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摘要：节能减排已成为21 世纪里我们所要面对的重要课题。深圳作为一个大都市，人口密度大，市中心城区高层住宅较多，建筑能耗大，因此探讨研究建筑外窗节能技术有重大意义。本文分析了南方地区典型城市建筑外墙的节能技术。
关键词：南方地区，建筑外窗，节能技术
南方地区，即夏热冬暖地区，也就是通常所谓的华南地区，属于我国《建筑气候区划标准》规定的第Ⅳ建筑气候区。南方地区位于我国南部，包括海南、台湾全境、福建南部、广东、广西大部以及云南西南部和元江河谷地区，北回归线其北部，属地理学中南亚热带至热带气候。该地区的分区指标为最冷月平均温度>10℃，最热月平均温度25～29℃，且日平均温度≥25℃的天数100～200天。
南方地区大部分属于我国发达地区，经济发展较快，生活水平较高，人口约1.5亿，国民生产总值（GDP）约占全国的15%，是我国建筑节能工作的新重心。
《广东省建筑节能设计标准实施细则》将夏热冬暖地区划分为南北两个区。广东省共计21个地区，其中韶关、梅州、河源、清远、等地区按北区进行建筑节能设计；广州、深圳、珠海、中山、汕头、汕尾、揭阳、佛山、惠州、东莞、肇庆、云浮、潮州、江门、茂名、阳江、湛江等17个地区均按南区进行建筑节能设计。
外窗作为现代建筑不可或缺的组成部分，具有建筑采光、通风和视野观等功能。窗户与其他建筑外围护结构相比，由于其传热系数大、气密性差，且太阳辐射透过率高，是建筑隔热的薄弱环节。夏季通过窗户的太阳辐射热将增加室内空调能耗，冬季通过窗户温差传热，将增加室内采暖能耗。因此，窗户是建筑节能的关键部位，是节能技术的重点。下文分析南方地区建筑外墙的节能技术。
一、气候特征
我国南方地区为亚热带湿润季风气候(湿热型气候)，其特征表现为夏季漫长，冬季寒冷时间很短，甚至几乎没有冬季，长年气温高而且湿度大，气温的年较差和日较差都小;太阳辐射强烈，雨量充沛。按《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》(JGJ75-2003)规定:夏热冬暖地区以一月份的平均气温11. 5℃为分界线，将夏热冬暖地区进一步细分为两个区，等温线的北部为北区，夏季应考虑空调，兼顾冬季采暖;等温线的南部为南区，夏季应考虑空调，冬季可不考虑采暖。北区以福州为代表性城市，南区以深圳为代表性城市。
夏热冬暖地区代表性城市福州和厦门主要气候参数如表1所示。
夏热冬暖地区北区和南区对外窗保温性能(K)和隔热性能(SC)要求应有所不同。本文将分析外窗热工性能对居住建筑能耗和节能的影响，提出外窗节能设计方法。
二、基准住宅和节能方案计算参数
首先确定基准住宅和它们热工性能计算参数。基准住宅按《夏热冬睡地区居住建筑节能设计标准》《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》(JGJ75一2003)确定，它是一幢上世纪80年代的六层楼住宅，建筑平面图如图2所示。基准住宅和节能方案计算参数如表2所列。
三、模拟计算结果和分析
本文使用美国劳伦斯·，伯克力国家实验室DOE-2软件对基准住宅和3000多组节能方案进行了全年采暖空调能耗模拟计算，并选取代表性数据，绘制了福州和厦门深圳外窗K值分别为3. 0 , 4. 5 ,6. 0时的P- SC曲线图，如图3~图8所示，图中，“P总”为全年采暖与空调总能耗，“P空”为夏季空调能耗，“P暖”为冬季采暖能耗，单位均为kWh/m2.，建筑平均窗墙面积比CM = 0. 3009，建筑外墙K值分别为2.0,1.5和1. 0。同时表3列出了基准住宅全年能耗值计算结果，表4列出了外窗K,SC值劝对:，住宅全年能耗值计算结果，表4列出了外窗K,SC值变化对住宅能耗影响数据。
从表3可以看出，福州基准住宅冬季采暖能耗17.5%，说明采暖能耗不大。占全年采暖空调总能耗43.5%，深圳占17.5%。
从以上福州与深圳的P— SC曲线图和能耗数据表可看出:
1、福州地区
在P- SC曲线图中，当外窗K=6.0,4.5,3.0时，三条能耗P总曲线是分离的，说明外窗K值变化，影响到建筑总能耗。当建筑平均窗墙比CM不变，外窗K值增大(保温性能减弱)，住宅年总能耗也随之增大;当外窗K值从3. 0增大到6. 0时，住宅年总能耗平均增大14%左右，采暖能耗增加27%左右，但K值变化对夏季空调能耗影响不大。
在P- SC曲线图中还可以看到，当建筑平均窗坡比CM不变，外窗SC值增大(隔热性能减弱)，住宅年总能耗也随之增大;当外窗SC值从0. 3增大到0. 9时，住宅年总能耗平均增大10%左右，空调能耗平均增大62%。总之，外窗SC值的变化，不仅对住宅夏季空调能耗，而且对全年总能耗均有影响，因此福州地区居住建筑节能不仅要考虑外窗保温性能影响，还应考虑外窗隔热性能的影响。
外窗保温性能提高(K降低)，对夏热冬冷地区居住建筑节能是有利的;外窗隔热性能提高(SC降低)，能大幅度降低空调能耗，但会增加冬季采暖能耗，因此福州地区居住建筑外窗宜采用活动外遮阳措施，夏季减小外窗SC值，冬季增大外窗SC值，对节能是有利的。
2、深圳地区
在P- SC曲线图中，当外窗K=6.0, 4.5, 3.0时，三条能耗P总曲线非常靠拢，说明外窗K值变化，对建筑总能耗影响比较小，对空调能耗和采暖能耗也影响很小，K值影响基本可以忽略。
在P- SC曲线图中还可以看到，当建筑平均窗墙比CM不变，外窗SC值增大(隔热性能减弱)，住宅年总能耗也随之增大;当外窗SC值从0. 3增大到0. 9时，住宅年总能耗平均增大38%左右，空调能耗平均增大66%左右。总之外窗SC值的变化，不仅对空调能耗，而且对全年能耗均有很大影响，影响程度远超过福州，因此在厦门地区，考虑居住建筑节能時，应十分重视外窗遮阳性能。
深圳地区，采用建筑固定外遮阳措施，提高外窗隔热性能(降低SC），对节能是十分有利的。
四、夏热冬暖地区外窗节能设计
在夏热冬暖地区北区，居住建筑能耗与外窗保温性能(K)和隔热性能(SC)密切相关的，设计时应选择保温性能(K)和隔热性能(SC)优良的外窗，同时采取活动外遮阳措施。
在夏热冬暖地区南区，居住建筑能耗与外窗隔热性能(SC)密切相关的，而外窗保温性能(K)对建筑能耗影响基本可以忽略，设计时应选择隔热性能
(SC)优良的外窗，同时宜采取固定外遮阳措施。
本文的结论印证了国家行业标准《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》中对外窗保温隔热性能的相关规定。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：南方地区，建筑外窗，节能技术
南方地区，即夏热冬暖地区，也就是通常所谓的华南地区，属于我国《建筑气候区划标准》规定的第Ⅳ建筑气候区。南方地区位于我国南部，包括海南、台湾全境、福建南部、广东、广西大部以及云南西南部和元江河谷地区，北回归线其北部，属地理学中南亚热带至热带气候。该地区的分区指标为最冷月平均温度>10℃，最热月平均温度25～29℃，且日平均温度≥25℃的天数100～200天。
南方地区大部分属于我国发达地区，经济发展较快，生活水平较高，人口约1.5亿，国民生产总值（GDP）约占全国的15%，是我国建筑节能工作的新重心。
《广东省建筑节能设计标准实施细则》将夏热冬暖地区划分为南北两个区。广东省共计21个地区，其中韶关、梅州、河源、清远、等地区按北区进行建筑节能设计；广州、深圳、珠海、中山、汕头、汕尾、揭阳、佛山、惠州、东莞、肇庆、云浮、潮州、江门、茂名、阳江、湛江等17个地区均按南区进行建筑节能设计。
外窗作为现代建筑不可或缺的组成部分，具有建筑采光、通风和视野观等功能。窗户与其他建筑外围护结构相比，由于其传热系数大、气密性差，且太阳辐射透过率高，是建筑隔热的薄弱环节。夏季通过窗户的太阳辐射热将增加室内空调能耗，冬季通过窗户温差传热，将增加室内采暖能耗。因此，窗户是建筑节能的关键部位，是节能技术的重点。下文分析南方地区建筑外墙的节能技术。
一、气候特征
我国南方地区为亚热带湿润季风气候(湿热型气候)，其特征表现为夏季漫长，冬季寒冷时间很短，甚至几乎没有冬季，长年气温高而且湿度大，气温的年较差和日较差都小;太阳辐射强烈，雨量充沛。按《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》(JGJ75-2003)规定:夏热冬暖地区以一月份的平均气温11. 5℃为分界线，将夏热冬暖地区进一步细分为两个区，等温线的北部为北区，夏季应考虑空调，兼顾冬季采暖;等温线的南部为南区，夏季应考虑空调，冬季可不考虑采暖。北区以福州为代表性城市，南区以深圳为代表性城市。
夏热冬暖地区代表性城市福州和厦门主要气候参数如表1所示。
夏热冬暖地区北区和南区对外窗保温性能(K)和隔热性能(SC)要求应有所不同。本文将分析外窗热工性能对居住建筑能耗和节能的影响，提出外窗节能设计方法。
二、基准住宅和节能方案计算参数
首先确定基准住宅和它们热工性能计算参数。基准住宅按《夏热冬睡地区居住建筑节能设计标准》《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》(JGJ75一2003)确定，它是一幢上世纪80年代的六层楼住宅，建筑平面图如图2所示。基准住宅和节能方案计算参数如表2所列。
三、模拟计算结果和分析
本文使用美国劳伦斯·，伯克力国家实验室DOE-2软件对基准住宅和3000多组节能方案进行了全年采暖空调能耗模拟计算，并选取代表性数据，绘制了福州和厦门深圳外窗K值分别为3. 0 , 4. 5 ,6. 0时的P- SC曲线图，如图3~图8所示，图中，“P总”为全年采暖与空调总能耗，“P空”为夏季空调能耗，“P暖”为冬季采暖能耗，单位均为kWh/m2.，建筑平均窗墙面积比CM = 0. 3009，建筑外墙K值分别为2.0,1.5和1. 0。同时表3列出了基准住宅全年能耗值计算结果，表4列出了外窗K,SC值劝对:，住宅全年能耗值计算结果，表4列出了外窗K,SC值变化对住宅能耗影响数据。
从表3可以看出，福州基准住宅冬季采暖能耗17.5%，说明采暖能耗不大。占全年采暖空调总能耗43.5%，深圳占17.5%。
从以上福州与深圳的P— SC曲线图和能耗数据表可看出:
1、福州地区
在P- SC曲线图中，当外窗K=6.0,4.5,3.0时，三条能耗P总曲线是分离的，说明外窗K值变化，影响到建筑总能耗。当建筑平均窗墙比CM不变，外窗K值增大(保温性能减弱)，住宅年总能耗也随之增大;当外窗K值从3. 0增大到6. 0时，住宅年总能耗平均增大14%左右，采暖能耗增加27%左右，但K值变化对夏季空调能耗影响不大。
在P- SC曲线图中还可以看到，当建筑平均窗坡比CM不变，外窗SC值增大(隔热性能减弱)，住宅年总能耗也随之增大;当外窗SC值从0. 3增大到0. 9时，住宅年总能耗平均增大10%左右，空调能耗平均增大62%。总之，外窗SC值的变化，不仅对住宅夏季空调能耗，而且对全年总能耗均有影响，因此福州地区居住建筑节能不仅要考虑外窗保温性能影响，还应考虑外窗隔热性能的影响。
外窗保温性能提高(K降低)，对夏热冬冷地区居住建筑节能是有利的;外窗隔热性能提高(SC降低)，能大幅度降低空调能耗，但会增加冬季采暖能耗，因此福州地区居住建筑外窗宜采用活动外遮阳措施，夏季减小外窗SC值，冬季增大外窗SC值，对节能是有利的。
2、深圳地区
在P- SC曲线图中，当外窗K=6.0, 4.5, 3.0时，三条能耗P总曲线非常靠拢，说明外窗K值变化，对建筑总能耗影响比较小，对空调能耗和采暖能耗也影响很小，K值影响基本可以忽略。
在P- SC曲线图中还可以看到，当建筑平均窗墙比CM不变，外窗SC值增大(隔热性能减弱)，住宅年总能耗也随之增大;当外窗SC值从0. 3增大到0. 9时，住宅年总能耗平均增大38%左右，空调能耗平均增大66%左右。总之外窗SC值的变化，不仅对空调能耗，而且对全年能耗均有很大影响，影响程度远超过福州，因此在厦门地区，考虑居住建筑节能時，应十分重视外窗遮阳性能。
深圳地区，采用建筑固定外遮阳措施，提高外窗隔热性能(降低SC），对节能是十分有利的。
四、夏热冬暖地区外窗节能设计
在夏热冬暖地区北区，居住建筑能耗与外窗保温性能(K)和隔热性能(SC)密切相关的，设计时应选择保温性能(K)和隔热性能(SC)优良的外窗，同时采取活动外遮阳措施。
在夏热冬暖地区南区，居住建筑能耗与外窗隔热性能(SC)密切相关的，而外窗保温性能(K)对建筑能耗影响基本可以忽略，设计时应选择隔热性能
(SC)优良的外窗，同时宜采取固定外遮阳措施。
本文的结论印证了国家行业标准《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》中对外窗保温隔热性能的相关规定。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。