外窗对建筑能耗的影响

外窗对建筑能耗的影响与建筑围护结构的其他部分，即墙体和屋面相比较，外窗属薄壁轻质构件，是建筑能耗损失的最薄弱环节，其保温隔热性能最差，另外通过窗户缝隙的空气渗透，特别是夏季通过玻璃的太阳辐射传热，都影响了室内热环境舒适性，增加了采暧空调的负荷及能耗另一方面，由于外窗所服务的建筑对象所处的地域、气候和时间等诸多因素的不同，即窗户所处的环境条件不同，外窗的能耗水平和对窗户的要求也有所差别南方和北方，办公建筑和住宅建筑，冬季和夏季对外窗的节能要求都存在很大不同，例如北方地区注重外窗在冬季的保温、得热性能，而南方地区则强调外窗在夏季的隔热、通风能力上海地区属夏热冬冷地区，冬季寒冷、夏季湿热的气候特点决定了推进住宅建筑节能必须兼顾冬、夏两个方面而其中外窗的作用十分重要以上海地区的一典型多层节能住宅为例，采用了《民用建筑热工设计规范》（GB50176-93）中的建筑能耗静态计算方法，计算分析窗户在整个采暖空调能耗中所占的比例，结果见图

1、图2（其中窗户（温差）仅代表由于室内外温差造成的能耗，窗户的能耗还应包括部分空气渗透和太阳辐射的能耗）从上面的计算结果中可以看出，不同季节外窗在整个建筑能耗中所占的比例大小有所差异，这主要体现在外窗的传热方式上，冬季外窗以温差传热和空气渗透为主，而夏季以太阳辐射得热为主，从总体而言,外窗的热损失比其他建筑构件更为可观，节能潜力也更为巨大尤其在夏季，由太阳辐射造成的窗户热损失，是造成室内负荷剧增和热环境恶化的主要原因（见图2）,而在上海地区，降低夏季外窗太阳辐射得热最为有效的方式就是采用遮阳措施遮阳技术常用的窗户遮阳措施主要包括内遮阳，玻璃及透明材料的本体遮阳和外遮阳等几种形式，其中外遮阳又有固定和活动之分衡量窗户遮阳效果的好坏，主要采用遮阳系数的概念，同时还有保证一定的窗户玻璃的可见光透过率，以满足窗户采光的基本要求

1.遮阳技术相关定义内遮阳——各种内设窗帘是内遮阳，其优点是安装方便安全，缺点是隔热效率不高，因为热量已进入房间采用各种热反射膜（如铝膜）的窗帘，其隔热效果还是很好的本体遮阳——指通过玻璃着色涂膜或贴膜，降低材料的遮阳系数，达到遮阳目的外遮阳——指采用各种窗外遮挡物遮挡太阳能遮阳系数——窗户获得的太阳能与玻璃窗在透明、无遮蔽及其他情况相同时的得热（太阳能）量之比率，是表征窗户系统控制太阳能的指标可以用公式

（1）表示Sc=g/G公式

（1）上式中，Sc—试件的遮阳系数；g—试件的太阳能总透射比％;G—3mm厚普通透明白玻的太阳能总透射比，其理论值取

88.9%可见光透过率——被玻璃表面反射的可见光量与射在玻璃表面上的总可见光的比率太阳能透过率——在太阳光波长全部范围内，透过玻璃的太阳能量与射在玻璃表面上的总太阳能的比率太阳能反射率——在太阳光波长全部范围内，被玻璃表面向室外反射的太阳能与射在玻璃表面上的总太阳能的比率太阳能吸收率——在太阳光波长全部范围内，被玻璃吸收的太阳能与射在玻璃表面上的总太阳能的比率紫外线透射率——透过玻璃的太阳紫外线与射在玻璃系统上总太阳紫外线的比率紫外线是太阳光中导致纺织物及家具褪色、变质的主要因素综合遮阳系数——指的是把窗框、遮阳装置（各种遮阳，外遮阳、玻璃中间遮阳等）的遮挡太阳能的作用都计入的遮阳系数

2.内遮阳由上面的遮阳的定义可以看出，降低玻璃和窗户的遮阳系数能够降低透过窗户进入室内的太阳辐射得热，达到节能和改善室内热舒适性的目的在各种遮阳方式中，窗内遮阳最方便室外的活动式遮阳设施由于易受风雨损坏、安装和维修较困难等缺点，所以，一般情况下，最方便和最经济有效的方法是采用室内悬挂浅色窗帘，可隔离40%左右的太阳辐射热下表给出了几种隔热窗帘的遮阳系数

3.外遮阳对外遮阳而言，只有透过的那部分阳光会直接达到窗玻璃外表面，并有部分可能形成冷负荷尽管内遮阳同样可以反射掉部分阳光，但吸收和透过的部分均变成了室内的冷负荷，只是对得热的峰值有所延迟和衰减但外遮阳的使用往往不只是使用者个体的行为，因为建筑立面会不可避免地为之改观对于上海地区，气候属于夏热冬冷分区，建筑节能要兼顾夏季空调和冬季采暖，一般的固定式外遮阳设施，在夏季可以使外窗的太阳得热显著降低，减少空调能耗，但在冬季，也减少了透过窗户进入室内的太阳辐射热,增加了采暧能耗，所以在条件允许的条件下，应优先采用活动式的外遮阳设施一般从构成上，外遮阳有水平式、垂直式、综合式和挡板式儿种类型；从材料上，可以分为透光和不透光两种不同的外窗朝向也应该采用不同的外遮阳形式，一般而言，南向外窗由于一年中有较长时间的日照，需要遮阳的时间也较长,所以可以考虑设置永久性的固定遮阳板，而东、西向外窗多采用活动式的遮阳板，以便随着阳光照射的情况加以调节此外，还可结合建筑本身构件特点，使其产生遮阳效果，如通过加宽挑檐、外走廊、凹凸阳台的设计等对底层建筑来说，利用绿化也可作为一种有效而经济的遮阳方式几种常用的外遮阳示意图,如图3所示

4.本体遮阳外窗采用遮阳技术，更多是直接利用窗户的本体遮阳效果，比如采用吸热、热反射镀膜玻璃、低辐射玻璃Low-E、Solar-E玻璃所组成的中空玻璃下表中列出了一些常见的玻璃及主要热工性能不同建筑类型遮阳效果节能分析为了量化的分析不同建筑类型遮阳效果，采用清华大学的DeST建筑能耗模拟分析软件，进行了全年能耗的动态模拟计算1多层住宅1该住宅外窗玻璃的热工参数如表3所示以上数据仅是值窗户玻璃的热工性能，在模拟计算过程中，还应考虑到窗框对传热系数和遮阳系数等的影响，在此假设都选择断热铝合金窗框，传热系数和遮阳系数作了相应的修正处理，对窗户的传热系数应在玻璃传热系数的基础上加上.6W/mK的修正系数，对窗户的遮阳系数应乘上

0.8的修正系数该建筑属典型的多层建筑，建筑面积2020m,屋面和外墙分别采用了节能措施，达到了《夏热冬冷地区住宅建筑节能设计标准》JGJ134-2001的相应要求通过分别采用表5中的3种外窗来分析不同类型窗户的节能效果2计算条件模拟计算采用的计算条件基本按照《夏热冬冷地区住宅建筑节能设计标准》JGJ134-2001的规定进行选取3计算结果通过模拟计算全年的采暖和空调能耗，结果汇总如下表进一步，可以出分析3种窗户的采暖、空调和总的节能效果以类型

①为基准2低能耗办公示范楼1该建筑面积为1994m，按使用功能划分，西向为环境实验室，东向为展示区和办公用房，东向中部设有中庭，中庭上部有天窗为了增大视野和采光，示范楼南向采用大面积窗建筑体形系数

0.28；综合窗墙比

0.30,其中南向

0.59；北向

0.23；东向.14；西向

0.142计算条件a、外窗的热工性能b、6种遮阳措施内部热扰设置、内扰作息时间、室内环境控制参数设置参考《公共建筑节能设计标准》，示范楼内部人员、灯光和设备热扰大小设置3外遮阳及其他节能效果分析3“零”能耗住宅1“零”能耗住宅建筑面积总计约

277.5m2,体形系数

0.55各朝向窗墙比分别为南向

0.45,北向

0.22,东向

0.01,西向

0.06该建筑是通过最先进的节能建筑设计、材料和节能技术使建筑物的建筑能耗降到尽可能低的水平，然后再采用可再生能源补充剩余所需能量，从而实现建筑物采暖空调不使用常规能源即“零能耗”目标2计算条件3遮阳系统节能效果分析为降低建筑的空调能耗，零”能耗建筑安装了软百叶活动外遮阳设备为分析遮阳系统的节能效果，采用DeST软件进行了计算计算过程中，遮阳系统的遮阳系数取值为

0.5,从4月中旬~10月中旬，每天8:00〜18:00进行遮阳，计算结果如图所示从计算结果可知，活动外遮阳对建筑夏季空调能耗具有明显作用对于该建筑，采用遮阳系数为

0.5的活动外遮阳时，空调能耗同类未采取节能措施采暖空调能耗采暖空调能耗节能率均可实现节能约25%结论外窗是建筑物冷、热量损失的薄弱环节，在整个建筑物能耗中占有相当大的比例，同时也是影响居住舒适性的重要因素。