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1、 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准中窗墙面积比的确定摘要 本文根据夏热冬冷地区不同朝向太阳辐射的变化规律，分析了建筑开窗受太阳辐射的热过程影响，并通过计算分析和对照节能建筑的试点工程的实测分析，提出了夏热冬冷地区节能建筑的窗墙面积比的设计依据。关键词 窗墙面积比 太阳辐射 设计标准B我国夏热冬冷地区气候夏季炎热，冬季湿冷。夏季室外空气温度大于35的天数约1040一，最高温度达到40以上；冬季气候寒冷，日平均温度小于5的天数约2080天，相对湿度大，而且日照率远远低于北方。北方冬季日照率大多超过60%。而夏热冬冷地区由东到西，冬季日照率逐渐减少。东部最高，也不超过50%，只有40%左右；中部30
2、%左右；西部20%左右。重庆只有13%，加之空气湿度高达80%以上，冬季阴雨绵绵，而造成了该地区冬季的基本气候特点是阴冷潮湿。1 窗墙面积比的确定基本原则关于窗墙面积比的确定基本原则是依据这一地区不同朝向墙面冬、夏日照情况（日照时间长短、太阳总辐射强度、阳光入射角大小），冬、夏季季风影响、室外空气温度、室内采光设计标准以及窗开窗面积与建筑能耗所占比率等因素综合来考虑确定的。一般普通窗户（包括阳台门的透明部分）的保温隔热性能比外墙差的多，尤其是夏季白天通过窗户进入室内的太阳辐射热也比外墙多的多，窗墙面积比越大，则采暖和空调的能耗也越大。因此，从节约建筑能耗的角度出发，必须限制窗墙面积比。在一般情
3、况下，应以满足室内采光要求作为窗墙面积比的确定原则，来规定窗墙面积比的数值是它能基本满足较大进深房间的采光要求。2 太阳辐射的主要影响因素由于夏热冬冷地区范围大，东、西部气候条件也各不相同，从建筑能耗角度来看，室外气象参数对窗墙面积的要求也应根据气象参数在不同地区，不同时间的变化规律进行确定。从这一地区建筑能耗分析中，窗对建筑能耗的损失主要二个原因，一是窗的热工性能太差所造成夏季空调、冬季采暖室内外温差的热量损失的增加；另外就是窗因受太阳辐射影响而造成的建筑室内空调采暖能耗的增减。从冬季来看通过窗口进入室内的太阳辐射有利于建筑的节能，因此，减少窗的温差传热是建筑节能中窗口热损失的主要因素，而夏
4、季由于这一地区窗对建筑能耗损失中，太阳辐射是其主要因素，夏季不同朝向墙面太阳辐射温度日变化比冬季要复杂，不同朝向墙面日辐射和峰值出现的时间是不同的，因此，在确定不同朝向的窗墙面积比时也应有差别。如表1、表2所示为这一地区几个城市最近10年（19891998年）气象参数累计10年的统计值。夏季各朝向墙面与水平面上的太阳总辐射照度（W/m2）表1地区地方太阳时6789101112131415161718南京N31771081311481581631601511351138442W(E)276898120137147162363562710778721441SW(SE)377510312413915
5、9309405545579613579320S131196157168261323347331276189145192160H751905127118669691008982892745554335115武汉N49.9106.4134.6152.4176.1190.5195.31190.5176.1152.4134.6106.449.9W(E)25.173.7117.7151.9176.1190.5222.5298.6372.6398.8361.6254.3102.4SW(SE)25.173.7117.7151.9176.1192.5259.2324.5354.934228117862S257
6、41221742332722862722331741227425H95292512698838927956.892783869851229295成都N28871131391571721761721571391138728W(E)14427093109119123303454551572496308SW(SE)1442709310912414561032631729415944S14275113204251259251204113754213H7227043361075084087684075060943324072注：以上数据为19891998的累计10年统计值部分城市室外气象参数近10年来统
7、计值表2冬季夏季冬季夏季冬季夏季南京1.98328.42.62.64648-1440武汉4.14229.22.72.72646-9.838.9成都543.825.51.21.21921-1.036.2注：南京为建筑气候区划标准中数据。根据表1中的数据，取某一天中所测的太阳辐射量为例进行分析，水平表面和垂直表面单位面积上所得太阳直接辐射量分别表示为： （1） （2）式中：qH为水平表面上单位面积所得太阳直接辐射量；为垂直表面上单位面积所得太阳直接辐射量；An为垂直表面方位角；As为太阳方位角； t为时间，式中积分从日出到日没。我们采用Gauss二次型数值积分可计算出（1）和式（2）建筑不同朝向表
8、面单位面积上的太阳辐射，垂直表面以南向方位作为比较基准，那么可以得到不同的相对日辐射量的无因次量，其变化规律如图1、图2所示。可以看到，南向垂直表面冬季日辐射量最大，夏季反而偏小，东、西向垂直表面最大。这与实际情况相符合。表3是东、南、西、北垂直表面以及水平表面冬季和夏季单位面积上的相对日辐射量比较。图1 冬至日垂直表面各朝向单位面积上的相对日辐射量图2 夏至日垂直表面各朝向单位面积上的相对日辐射量以上分析可看出，南向垂直表面冬季太阳辐射量最大，而夏季反而变小，东西向垂直表面最大，这与在夏热冬冷地区纬度较低的实际情况相符合，也就是为什么这一地区尤其注重夏季防止东西向日晒，冬季尽可能争取南向日照
9、由。图3 不同负荷变化曲线在北方地区民用建筑节能设计标准（采暖建筑部分）规定北向窗墙比大于0.25，南向不大于0.35。但在夏热冬冷地区人们无论是过渡季节还是冬、夏两季普遍有开窗加强房间通风的习惯。一是自然通风改善了室内空气质量，二是自然通风冬季中午日照可以通过窗口直接获得太阳辐射；夏季在两个连晴高温期间的阴雨降温过程或降雨后连晴高温开始升温过程，夜间气候凉爽宜人，房间通风能带走室内余热蓄冷，因此，南向窗墙面积比一般控制0.35以内。对于北向窗墙面积比，由于西部地区比东部地区上海，南京和中部地区的武汉等地室外风速小，自然通风时，南北向窗墙比面积相差过大，夏季不宜穿堂风的形成。另外窗口面积过小，
10、容易造成室内采光不足，象西南这一地区冬季平均日照率25%，全年阴雨天很多，在纬度低的这一地区增大南窗的冬季太阳辐射所提供的热量对室内采暖的作用有限，而且经过DOE-2程序计算和工程实例，冬季北向季风对北向窗口热损失不明显大于南窗，窗口面积太小，所增加的室内照明用电能耗，将超过节约的冷暖能耗，这一地区在进行围护结节能设计时，不宜过分依靠减少窗墙比，应重点是提高窗的热工性能。因此在制定标准中规定条件文为：4.0.5窗户（包括阳台门的透明部分）的面积不应过大，不同朝向的窗墙面积比不应超过表4.0.5规定的数值。若窗墙面积比超过表4.0.5的规定值，则必须减小窗户和围护结构的传热系数，采用有效的遮阳措施，并通过计算建筑物的耗热量，耗冷量指标和建筑物的采暖空调年耗量，使之不超过表4.0.5所列的限值。不同朝向窗墙面积比的外窗传热系数 表4.0.5 窗墙面积比0.25窗墙面积比>0.25且0.25窗墙面积比>0.25且0.35窗墙面积比>0.35且0.45窗墙面积比>0.45且0.5冬季最冷月室外平均气温>54.74.73.22.5-冬季最冷月室外平均气温54.73.23.23.2-无遮阳措施4.73.2-有外遮阳太阳辐射透过率20%4.73.23.22.52.5南（偏东30到偏西30范围）4.74.73.2
