1、1天津某高层住宅冬季外窗空气渗透量研究摘 要：选择天津市一栋新建高层住宅，用有关标准和规范中规定的塑钢窗冷风渗透量的计算方法对其冬季外窗冷风渗透量进行了计算，并与较早前高层住宅的计算方法进行对比，分析了影响高层住宅冷风渗透量的主要因素。 关键词：高层住宅冷风渗透外窗 中图分类号：TU241.8 文献标识码：A 文章编号： 0 引言 在北方寒冷地区住宅的冬季采暖负荷计算中，通过外窗进入室内的冷空气渗透负荷历来在采暖总负荷中占有较大比重。最近几年来，建筑节能的重要意义越来越被大家所理解，国家对建筑节能的标准不断提高，促进了建筑构件和材料节能技术的进步和发展。目前在民用住宅建筑中采用的外窗，大部分为
2、带中间空气层的双层玻璃铝合金门窗，其气密性指标与以前采用的塑钢窗相比有了很大提升。如果还按照以前的经验数据计算冬季外窗冷风渗透量，可能会与当前的实际情况产生较大偏差，造成室内热负荷计算结果偏大，增加了末端设备造价且造成了能源的浪费。因此，准确计算外窗的冷风渗透量，对降低热耗，节能减排有着重要的意义，本文尝试通过对设计实例进行计算分析，找到相对准确的空2气冷渗量计算方法。 1 规范对住宅外窗气密性的要求 当前在天津市范围内施行的与住宅外窗气密性能相关的规范有两个，一个是国家标准建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法（GB/T 7107-2008） ，它规定了建筑门窗气密性能分级的标准和检
3、测检定方法；另一个是天津市居住建筑节能设计标准 （DB29-22-2010） ，这是天津市的地方建设标准，它规定了天津市范围内新建住宅的外窗所要达到的气密性等级。 在新国标 GB/T 7107-2008 中，对外窗的气密性等级做了重新划分，将以前的 5 级细分为目前的 7 级，采用窗两侧压力差为Pa 时的单位缝长空气渗透量1 和单位面积空气渗透量作为分级指标，具体指标值见下表： 表-1 建筑外门窗气密性分级 注：根据本文需要，仅列出按照单位缝长分级的指标值，按照单位面积分级指标值不再表示。 在天津市的 DB29-22-2010 中规定： （1） 16 层的建筑，外窗气密性等级不应低于 5 级2
4、.0q11.5m3/(m?h)，6.0q24.5m3/(m2?h)； （2） 7 层以上的建筑，外窗气密性等级不应低于 6 级1.5q11.0m3/(m?h)，4.5q23.0m3/(m2?h)； 32.通过外窗的冷风渗透量的计算方法 渗透空气量可以根据外窗的不同朝向和高度，按照下列公式进行计算： （1） b（2） （3） （4） （5） L0-在单纯风压作用下，不考虑朝向修正和建筑物内部隔断时的理论渗透量。 L1-外窗缝隙的长度（m） 。 m-热压和风压综合修正系数。 -室外采暖计算温度下的室外空气密度（mg/m3） b-门窗缝隙渗风指数，无实测数据时，可取 b=0.67。 -外门窗渗风系数
5、，m3/(m?h?Pa0.67)。 -冬季室外最多向平均风速，m/s。 Cr-热压系数。 -风压差系数，无实测值时，可取 0.7。 n-单纯风压作用下，渗透空气量的朝向修正系数，按下表取值确定：、 表-2 渗透冷空气量的朝向修正系数 4C-作用于门窗上的有效热压差与有效风压差之比。 Ch-高度修正系数 h-计算门窗的中心线高度 hz-单纯热压作用下，建筑物中和面的标高，可取建筑高度的 1/2。 -建筑物内形成成热压作用的竖井计算温度（） 3.工程实例的外窗冷风渗透量计算 3.1 各项计算参数的取值确定 本文中的工程实例坐落于天津市内，为一栋塔式高层住宅，地上共20 层，建筑高度为 55.1m，
6、朝向为正南正北向。接下来，我们将按照前述计算方法，对这栋住宅各层外窗的单位长度的渗透空气量进行计算，为了简化计算过程，我们选取这栋住宅的首层、10 层和 20 层作为典型层进行计算。 本楼内有前室门和楼梯间门，密封性较好，取 Cr=0.5；建筑物中和面高度 hz=27.5m； 建筑物内竖井的计算温度 t,n=5；首层、10 层、20 层的门窗计算中心线高度分别为 1.5m、27.5m 和 53.6m；天津冬季室外供暖计算温度为-7，通过查表可知此时室外空气密度为 1.33kg/m3;冬季天津室外最多风向的平均风速为 4.8m/s;以上参数确定后，接下来我们需要确定的就是外门窗渗风系数 a1 的
7、取值，过程如下： （1）根据 GB/T 7107-2008 中的计算定义，外窗单位缝长空气渗透量指的是窗两侧压力差为 10Pa 时的值。 5（2）按照 DB29-22-2010 中规定，本工程的外窗气密性等级不低于6 级，即 1.5q11.0m3/(m?h)。 （3）根据上一小节公式（2） ，将上述已知条件代入，可得 a1 的取值范围为 0.210.32 之间。 (4)查下表可得，a1 的取值为 0.3。 表-3 外门窗缝隙渗风系数 由以上参数取值，代入公式（5） ，可得到适用于天津地区的简化公式： （6） 接着将公式（6）和公式（4）及相关参 数代入公式（3） ，可得 （7） 取门窗缝隙长度
8、为单位长度 l1=1m，进一步将（7）代入（2）与（1）中，得到 （8） 到此，我们得到了一个针对天津地区的外窗渗透空气量的计算公式，在确定了外窗的高度和朝向后，应用此公式可得到每米缝隙长度上的渗透空气量，乘以缝隙的实际长度，就可以得到一扇外窗的渗透空气量。 6图-1 某高层住宅外窗单位长度缝隙渗透空气量 3.2 本工程实例的计算结果 按照公式（8） ，计算了东、西、南、北四个朝向各层外窗的单位缝隙长度空气渗透量，计算结果见图-1。 4.结论 5.1 从图中可以看出，因北向为冬季主导风向，故北向上外窗单位缝隙的渗透量最大，其余三个朝向基本接近。在楼层分布上，同一朝向的外窗，随着高度的增加，计算
9、结果数值呈现逐渐减小的趋势，分析其原因，应为随高度增加，室内热压作用增强，造成作用于外窗上的内外压力差减少，而渗透量与外窗内外压力差为正相关，故而渗透量也随之减少。 5.2 按照 GB-50096-2011住宅设计规范中的规定，无集中新风供应系统的住宅新风换气次数宜为 1 次/h。而按照图-1 中的计算结果，假设一套住宅的使用面积为 40m2，层高为 2.8m，如果依靠通过外窗的空气渗透来满足换气次数，则需要外窗有约 80m 的缝隙，目前设计的普通住宅外窗很难达到这一要求；外窗气密性的增加，使得住户需要采取开窗换气的方式来满足室内新风换气的需要。 参考文献： 1中国建筑科学研究院.GB 50736-2012 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范S.北京：中国建筑工业出版社，2012 2天津市建筑设计院. DB29-22-2010 天津市居住建筑节能设计标准S.天津：天津市城乡建设和交通委员会,2010 73中国建筑科学研究院.GB/T 71062008,建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法S.北京:中国标准出版社,2008. 4丁力行.空气渗透计算中风压与热压的叠加问题J.暖通空调,2001,31(1):25-26. 5王砚玲,高甫生.建筑类型对冷风渗透能耗的影响分析J.建筑热能通风空调,2002,(5):4-8. 作者简介：乔锐（1980.06） ，男，硕士，工程师
