外窗通风气密性与建筑能耗关系的分析

陈国焯

摘要：本文主要针对外窗通风气密性与建筑能耗两者之间的关系展开了分析，对分析模型作了详细的论述，并对窗墙比的影响特征作了介绍和分析，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。

关键词：通风气密性；能耗；分析

如今，建筑能耗已经成为了我国能源消耗最为严重的板块，因此，为了在重视节能减排社会背景下促使建筑行业再发展，就需要对建筑施工进行一定程度的节能改造。基于此，本文从外窗建筑施工的角度出发，就外窗通风气密性与建筑能耗两者之间的关系进行了分析，相信对有关方面的需要能有一定帮助。

1分析模型

外窗气密性能指外门窗在正常关闭状态时，阻止空气渗透的能力，国家标准的气密性能分为8级。采用标准状态下压力差为10Pa时的单位开启缝长空气渗透量和单位面积空气渗透量作为分级指标，具体分级表如表1所示。

表1 外窗气密性分级表

外窗气密性与建筑节能紧密相关。因为室外空气向室内的渗漏会增加室内空调负荷，从而导致建筑能耗升高。为了保证建筑的节能，当前的建筑节能均要求外窗具有良好的气密性，以避免夏季和冬季室外空气过多地向室內渗漏。JGJ134—2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》强制性条文规定：建筑物1～6层的外窗及敞开式阳台门的气密性等级，不应低于国家标准GB/T7106—2008《建筑外窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》中规定的4级；7层及7层以上的外窗及敞开式阳台门的气密性等级，不应低于该标准规定的6级。

分析外窗气密性与建筑能耗之间的定量关系，了解提高外窗气密性所带来的节能效果，有助于在建筑设计中更加经济合理地选择外窗类型。由于外窗气密性与建筑能耗的关联本质在于空气的渗透，因此可以利用室内外换气次数的变化体现不同气密性的外窗。通过选择具体的建筑模型，将不同气密性转换为相应的换气次数，模拟不同换气次数下建筑采暖空调能耗的变化，可以寻找到外窗气密性与建筑能耗的关系。

1.1建筑模型

选择图1所示的建筑模型进行分析。该建筑为塔式住宅，每层4户，共6层。选取4个具体的房间进行气密性分析，分别在建筑南侧和北侧各选择两个房间。

图1气密性分析模型平面图

1.2换气次数设定

按照气密性的单位面积分级指标，根据对应房间的外窗面积，可以得到4个房间的漏气量，从而算出不同外窗气密性等级下的房间换气次数，作为能耗模拟的输入条件。其中每个等级的单位面积分级指标取所对应范围上下限的平均值。

表2分析模型在不同外窗气密性条件下的换气次数（次/h）

1.3模型设置

模拟采用DeST-h软件进行。其中围护结构参数按照JGJ134—2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》限值进行设置，其中外墙传热系数取1.0W/（m2·K），屋面传热系数取0.8W/（m2·K），分户墙取2.0W/（m2·K），外窗全部采用普通中空玻璃（6+12A+6）。

空调设定参数按照JGJ134—2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》提供的计算条件进行设置，包括：

（1）空调设定温度：夏季全天26℃，冬天全天18℃；

（2）采暖计算期：12月1日至2月28日；空调计算期：6月15日至8月31日；

（3）室外计算参数采用上海典型气象年数据；

（4）采暖、空调设备为家用空气源热泵空调器，制冷时额定能效比应取2.3，采暖时额定能效比应取1.9；

（5）室内得热平均强度取4.3W/m2。

1.4通风模式设定

由于计算中需要设定换气次数，对自然通风问题的考虑会在一定程度上影响计算结果，因此需要对通风模式作出设定。为了全面体现气密性的影响，研究中采用两种通风计算模式：一种为固定通风模式，不考虑自然通风，即认为全年通风换气次数固定，其值根据不同的外窗气密性换算得到；另外一种为可变通风模式，即近似考虑自然通风的效果，室内通风换气次数在一定范围内波动，最小值按外窗关闭时的渗漏量确定（本研究中根据外窗气密性换算值），最大值为开窗通风状态（本研究中设为5次/h），让换气次数在波动范围内取值使得室内温度适宜，当室内温度不满足舒适要求需要开启空调时，换气次数取最小值。

2窗墙比影响特征分析

2.1自然通风模式下的计算结果

自然通风模式更加接近实际使用状态。首先分析北向卧室在外窗气密性等级改变下的能耗变化。

北向卧室1和北向卧室2分别位于建筑平面的东北侧和西北侧，两个房间的能耗随外窗气密性的变化见图2，可以看出两个房间的能耗值和变化规律近似，位于西侧的卧室能耗略高于东侧，但差别很小。

图2北向两个卧室能耗随外窗气密性的变化（自然通风）

选取东北侧的北向卧室1进行分析。在外窗气密性等级提高时，无论采暖或空调能耗均随着下降，其中采暖能耗的下降速度较空调能耗的下降速度更快，表明外窗气密性的提高，对采暖能耗的降低作用更明显。从总能耗的角度，从图3可以看出，随着外窗气密性等级的提高，建筑能耗近似线性降低，外窗气密性等级每提高一级，建筑能耗平均降低4.5%；外窗气密性从1级提高到8级，建筑能耗降低27.3%。

图3外窗气密性等级对能耗的影响（北向卧室1-自然通风模式）

其次分析南向随着外窗气密性等级改变后的能耗变化。南向卧室1和南向卧室2分别位于建筑平面的东南侧和西南侧，两个房间的能耗随外窗气密性的变化见图4，可以看出两个房间的能耗值和变化规律近似，位于东侧的卧室能耗略高于西侧，但差别很小。

图4南向两个卧室能耗随外窗气密性的变化（自然通风模式）

选取东南侧的南向卧室1进行分析，如图5，在外窗气密性等级提高时，无论采暖或空调能耗均下降，其中采暖能耗的下降速度较空调能耗的下降速度更快，外窗气密性等级较低时采暖能耗高于空调能耗，在7级时开始空调能耗高于采暖能耗，表明外窗气密性的提高，对采暖能耗的降低作用更明显。从总能耗的变化看，随着外窗气密性等级的提高，建筑能耗近似线性降低，外窗气密性等级每提高1级，建筑能耗平均降低6.5%；外窗气密性从1级提高到8级，建筑能耗降低37.8%。

图5外窗气密性等级对能耗的影响（南向卧室1-自然通风模式）

2.2固定通风模式下的计算结果

固定通风模式为当前节能标准中采用的计算模式，虽然与实际情况有所差别，但是可以体现在稳定情况下的能耗状况。首先分析北向卧室在外窗气密性等级改变下的能耗变化。

北向卧室1和北向卧室2分别位于建筑平面的东北侧和西北侧，两个房间的能耗随外窗气密性的变化见图6，可以看出两个房间的能耗值和变化规律近似，位于西侧的卧室能耗略高于东侧，但差别很小。

图6北向两个卧室能耗随外窗气密性的变化（固定通风）

选取东北侧的北向卧室1进行分析。與自然通风的情况相似，固定通风模式下，在外窗气密性等级提高时，无论采暖或空调能耗均下降，其中采暖能耗的下降速度较空调能耗的下降速度更快，表明外窗气密性的提高，对采暖能耗的降低作用更明显。从总能耗的变化，如图7，随着外窗气密性等级的提高，建筑能耗近似线性降低，外窗气密性等级每提高1级，建筑能耗平均降低4.2%；外窗气密性从1级提高到8级，建筑能耗降低25.9%。

图7外窗气密性等级对能耗的影响（北向卧室1-固定通风模式）

其次分析南向在外窗气密性等级改变下的能耗变化。南向卧室1和南向卧室2分别位于建筑平面的东南侧和西南侧，两个房间的能耗随外窗气密性的变化见图8，可以看出两个房间的能耗值和变化规律近似，位于东侧的卧室能耗略高于西侧，但差别很小。

图8南向两个卧室能耗随外窗气密性的变化（固定通风模式）

选取东南侧的南向卧室1进行分析。与自然通风的情况相似，固定通风模式下，在外窗气密性等级提高时，无论采暖或空调能耗均下降，其中采暖能耗的下降速度较空调能耗的下降速度更快，外窗气密性等级较低时采暖能耗高于空调能耗，在6级时开始空调能耗高于采暖能耗，表明外窗气密性的提高，对采暖能耗的降低作用更明显。从总能耗的变化，如图9，随着外窗气密性等级的提高，建筑能耗近似线性降低，外窗气密性等级每提高1级，建筑能耗平均降低6.2%；外窗气密性从1级提高到8级，建筑能耗降低36.2%。

图9外窗气密性等级对能耗的影响（南向卧室1）

2.3结论

通过前面在自然通风模式和固定通风模式下的计算结果分析可以得出如下3点结论：

（1）无论是在自然通风模式或是固定通风模式，无论南向房间还是北向房间，在外窗气密性等级提高时，房间的采暖空调能耗均下降，其中采暖能耗的下降速度较空调能耗的下降速度更快，表明外窗气密性的提高，对采暖能耗的降低作用更明显。

（2）外窗气密性对能耗的影响在南向和北向的房间之间有所差别，在固定通风模式下，南向房间外窗气密性等级每提高1级，建筑能耗平均降低6.2%；北向房间外窗气密性等级每提高1级，建筑能耗平均降低4.2%。

（3）气密性等级1级与8级之间的建筑能耗差异很大。外窗气密性从1级提高到8级，房间能耗可以降低25%～37%。因此在建筑设计中，必须严格控制外窗的气密性等级要求，尽量采用更高等级的气密性，以达到节能的目的。

3结语

综上所述，我们可以知道建筑外窗气密性的提高对采暖和空调能耗的下降是有一定的帮助。因此，在建筑施工中，若想减低建筑能耗，我们不仅需要做好外窗气密性的设计，还能深入建筑施工中各个角落寻找可能点，从而降低建筑能耗的问题。

参考文献

[1]许鹏、姬颖.通风管道气密性国内外标准综述及分析[J].建筑节能.2014（08）.

[2]丰晓航、燕达、彭琛、江亿.建筑气密性对住宅能耗影响的分析[J]，暖通空调.2014（02）