住宅窗户的节能研究

　　4 影响窗户节能效果的因素分析

　　以ER和ERC为主要度量参数，以北京和哈尔滨两地为例，利用DeST Housing对建筑楼层、外墙性能、窗墙比、房间大小、内部发热量和窗户朝向等可能影响窗户节能效果的因素分别做了计算分析。这些影响因素的变化范围的选取，充分考虑了实际住宅可能达到的变化范围的上、下限，因此，所得的结论适用于普通住宅。计算分析结果表明：

　　(1)对于多层建筑，窗户在建筑中所处的楼层位置对窗户ER和ERC的影响不大，一层以上的房间，窗户ER基本相等。除了底层和顶层房间，中间楼层的ERC也基本相等;

　　(2)ER和ERC受外墙保温和蓄热性能的影响很小，在讨论的外墙变化范围内，ER的浮动最大不超过5%，ERC的浮动最大不超过10%，一般情况下浮动在 2%左右，所以认为，ER和ERC受外墙保温和蓄热性能的影响小到可以忽略，即不管和什么外墙配合使用，每平米窗户节省的能耗基本不变;

　　(3)当窗墙比从15%变化到30%时，绝大部分窗户在各个朝向的ER值基本保持不变，个别变化幅度大的，变化的绝对值也小;窗户ERC的变化幅度比ER的变化大一些，但基本能保持在5%到10%之间。因此认为窗户的节能效果受窗墙比的影响很小，特别是采暖季;

　　(4)房间大小对窗户冬季节能效果的影响很小，可以忽略不计，但是对窗户空调季节能效果的影响比较大，可不可以忽略要视具体情况而定;

　　(5)房间的内部发热量大小在住宅可能的范围内变化时，对每单位面积窗户采暖季或空调季平均节能效果的影响并不显著;

　　(6)根据普通居民的开窗习惯，房间通风量对窗户冬季节能效果的影响很小，可以忽略不计;而房间通风量对窗户空调季节能效果的影响比较大，能不能忽略要视具体情况而定;

　　(7)窗户朝向对窗户节能效果的影响无论采暖季还是空调季都比较显著，对窗户的节能研究进行分朝向探讨是必要的。

　　5 对北京和哈尔滨的采暖季建立窗户ER的经验回归公式

　　通过上面的分析发现，表征窗户采暖季和空调季节能效果的量ER和ERC受住宅楼层、外墙保温性能、窗墙比、以及房间内部发热量等因素的影响不大，在误差范围内可以忽略。特别是采暖季，房间大小和通风换气气数对窗户节能效果的影响也都小到可以忽略。同时，采暖季不存在遮阳问题，用户的使用习惯对窗户节能效果的影响也很少。因此，窗户采暖季的节能效果可以认为只和窗户朝向、窗户所在地理位置和窗户本身的性能有关。

　　在窗户的热工性能里，影响采暖能耗的主要是保温隔热性能、太阳得热性能和密闭性能。其中，密闭性能对窗户能耗的影响较保温性能和太阳得热性能相比，又小了很多，特别是以目前的技术水平，要使得窗户达到优良的密闭性能并不难。所以，在本文里暂不考虑窗户密闭性能对采暖能耗的影响，假设窗户的密闭性能都很相近，并达到了较好的水平。由此，在相同气象参数下，窗户采暖季的节能效果就只和窗户朝向以及窗户的保温性能和太阳得热性能有关，即在相同气象参数、相同朝向下，窗户的ER可以表示为窗户的传热系数U和太阳得热系数G的 函数。如果通过动态模拟计算得到多组窗户的ER和U与G的关系，就可以回归成一个经验公式，用它来预测某种已知U和G的窗户的采暖季节能效果。该回归公式可以表示为：，其中和 是通过量纲归一得到的无量纲的量，, ，G是太阳得热系数，原本无量纲。

　　因为某一窗户的ER代表了使用该窗户和基准窗相比，平均每平米窗户节省的采暖季累计能耗。如果建立了窗户 的经验回归公式，就能够很快地由窗户的传热系数U和太阳得热系数G计算出，从而也就大概知道了该窗户在整个采暖季平均每单位面积节省的能耗。当两个窗户需要比较节能效果时，就可以通过它们的U和G方便快捷地计算出各自的 ，大的窗户节能效果好，从而解决了已知窗户的热工参数，但如果不做具体的能耗模拟计算，就无法评价该窗户节能效果的问题。也避免了单凭传热系数U来选择窗户可能出现的失误。当然，由于前面所讨论的各个影响因素的存在，利用 经验回归公式计算得到的值可能和实际值有一定的差异，但是，上面的讨论结果和以下的检验结果都证明这个误差不会太大。更重要的是，窗户按照经验公式计算的 值的大小进行节能等级排序的结果，和按照实际模拟计算得到的值的大小进行节能等级排序的结果是一致的。

　　从物理意义上讲， 一定和和G的一次项相关，因此可据此选定回归公式的模型，再通过多元线性回归统计检验方程和模型参数估计值的可靠性。从而分别得到北京地区采暖季窗户的节能效果 的回归公式：

　　北： (5.1)

　　西： (5.2)

　　东： (5.3)

　　南： (5.4)

　　以上四个回归公式中， 表征了哈尔滨采暖季窗户的节能效果越大，该窗户采暖季的节能量越大。四个回归公式中，的系数都为负， 的系数都为正，这 符合北京冬季窗户的节能量随着的增大而减小，随着 的增大而增大的物理意义。

　　同理，对哈尔滨地区采暖季窗户的节能效果有回归公式如下：

　　北： (5.5)

　　西： (5.6)

　　东： (5.7)

　　南： (5.8)

　　以上四个回归公式中， 表征了哈尔滨采暖季窗户的节能效果,越大,该窗户每单位面积节省的累计采暖能耗就越多，节能效果越好。四个回归公式中， 的系数都为负,而的系数都为正,这符合哈尔滨冬季窗户的节能量和传热系数U成正比，而和太阳得热系数 成反比的实际情况。

　　6 结论

　　公式可以帮助设计人员迅速准确地估计窗户在具体城市具体朝向使用时的节能效果，从而因地制宜地采用节能窗户，避免盲目性，同时也避免了繁杂的能耗模拟计算。对于普通用户而言，则可以把晦涩难理解的热工参数方便地转化为一个简单直观的评估量，避免被片面的宣传所误导，如很低的传热系数等。

　　公式的长处是综合了美国的窗户评级公式之基于动态模拟计算的优点，以及加拿大窗户评级公式之物理概念明确的优点。同时， 公式对不同气象条件、不同朝向的窗户分别讨论，也符合我国幅员辽阔，气象多样化的实际情况。 公式不足的是，不能对全国范围建立一个统一的公式，这将造成每个公式使用的地域局限性。