公共建筑外玻璃窗选型方案节能和经济性分析

安徽建筑大学 王勇

安徽建元装饰工程有限公司 王世好 张兵 杨德胜

　　【摘要】：随着社会经济的不断发展，政府部门愈发重视建筑物的节能问题。为合理控制建筑物内的节能问题，本文通过分析不同类型外窗对合肥市住宅建筑能耗的影响，并利用Design Builder能耗模拟软件计算每年的热负荷和冷负荷，以此为基础来获得全年累计冷热消耗量。同时，分析不同外窗的节能效率和经济性，并从经济性的投资回收期、差额净现值两个方面进行阐述。经过研究发现，在合肥市，LOW-E玻璃的节能性要超过其他玻璃。

　　【关键词】：公共建筑;节能分析;外窗玻璃;经济分析

　　一、 前言

　　近年来，我国建筑物数量呈现逐年递增的态势。城乡建筑中有90%属于高能耗建筑物，新建建筑物中高能耗建筑物甚至达到95%。建筑围护结构设计是整个建筑节能的基础环节，在以往围护结构设计中外窗面积占到了1/3，通过外窗传热所产生的能耗是整个墙体的数倍。为进一步实现国家提倡的节约能耗战略计划，合肥市提出商业节能执行标准，规定城镇新建建筑物节能高于50%，施工阶段强制性标准达标率达到并超过98%。在信息化时代背景下，国内对窗体材料节能重视程度不足，但从目前外窗节能情况来看，利用节能窗作为建筑物外窗，具有效果显著、投资少、收回快等特点，能有效满足国家节能规定，所以加大外窗节能研究力度对提高建筑物能源利用率有重要意义[1]。

　　二、 工程概况

　　信达银信广场项目坐落于合肥市高新区黄山路与科学大道交口处，西至科学大道，东侧为城市绿化。规划用地总面积约14.43亩，总建筑面积63272.7平方米。地上分两个单体，其中高层写字楼(25F)36917.68平方米，多层写字楼(6F)11172平方米;地下两层，建筑面积14896.55平方米[2]。

　　三、 建模仿真及外窗改造方案

　　(一) 建模仿真软件和建筑模型

　　在信息化时代背景下，通常利用Design Builder、DOE-2、BLAST等软件作为能耗模拟软件。本文主要使用Design Builder软件来开展建模仿真工作，该软件能准确模拟出项目的全年累计冷负荷和热负荷、全年建筑总能耗、峰值热负荷和冷负荷等内容[3]。

　　(二) 最初建筑模型参数设置

　　根据研究对象的工厂实际情况来确定软件实际数值，其中建筑最初维护结构材料和参数如下：

　　1. 外墙结构：墙体材料200mm+水泥砂浆20mm+保温材料20mm

　　2.屋顶结构：油毡5mm+陶土瓦25mm+岩棉240mm

　　3. 外墙：无遮阳设施+单片透明玻璃6mm+塑钢窗框

　　(三) 外窗改造方案

　　目前合肥市常用的节能建筑外窗玻璃材料参数和价格如表1所示。本文通过对其中五种外窗方案进行模拟分析，给合肥市外窗玻璃选型提供最合理的方案[4]。

　　四、 外窗选型方案仿真结构及分析

　　(一) 外窗选型方案能耗仿真结构

　　全年总耗电量主要包括生活用热水、房间耗电、全年制冷耗电等，全年总能耗是指全年总热能耗和全年总耗电量之和。利用Design Builder软件能准确计算出建筑物每年的热负荷和冷负荷。经试验发现，每年中旬是冷负荷的最高值，上旬是热负荷的巅峰值，其全年总耗电量在136429.8KW*H。同时，就国内外窗节能情况而言，利用节能窗作为建筑物外窗，具有效果显著、投资少、收回快等特点，能有效满足国家节能规定，所以加大外窗节能研究力度对提高建筑物能源利用率有重要意义。通过从不同方面分析外窗玻璃存在的优势，LOW-E中空玻璃节能效果最佳[5]。

　　(二) 外窗选型方案节能性和经济性分析

　　1. 外窗选型方案节能性分析

　　以单片透明玻璃材料为基础，科学分析出其他几种外窗材料的节能效果和能耗效果(如表2所示)。表2节能效果主要体现在以下几个方面：

　　(1) LOW-E中空玻璃在全年采暖能耗方面节能效果最佳，其与单片玻璃相比，采暖能耗降低了7.58%，尤其是冬季的热负荷下降非常明显。

　　(2) 从制冷节能效果方面来看，热反射镀膜玻璃性能完全符合标准要求，其制冷下降率最好，达到12.05%，且风气冷负荷下降了7.85%。

　　(3) 全年制冷耗电量是整个耗电量的重要环节。由于窗体材料存在较强的差异性，其耗电量会出现不同程度的差距，下降频率只有4.12%。但由于热反射镀膜玻璃在冬季采暖能耗要远超基础值，所以全年总能耗与基础方案相比增加了1.22%。

　　2. 外窗选型方案经济性分析

　　经济性包括投资回收期和差额净现值。差额净现值是用来确定方案实际经济效果的，当其数值超过0时，代表该方案具有一定可行性，且数值越高，方案可行性越高。具体计算如公式(1)所示。

(1)

　　五、 总结

　　综上所述，利用模拟分析方法进一步分析多样化窗体材料后，确定利用LOW-E中空玻璃作为窗体材料可达到全年总能耗最低值的目标，能给建筑企业带来较大的经济效益。因此，可将该种玻璃运用到所处气候环境相同的建筑物内，且相比于普通单片透明玻璃而言，热反射镀膜中空玻璃和透明中空玻璃都具有较强的节能效果。基于此，本文通过分析不同类型外窗对合肥市住宅建筑能耗的影响，并利用Design Builder能耗模拟软件计算每年的热负荷和冷负荷，以此为基础来获得全年累计冷热消耗量。同时，分析不同外窗的节能效率和经济性，并从经济性的投资回收期、差额净现值两个方面进行阐述。

　　参考文献：

　　[1] 法国圣戈班玻璃厂. 带有近红外观察系统的车辆用层压窗玻璃和设备及其制备：CN202080006368.2[P]. 2021-09-07.

　　[2] 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会. 建筑玻璃可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关窗玻璃参数的测定：GB/T 2680-2021[S]. 2021.

　　[3] 法国圣戈班玻璃厂. 在窗玻璃的边缘或外部面上具有母线的含加热丝的窗玻璃:CN201880064737.6[P]. 2020-05-15.

　　[4] 代春泉,邢光雪,韩飞. 无源式建筑外窗节能机理及其工程应用研究 ——以中德生态园被动房体验中心为例[J]. 建筑经济，2019，40(8):111-115.

　　[5] 法国圣戈班玻璃厂. 具有外部发光信号的车辆窗玻璃、包含该窗玻璃的车辆和制造：CN201880003748.3[P]. 2019-08-06.