建筑气密性对夏热冬暖地区住宅窗户能耗影响的分析

余 辉 陈芝蓉

（四川鼎能房地产开发有限公司，四川 成都611730）

1 概述

我国建筑的规模和数目为世界翘楚，受世界危机的影响，在能源紧缩，资源稀缺，我国的需求与供给不能动态平衡，对此，我国研究建筑节能问题刻不容缓。

本文主要研究夏热冬暖地区建筑能耗，外窗能耗约占能耗的40%左右，建筑能耗受窗户影响较大。

2 工程概况

本文基于天玺莲湖项目进行研究，该项目位于四川省达州市通川区西外镇高峰洞社区，对达州的每月平均气温进行了统计。调查数据为该地区最冷月大于10℃，最热月满足25～29℃，日平均温度≥25℃的天数超过100 天，故属于夏热冬暖地区。

本项目占地面积38170m2（折合57.255 亩）分为A、B 地块，A 地块6069.42m2（折合9.105 亩），B 地块32100.58m2（折合48.150 亩）东临金龙大道北延线，南临四川万豪房地产有限公司置换土地，西、北邻规划道路，北接莲花湖公园，交通便利，景色宜人。场地本身存在较大高差，同时也形成了本案高低起伏、美观的建筑布局。本项目地处莲花湖片区发展的重要地段，本项目的实施将大大推进莲花湖片区的建设，提升莲花湖周边片区的城市形象，为莲花湖聚集更多人气，充分绽放本地块的整体价值，提升城市形象。

由于本文主要针对夏热冬暖地区的窗户气密性进行研究，收集本项目的门窗资料进行整理，发现窗的空气渗透性能均应达到规范要求。

3 模型及工况设计

3.1 建筑模型

由于天玺莲湖项目在真实生活中能耗受多种因素影响，很难单一研究某种因素。构建建筑模型，窗墙面积比为0.31，定量分析了不同通风方式对不同的窗户气密等级能量消耗的影响。

针对窗户气密性以及建筑结构，考虑人体健康和节能要求，有以下两种通风方式：

（1）自然通风，气密性较差，空气渗透就能满足健康要求；

（2）机械通风，气密性较好，空气渗透不能满足人体健康要求。

为了获得更高的气密性和更优通风方式，用两种方法探索了气密性对能量消耗的关系。

3.2 工况设计

正常的室内活动需要大量新鲜空气。当气密性差时，空气渗透可以满足人体的需求，但是渗透会导致热负荷和冷负荷，并且改善的气密性会降低负荷的影响。如果气密性强，则应使用机械通风以引入新鲜空气。风机可以回收一些热量，但是会引起风扇的额外能耗。

基于以上认识，设计以下工况进行计算：

（1）控制在同一气密性等级，通过供暖和空调带来的能量消耗，分析是否开窗带来的能耗差异。

（2）采用机械通风和热回收的方式，探究此种方式与气密性之间的关系。

（3）选择合适的节能的通风方式：

其一，气密性较差时：利用自然+机械通风，即可符合新风量，

其二，气密性较好时：需使用机械通风。

（4）机械通风，可同时充分利用自然通风的方式。

4 模拟结果

4.1 窗户是否开启的比较

无机械通风时，外窗开与不开两种情况下，探究气密性的增强对空调和供暖能量消耗的影响。

打开窗户可以使空调用能从49.3kw·h/m2减少到17.4kw·h/m2。对于夏热冬暖地区，开启外窗，可以充分利用室外温度，将室内调至一个舒适的温度，故在合适时段的自然通风，能显著降低空调能耗。

4.2 机械通风

当气密性等级达到2 级时，需要增加机械通风，在此情况下探究气密性与能耗的变化情况。

对于夏热冬暖地区，没有供暖要求，气密性对降低空调能耗的作用不显著，但风机能耗有所增加，且总能耗增加。

4.3 自然和机械通风的比较

选择自然通风是，气密性增强，供暖能耗变化不大，而空调能耗显著减少。因此，可以选择自然通风的最佳气密等级，并将其用作满足通风需求的最高气密等级。在这种情况下，我们将分析能耗情况。

由于没有供暖，随着气密性增强，空调能量消耗略有降低，风机能量消耗略有上升，总体上能量消耗基本持平。选择机械通风时的数值均高于自然情形下，当为8 级时，机械通风约为自然通风的2.9 倍。

4.4 机械通风，同时可开窗

窗户气密性较好时，打开窗户利用自然风，使用机械通风，分析此时节能的可能性。

由于没有供暖的能量耗散，这个方法比每年的机械通风能源效率都高。与自然换气相比，气密性好的话有可能会减少能源消耗量，如图1 所示，气密等级为3～8 时的空调能源消耗量比自然通风时低。

图1 3 种通风能耗比较

这种通风方式能同时达到换气和节能的要求，但是从以上计算结果可以看出，冬季供暖降低的能量相对较少，从数值上来看为3～5kw·h/m2，气密性的提升，要求窗户具有更好的密闭性，但节能效果一般，且难以保证窗户同时具有良好的密闭性和可开启性。

4.5 模拟分析

（1）当达到换气次数时，在可否开窗两种情况下，随着气密性增强，总能耗降低，供暖降低，空调基本不变；当气密性相同时，开窗能量消耗少于不开窗。

（2）节能效果：机械通风方式不及满足气密性并不开窗的方式。

（3）当气密性满足通风条件时，采用自然通风能降低空调供暖。

（4）同时符合高密闭性和窗户可开的要求较难实现，且节能效果一般。

5 窗户改进措施

5.1 窗户玻璃

建筑能耗会受到窗户玻璃材质的传热系数的影响，而玻璃作为窗户构件中最重要的组成，玻璃起到阻隔热传导及热辐射的作用。

在夏热冬暖地区，窗的气密性还取决于玻璃与框架之间的粘合性，该性质对隔湿起着非常重要的作用。

随着科技进步，各种节能玻璃应运而生，比如：新型节能玻璃，传热系数小、抗氧化腐蚀性能强、结构坚固。

5.2 窗户框材质的选择

窗户性能很大程度上受材料的影响，窗户的热损失中材料部分占全部的20%～30%。

5.3 窗户开启方式

窗户传热系数还会受到打开方式的影响，选择不同的方式还会影响到采光、空气流速等。

（1）密封窗。一般不用做民居建筑使用。

（2）开窗。经常用于居民建筑中，因其窗框与窗扇连接紧密，故保温性能好，且流通面积大，通风效果好。

（3）倾窗。倾窗多为半密封式，有遮阳功能，为方便通风打开窗户时，也能遮风挡雨。

（4）悬窗。不占用室内空间，但气密性与水密性较差。

5.4 窗框与外墙的连接

连接窗框、玻璃、外墙是会有间隙。间隙的处理会影响热工性能。通过选用合适的连接材料，可以提高粘合性，确保密封效果。而且，通过选择最合适的施工方案，可以高效地提高热工性能。

6 结论

基于夏热冬暖地区，建筑能耗的大部分来源是外窗部分，提高窗户气密性，是降低建筑能耗的重要措施。本文基于天玺莲湖项目，建立建筑模型，模拟不同的通风方式综合对比分析，由于天玺莲湖项目本身设计时采用自然通风，故通过提高窗户气密性就能做到有效节能。

模拟过程中，对于不同通风方式影响室内能耗做了分析，但是在建筑全生命周期内，由于每年的户外温度参数有所波动，再加上优化之后的窗户各种性能，如：热工性能、气密性等是否会发生变化，这些变动都是不可预知，后续需要加强深入研究，分析出窗户结构与能耗的关系。

在夏热冬暖地区，通过选择自然通风，提高窗户的气密性，可以有效减少建筑物的能源消耗。因为窗户的各个部分的组件对室内的能源消耗有很大的影响，所以在设计时选择合理的窗户构造更加方便，也能减少居民建筑中窗户的能源耗散。