4 影響窗戶節(jié)能效果的因素分析

　　以ER和ERC為主要度量參數(shù)，以北京和哈爾濱兩地為例，利用DeST Housing對(duì)建筑樓層、外墻性能、窗墻比、房間大小、內(nèi)部發(fā)熱量和窗戶朝向等可能影響窗戶節(jié)能效果的因素分別做了計(jì)算分析。這些影響因素的變化范圍的選取，充分考慮了實(shí)際住宅可能達(dá)到的變化范圍的上、下限，因此，所得的結(jié)論適用于普通住宅。計(jì)算分析結(jié)果表明：

　　(1)對(duì)于多層建筑，窗戶在建筑中所處的樓層位置對(duì)窗戶ER和ERC的影響不大，一層以上的房間，窗戶ER基本相等。除了底層和頂層房間，中間樓層的ERC也基本相等;

　　(2)ER和ERC受外墻保溫和蓄熱性能的影響很小，在討論的外墻變化范圍內(nèi)，ER的浮動(dòng)最大不超過(guò)5%，ERC的浮動(dòng)最大不超過(guò)10%，一般情況下浮動(dòng)在 2%左右，所以認(rèn)為，ER和ERC受外墻保溫和蓄熱性能的影響小到可以忽略，即不管和什么外墻配合使用，每平米窗戶節(jié)省的能耗基本不變;

　　(3)當(dāng)窗墻比從15%變化到30%時(shí)，絕大部分窗戶在各個(gè)朝向的ER值基本保持不變，個(gè)別變化幅度大的，變化的絕對(duì)值也小;窗戶ERC的變化幅度比ER的變化大一些，但基本能保持在5%到10%之間。因此認(rèn)為窗戶的節(jié)能效果受窗墻比的影響很小，特別是采暖季;

　　(4)房間大小對(duì)窗戶冬季節(jié)能效果的影響很小，可以忽略不計(jì)，但是對(duì)窗戶空調(diào)季節(jié)能效果的影響比較大，可不可以忽略要視具體情況而定;

　　(5)房間的內(nèi)部發(fā)熱量大小在住宅可能的范圍內(nèi)變化時(shí)，對(duì)每單位面積窗戶采暖季或空調(diào)季平均節(jié)能效果的影響并不顯著;

　　(6)根據(jù)普通居民的開(kāi)窗習(xí)慣，房間通風(fēng)量對(duì)窗戶冬季節(jié)能效果的影響很小，可以忽略不計(jì);而房間通風(fēng)量對(duì)窗戶空調(diào)季節(jié)能效果的影響比較大，能不能忽略要視具體情況而定;

　　(7)窗戶朝向?qū)Υ皯艄?jié)能效果的影響無(wú)論采暖季還是空調(diào)季都比較顯著，對(duì)窗戶的節(jié)能研究進(jìn)行分朝向探討是必要的。

　　5 對(duì)北京和哈爾濱的采暖季建立窗戶ER的經(jīng)驗(yàn)回歸公式

　　通過(guò)上面的分析發(fā)現(xiàn)，表征窗戶采暖季和空調(diào)季節(jié)能效果的量ER和ERC受住宅樓層、外墻保溫性能、窗墻比、以及房間內(nèi)部發(fā)熱量等因素的影響不大，在誤差范圍內(nèi)可以忽略。特別是采暖季，房間大小和通風(fēng)換氣氣數(shù)對(duì)窗戶節(jié)能效果的影響也都小到可以忽略。同時(shí)，采暖季不存在遮陽(yáng)問(wèn)題，用戶的使用習(xí)慣對(duì)窗戶節(jié)能效果的影響也很少。因此，窗戶采暖季的節(jié)能效果可以認(rèn)為只和窗戶朝向、窗戶所在地理位置和窗戶本身的性能有關(guān)。

　　在窗戶的熱工性能里，影響采暖能耗的主要是保溫隔熱性能、太陽(yáng)得熱性能和密閉性能。其中，密閉性能對(duì)窗戶能耗的影響較保溫性能和太陽(yáng)得熱性能相比，又小了很多，特別是以目前的技術(shù)水平，要使得窗戶達(dá)到優(yōu)良的密閉性能并不難。所以，在本文里暫不考慮窗戶密閉性能對(duì)采暖能耗的影響，假設(shè)窗戶的密閉性能都很相近，并達(dá)到了較好的水平。由此，在相同氣象參數(shù)下，窗戶采暖季的節(jié)能效果就只和窗戶朝向以及窗戶的保溫性能和太陽(yáng)得熱性能有關(guān)，即在相同氣象參數(shù)、相同朝向下，窗戶的ER可以表示為窗戶的傳熱系數(shù)U和太陽(yáng)得熱系數(shù)G的 函數(shù)。如果通過(guò)動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算得到多組窗戶的ER和U與G的關(guān)系，就可以回歸成一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，用它來(lái)預(yù)測(cè)某種已知U和G的窗戶的采暖季節(jié)能效果。該回歸公式可以表示為：，其中和 是通過(guò)量綱歸一得到的無(wú)量綱的量，, ，G是太陽(yáng)得熱系數(shù)，原本無(wú)量綱。

　　因?yàn)槟骋淮皯舻腅R代表了使用該窗戶和基準(zhǔn)窗相比，平均每平米窗戶節(jié)省的采暖季累計(jì)能耗。如果建立了窗戶 的經(jīng)驗(yàn)回歸公式，就能夠很快地由窗戶的傳熱系數(shù)U和太陽(yáng)得熱系數(shù)G計(jì)算出，從而也就大概知道了該窗戶在整個(gè)采暖季平均每單位面積節(jié)省的能耗。當(dāng)兩個(gè)窗戶需要比較節(jié)能效果時(shí)，就可以通過(guò)它們的U和G方便快捷地計(jì)算出各自的 ，大的窗戶節(jié)能效果好，從而解決了已知窗戶的熱工參數(shù)，但如果不做具體的能耗模擬計(jì)算，就無(wú)法評(píng)價(jià)該窗戶節(jié)能效果的問(wèn)題。也避免了單憑傳熱系數(shù)U來(lái)選擇窗戶可能出現(xiàn)的失誤。當(dāng)然，由于前面所討論的各個(gè)影響因素的存在，利用 經(jīng)驗(yàn)回歸公式計(jì)算得到的值可能和實(shí)際值有一定的差異，但是，上面的討論結(jié)果和以下的檢驗(yàn)結(jié)果都證明這個(gè)誤差不會(huì)太大。更重要的是，窗戶按照經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的 值的大小進(jìn)行節(jié)能等級(jí)排序的結(jié)果，和按照實(shí)際模擬計(jì)算得到的值的大小進(jìn)行節(jié)能等級(jí)排序的結(jié)果是一致的。

　　從物理意義上講， 一定和和G的一次項(xiàng)相關(guān)，因此可據(jù)此選定回歸公式的模型，再通過(guò)多元線性回歸統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方程和模型參數(shù)估計(jì)值的可靠性。從而分別得到北京地區(qū)采暖季窗戶的節(jié)能效果 的回歸公式：

　　北： (5.1)

　　西： (5.2)

　　東： (5.3)

　　南： (5.4)

　　以上四個(gè)回歸公式中， 表征了哈爾濱采暖季窗戶的節(jié)能效果越大，該窗戶采暖季的節(jié)能量越大。四個(gè)回歸公式中，的系數(shù)都為負(fù)， 的系數(shù)都為正，這 符合北京冬季窗戶的節(jié)能量隨著的增大而減小，隨著 的增大而增大的物理意義。

　　同理，對(duì)哈爾濱地區(qū)采暖季窗戶的節(jié)能效果有回歸公式如下：

　　北： (5.5)

　　西： (5.6)

　　東： (5.7)

　　南： (5.8)

　　以上四個(gè)回歸公式中， 表征了哈爾濱采暖季窗戶的節(jié)能效果,越大,該窗戶每單位面積節(jié)省的累計(jì)采暖能耗就越多，節(jié)能效果越好。四個(gè)回歸公式中， 的系數(shù)都為負(fù),而的系數(shù)都為正,這符合哈爾濱冬季窗戶的節(jié)能量和傳熱系數(shù)U成正比，而和太陽(yáng)得熱系數(shù) 成反比的實(shí)際情況。

　　6 結(jié)論

　　公式可以幫助設(shè)計(jì)人員迅速準(zhǔn)確地估計(jì)窗戶在具體城市具體朝向使用時(shí)的節(jié)能效果，從而因地制宜地采用節(jié)能窗戶，避免盲目性，同時(shí)也避免了繁雜的能耗模擬計(jì)算。對(duì)于普通用戶而言，則可以把晦澀難理解的熱工參數(shù)方便地轉(zhuǎn)化為一個(gè)簡(jiǎn)單直觀的評(píng)估量，避免被片面的宣傳所誤導(dǎo)，如很低的傳熱系數(shù)等。

　　公式的長(zhǎng)處是綜合了美國(guó)的窗戶評(píng)級(jí)公式之基于動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)，以及加拿大窗戶評(píng)級(jí)公式之物理概念明確的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)， 公式對(duì)不同氣象條件、不同朝向的窗戶分別討論，也符合我國(guó)幅員遼闊，氣象多樣化的實(shí)際情況。 公式不足的是，不能對(duì)全國(guó)范圍建立一個(gè)統(tǒng)一的公式，這將造成每個(gè)公式使用的地域局限性。