范宏武博士現場演講
世博案例館滬上·生態家外窗節能設計
范宏武博士上海市建筑科學研究院(集團)有限公司
摘要：
瀘上·生態家作為2010年世博會城市最佳時間去上海唯一實物案例。針對上海地區夏熱冬冷的氣候特征和當地居民間歇式的采暖空調用能模式，本文提出了一種獨特的雙層節能外窗構造，可有效解決瀘上·生態家夏季隔熱、冬季保溫和度過季的通風需求，節能特性良好。
“滬上·生態家”作為上海世博會城市最佳實踐區上海唯一實物案例,其結合“城市讓生活更美好”的世博會主題,提出遵循“天和——節能減排、環境共生,地和——因地制宜、本土特色,人和——以人為本、健康舒適,樂活——健康可持續的價值導向”的主題,倡導“節能環保,樂活人生”的全新生態居住理念。
本文主要針對上海地處夏熱冬冷地區的氣候特征和用能模式,提出一種獨特的雙層窗節能構造體系，并通過窗戶位置與開口的合理設計,在充分發揮自然通風等被動式節能作用的前提下解決“滬上·生態家”外窗夏季隔熱、冬季保溫和過渡季通風的功能需求,以實現有效的節能。
1、建筑概況
“滬上·生態家”坐落于2010年世博會浦西片區城市最佳實踐區北部區塊內(如圖1所示),總建筑面積為3001m2,地上四層,地下一層,建筑高度18.9m。其以滿足國家《綠色建筑評價標準》(GB/T50378)三星級為設計目標,通過30%前瞻技術研發集成和70%成熟技術應用,實現建筑綜合節能60％。
2、外窗節能需求分析
根據上海夏熱冬冷的氣候特征, “滬上·生態家”夏季白天建筑外圍護結構受到太陽輻射被加熱升溫，向室內傳遞熱量,夜間則因溫差而向外散熱，集建筑夏季圍護結構存在日夜內外交替傳熱現象,冬季則基本上是通過圍護結構向室外傳遞熱量為主的熱過程(如圖2所示)。因此其圍護結構節能主要涉及夏季隔熱、、冬季保溫以及過渡季自然通風等環節。
而建筑能耗調查結果(如圖3)顯示I1],上海地區居住建筑全年用電量主要以夏季空調能耗為主，因此“滬上·生態家”的圍護結構節能設計應以夏季隔熱為主，兼顧冬季保溫。
圖4和圖5為上海地區居住建筑采暖空調負荷構成情況。從圖中可知,外窗是影響冬夏季采暖空調負荷的主要因素,解決好外窗的保溫隔熱性能是上海地區居住建筑圍護結構節能的重點。
因此在面積確定的前提下,夏季當室外環境溫度較低時,應盡可能降低外窗的太陽得熱系數,并提高其傳熱系數和空氣滲透量;而當室外環境溫度較高時,則應盡可能同時降低外窗的太陽得熱系數、傳熱系數和空氣滲透量。
以上分析表明,針對上海地區,建筑外窗要實現有效節能,除應合理設計面積大小外,其熱工性能參數應具有良好的可調節性。
4、外窗節能方案
4.1外窗開口位置與大小設計
為實現有效夏季自然通風,并避開冬季主導風向,建筑外窗的開口位置應根據當地的風環境、太陽輻射及建筑功能需求確定。
設計過程中主要根據上海風玫瑰圖(圖6),綜合考慮區域風環境模擬結果(圖7)I2]、太陽能輻射情況(圖8)[1]和建筑內部參觀功能布局要求,最終確定出“滬上·生態家”建筑外窗位置與面積大小,具體如表1和圖9所示。
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