其热阻的增长率就很小了，当厚度大于13 mm后，其传热系数的减少已经变得很平缓了。因为当气体层厚度增加到一定程度后，增加玻璃的层数会降低太阳辐射透过率，如果要进一步提高玻璃的保温性能可以采用增加空气层数量的办法，从而降低了气体层增厚对热阻增加的影响。通常情况下，中空玻璃的空气层厚度不会超过12mm，因此应综合考虑太阳得热和增加热阻两方面因素，确定玻璃层数。

4、提高外窗气密性，减少渗透耗热量

外窗存在墙与框与玻璃之间的装配缝隙，产生内外空气交换，房间的气密程度影响其换气次数。通过窗户缝隙的空气渗透量过大，窗的气密性不好，就会导致热耗增加，空气渗透量小，则房间的换气次数就比较少。节能率随换气次数的改变变化很大，外窗的气密性不好，冷风或热风的渗透，使冬季、夏季的能耗均会上升。在满足房间卫生条件的前提下，在保证人对新鲜空气需求量的范围

内，减少换气次数可以达到较好的节能效果。

结语

我国西南地区寒冷地区气候特点冬季较长且寒冷干燥，气温年较差较大，日照较丰富。窗户是耗热量较大的构件，是节能的重点部位，改善室内温度，使室内换气量合理，外窗的节能可提高外窗的保温隔热性能，满足人体需求，在减少能源消耗的同时，改善窗户内表面温度，提高室内热舒适程度和视觉舒适程度，控制空气渗透，改善住宅的品质。

参考文献

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。