建筑窗墙比对空调负荷的影响

余师漩

（辽宁工程技术大学 土木工程学院，辽宁 阜新 123000）

对住宅建筑物而言，建筑外形和围护结构的热工特性是表征热特性的一般方法。随着室内外气象条件的逐时改变和建筑物内设备使用要求的逐步改变，建筑物内的空气质量参数也必然逐时发生变化。要保证建筑内的空气质量参量如相对湿度等，在规定范围内变化，就需要给建筑内增加热能或制冷剂，减少过湿负载或加湿，以保证建筑的气温平衡和相对湿度均匀。这里，建筑物的窗间墙比也是一个重要参考因素[1]。另外，窗间墙比的增加也会提高建筑物内部房间从太阳辐射处得到的热量，不仅如此，还会使空调功率进一步的增加；同时也会提高室内外的通风换气，同时增加了供电功率。所以，必须科学合理地利用太阳光照射，并科学合理地确定窗墙比。

国内外的不少科研院所和专家学者均对该课题研究展开了深入研究与探讨，简毅文等[2]使用DeST-h 软件系统实现仿真，揭示了针对住宅建筑设计，门窗比对年度总供暖、中央空调功耗的直接影响规律性；龙恩深等[3]同时是以住宅建筑设计为主要对象，使用特征温度法深入研究了采取相同的节电举措门窗比对冷热耗能指数和节能率方面的直接影响；苑翔等[4]剖析了体形系数等与建筑物冷负荷系数方面的关联性；侯余波等[5]使用DOE 负二软件，对门窗比与建筑物年度功耗、年度总能耗间的关联规律性展开了解析；陈雷娟等[6]使用了DeST-h 软件系统对舟山市住宅建筑设计实施了仿真，得出了特定条件下最有利建筑物节约的门窗比；张振兴等[7]使用DeST 模拟软件说明了外窗对某学生公寓住宅采暖的节约性因素；卢丽冰等[8]使用FLUENT 软件系统仿真解析了围护构件的传热量伴随门窗比上升的变化；吴金顺等[9]使用了DeST 软件仿真，使用最小二加减法拟合出了外窗墙比对建筑环境造成的不好因素及通过其的改变对房间内的冷负荷量产生的影响；谢静超[10]等采用动态模拟的方法，以岛礁上拟建宾馆建筑为对象，分析不同朝向窗墙比变化对建筑全年能耗的影响。但在这些讨论中，对办公建筑窗间墙比的研究相对来说较少，而且也很少有人在研究中改变了单一朝向的窗间墙，比对建筑更冷、热负荷的影响。

为研究该问题，本章将以北京市某政府办公建筑为例，展开模拟研究。

1 建筑模型建立

为便于研究不同窗间墙比和改变各方向窗间墙比对空调负荷的影响，本文作者构建了一种较简单的三层办公建筑模型，层高3.6m，坐北朝南，地点为北京市。外墙墙体采用370mm 砖墙，外窗采用镀Low-e 膜中空(低透型)窗户。

冬天的空调时间应是一月十五日至三月十五年日，夏天的空调时间则是五月十五日至九月十五日。建筑物的DeST 模型如图1 所显示。北京市的气象参数如图2所示。

图1 建筑物的DeST 模型

2 模拟数据分析

2.1 模拟结果

以某该公司办公建筑为案例模型，运用DeST 软件模拟各朝向窗墙比的改变及其对建筑冷、热荷载的影响，将建筑各个参数都设计完成并进行热负荷测算，同时兼顾考虑了日照遮挡与天空背景辐射。一个建筑全部窗间墙比都进行改变对于建筑一年四季产生的全部冷负荷及热负荷变化的影响如图3 所示。通过图3 可以看出随着建筑全部窗间墙比的不断提高，建筑的热负荷会随着窗墙比的增高而减小，而冷负荷却随着窗墙比的增加而变大。同时发现当窗墙比大于零点四的时候，建筑热负荷变小的幅度逐渐变慢。

固定建筑三向窗墙比均为零点二，在各方向均可行的窗间墙比范围内，由影响建筑物各方向窗间墙比引起建筑物全年累计冷、热荷载变动的情况，如图中4、5、6、7 所示，依次表示了东、西、南、北向建筑物窗间墙比与建筑荷载之间的关系。可以看出随着各向窗墙比的加大，热负荷都逐渐降低，冷负荷都逐渐增加。当变化不同的东向窗墙比时，一年四季热负荷总量一般都是大于冷负荷的总量。当西向窗墙比变化不同的时候，一年四季冷负荷总量一般都是大于热负荷总量的。当南向窗墙比改变不同的时候，一年四季冷负荷的总量与热负荷高的总量是交替变化的，具有不规律性，与整体窗墙比改变时的变化趋势最相似。当北向窗墙比改变不同的时候，一年四季冷负荷总量却是比热负荷总量大的很多。

图5 西向窗墙比与建筑负荷关系

图6 南向窗墙比与建筑负荷关系

图7 北向窗墙比与建筑负荷关系

2.2 研究结论

通过对比南北窗间墙距的变化，可发现:对热负荷的产生与影响，北行明显多于南行。对冷负荷影响而言，南行明显大于北行。这主要是因为在冬天北向室内温度较低，所以窗户的保温作用比较不好，对热负荷的增加程度也就较大了。

而在夏季，则因为南向室内温度较高，随着窗间墙比的上升，室内外温热空气和日光之间的辐射作用也增强，因此增加了室内外较冷负荷[11]。

3 结论

建筑物的窗墙比作为建筑节能的主要方面，很有必要利用软件的仿真来确定。

一方面，既可满足节能需要;但是也要同时满足用户的行为习惯，以适应城市光照条件。使用DeST 模拟建筑年度动态负荷，已经得出了建筑全年的平均计算结果和总负荷的变化趋势，因此本文中选择了某办公建筑的窗间墙比进行了研究，结果表明:对于北京市来说，随着建筑各向窗间墙比的扩大，热负荷都逐渐降低，冷负荷都逐渐增加。北向窗壁比对供热负荷的影响明显大于南向，相对冷负荷而言，北向明显低于南行向。南向窗间墙比变化对负荷的影响很大，而东西向窗墙间比变化对负荷的影响很小，北向则处于二者之间。不管方向如何，窗间墙比与建筑单位的全年能耗均呈线性关系，为了建筑节能，可以依据实际情况来选择不同的窗间墙比，使能源可以进一步得到节约。

每一个建筑都有不同的朝向、窗间墙比，这是建筑的固有属性，因此根据模拟结果，并且根据北京市的实际状况，建筑设计时应在符合节能规范的时候充分考虑二者之间的相互关联，在顾全建筑外观美、空气亮的基本上，尽可能降低窗间墙比。