试议南落地窗的节能与减排

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摘 要:北方冬季建筑物的窗虽都散热较多，但南朝向无遮阳的窗，因其太阳得热可以大于散热有余热，而窗的面积越大越节能。故南朝向无遮阳的落地窗，应是建筑利用太阳能的最佳节能方式之一；还因落地窗有通透感视野广等优点而受人青睐。

关键词:窗散热多 南朝向 无遮阳 落地窗 太阳能 节能减排

1 前言

外窗是建筑物的主要围护结构之一。在居住建筑的围护结构中，窗的面积虽不如墙的大，但因其热阻较小，致其散热损失却能占建筑物总散热量的30～50。但窗在白天也有透射太阳能使室内得热的功能，其中南朝向无遮阳的窗却可能因得热大于散热而节能。现仅就此对南朝向无遮阳的落地窗谈几点看法。

2 南朝向无遮阳窗玻璃的冬季日平均热平衡

建筑热工学指出：寒冷地区冬季夜间各朝向玻璃窗的单位面积散热量虽基本相同，但在白天却因窗的朝向不同，其太阳的直接辐射和散射得热量有很大的差别；因南朝向无遮阳的窗，可能在白天充分得热补偿散热，甚至能使窗的得热量大于散热量，而取得余热的节能效果。

3 南窗玻璃的热平衡分析

3.1 南朝向的单层白玻璃

虽因单层玻璃的太阳能透射率较高而得热最多，但因其传热系数高达6.125W／（m2・K），致使其夜间的散热量大于了得热量而无余热，也无从节能；还因冬季时玻璃的内表面温度经常低于室内的露点，而结露结霜淌水。

3.2 南朝向的双层窗玻璃

因从窗射入太阳得热量大于玻璃的散热量而有余热，且玻璃的面积越大余热量也越多。

3.3 双层白玻璃与白玻璃＋Low-E玻璃的比较

南朝向无遮阳的白玻璃＋Low-E玻璃，虽比双层白玻璃的太阳得热少17.4%，但因其在晚间对室内的热反射保温作用，致其余热量仍比双层白玻璃的多了l.3倍。白玻璃＋Low-E玻璃的节能性虽较好，但因价格比双层白玻璃的贵约1倍，而显得其性价比稍逊。

4 南朝向白玻璃窗改大的节能计算

南朝向无遮阳窗玻璃改大后的冬季建筑节能量，应是南窗所多得的太阳能余热量与同面积墙体的散热量之和。现仍以某寒冷地区，500户居住小区南窗改大工程为例：如将原设计每户平均有5.4m2无遮阳的双层白玻璃南窗，改成为每户平均10.56m2的落地窗。按推算中的每1m2南向无遮阳玻璃冬季的日均余热247W・h／d、该地的集中供热采暖期为131天、采暖期的室内外平均气温分别按18℃和－2℃计算。当不计窗框的遮阳与散热时，该小区1个采暖期的节能计算如下：

4.1 由南窗改大所多获得的余热量

Qy＝247×（10.56－5.4）÷1000×500×131×（18＋2）／（18＋5）＝72592（kW・h）／a

4.2 由南窗改大所减少的南墙散热量

该小区的建筑墙体传热系数为0.5W／（℃・m2）、南墙的传热系数修正系数为0.7。则该小区每个采暖期减少的南墙散热量Qs为：

Qs＝0.5×0.7×（18＋2）×131×24×500（10.56－5.4）÷1000＝56781（kW・h）／a

4.3 南窗改大之后的节能效果

该小区南窗改大之后的每个采暖期节能量Qg为：

Qg＝Qy＋Qs＝72592＋56781＝129373（kW・h）／a

4.4 南窗改大之后的节资效果

4.4.1 使用集中供热采暖时：按建筑耗热量20.6 W／m2（建筑面积）[1]、采暖费23元／（m2建筑面积・a），当该小区实行采暖计量并按量收费时。则每年可节约采暖费Fj为：

Fj＝129373×1000×23／（20.6×24×131）＝45943.3元／a，户均节约91.9元／a。

4.4.2 使用电热采暖时：建筑的耗热量同上，电费0.5元／（kW・h）。则每年可节约采暖费Fd为：

Fd＝129373×0.5＝64686.5元／a，户均节约129.4元／a。

4.5 南窗设计改大的投资收回期

仅以其节能效益，取墙和窗的造价分别为90和260元／m2计。则集中供热采暖和电热采暖的，南窗设计改大工程投资收回期Hj和Hd分别为：

Hj＝500×（10.56－5.4）×（260－90）／45943.3＝9.5年

Hd＝500×（10.56－5.4）×（260－90）／64686.5＝6.8年

5 南朝向无遮阳双层窗玻璃的节能减排计算

仍以上一小区为例，按集中供热的锅炉和管网热效率分别为0.68和0.9、供电的标准煤耗为0.37kg／（kW・h）、标准煤与采暖和发电用的燃料煤热值，分别为7000和5000kcal／kg，1 kcal＝1.163（W・h）；燃料煤的含碳量、含硫量和灰份分别按53%、1%和20%；碳、硫和氧的原子量分别为12、32和16计算。则其使用集中供热时的每个采暖期的节能量合燃料煤量Mjr为：

Mjr＝129373×1000÷0.68÷0.9÷1.163÷5000＝36353kg／a

折合污染减排量Pjj为：二氧化碳Pjjco2＝36353×53%×44÷12＝70646kg／a；二氧化硫Pjjso2＝36353×1%×64÷32＝727kg／a和炉灰Pjjh＝36353×20%＝7270kg／a。

其使用电热采暖时的每个采暖期的节能量合燃料煤量Mdr为：

Mdr＝129373×0.37×7000÷5000＝67015kg／a

折合污染减排量Pdj为：二氧化碳Pdjco2＝67015×53%×44÷12＝130232kg／a；二氧化硫Pdjso2＝67015×1%×64÷32＝1340kg／a和炉灰Pdjh＝67015×20%＝13403kg／a。

因集中供热的热能是由一次能源――煤炭燃烧转换而来。而电力是由不可再生的一次能源――煤炭转换来的高品位二次能源；故当使用电热采暖时其节能的环境效益将更大。

6 采用落地窗的注意事项与相应措施

凸（突）窗的窗颈大都因其结构所致热阻较低，会给建筑增加额外散热，故在北方已将南凸窗列入“不宜”或“禁用”中。采用南落地窗时须按《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113的要求，采取相应的安全防范措施，其中主要是防止人从窗玻璃冲出的坠楼事故。如能在窗外加设挑台，不仅能保护人身安全和利于窗的清洗，还有如下优点：

6.1 防止或减低火灾的危害

因室外增设的层间挑台相当于《建筑设计防火规范》和《高层民用建筑设计防火规范》中的“防火挑檐”，将能防止或减低楼层之间的火灾蔓延，使灾害限制在较小的范围内。而在无挑檐的室内发生火灾的案例表明，可能将窗玻璃烧碎裂脱落，使火焰冒出室外沿墙上窜，之后又因火焰的辐射热将上层的窗玻璃烧碎脱落，致使火灾蔓延开来。

6.2 为危险逃生提供方便

如户内发生险情时，挑台可能是避难所；必要时又可利用挑台的护栏绑扎绳索逃生。

6.3 遮阳降暑

因我国地处地球的北半球，夏季的太阳仰角高，窗外的挑台和隔墙即有遮阳降暑节约空调能耗的效果，而冬季却因太阳仰角变低，阳光可直接射入室内而不妨碍利用太阳能。

6.4 遮风减耗

因冬季的冷风能加大建筑围护结构的冷风渗透和传热系数，而增大建筑的耗热量。建筑物上的挑台因能屏蔽冷风，而减少采暖或空调的能耗。

6.5 冬储节电

北方冬季的一些食品如在室外挑台保存，既方便存取又可节约冰箱电耗。

6.6 减少噪音干扰

室外的挑台能将室外的噪音源屏蔽掉～20%，从而提高生活质量。

6.7 提高土地利用率

因挑台具有使用功能，按规定其面积的50%也计入建筑面积内，符合我国人多地少应该“节地”的方针。

6.8 提高建筑物的抗震性及其寿命

因多了钢筋混凝土挑台的加固效果，必能提高建筑的抗震性。

6.9 提供室外休闲地点

室外挑台为业主提供与大自然接近的休闲场所，对于封闭在钢筋混凝土建筑里的人们非常渴望与必要。

7 结束语

南朝向无遮阳的双层窗玻璃，能因其太阳能的得热大于散热而有余热，且玻璃的面积越大余热量越多越节能减排。南向落地大窗还具有通透感视野广的优点，其楼盘受人青睐。合理的南窗应是建筑利用太阳能的最佳方式之一，值得开发建设。

参考文献

[1] 曹善琪、张祥萱、张华.民用建筑设计标准规范实施手册（上册）.北京.中国建筑工业出版社:1998.527、648.

[2] 涂逢祥.建筑建筑节能技术.北京.中国计划出版社:1996.271.