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建筑外飘窗挑出板宽度的应用选择
现在建筑房屋外窗应用中飘窗占有一定的比例，是近10年来发展的一种新型外窗结构形式，但如何使该种窗满足建筑物自身的保温隔热性，气密性、采光、抗风、隔声、通风及水密性要求，尤其是外飘窗挑板宽度对其能耗的影响，也就是挑出墙外宽度的距离。由于挑板宽度的增加，使外飘窗两侧的窗玻璃面积加大，对飘窗的整体能耗会带来较大影响。对某建筑物南向飘窗进行动态负荷模拟计算，研究平开式飘窗在使用不同窗体和玻璃材料条件下，飘窗宽度从0.2m-1.0m时带来的全年能耗量。结果表明南向飘窗的年能耗随着窗台板的宽度而加大，使用节能性好的窗体和玻璃可大幅度降低能耗，根据夏热冬冷地区节能50％的要求，PVC平开中空玻璃飘窗的外挑板宽度在0.3m以内节能效果好，而铝塑复合平开Low-E玻璃飘窗的宽度不超过 0.5m时较节省能源。 
1 建筑飘窗存在的问题
到目前为此对于使用比较多的建筑外飘窗的研究很少是由于国外一般不使用飘窗所致，而国内的研究也是只在定性分析方面，对于飘窗使用性能，窗墙面积比分析甚少，只是用于飘窗的实际工程施工安装应用中。  
表1外窗的窗型和基本参数
窗项目
序号
窗型
玻璃种类
窗传热系数
W／(m2·K)
玻璃遮阳系数Sc
窗玻璃有效面积系数Xf／％
铝合金推拉窗
?
单玻窗
6mm普通玻璃
6.3
0.88
80
PVC塑料平开窗
Ⅱ
单玻窗
6mm普通玻璃
4.8
0.88
70
Ⅲ
中空窗
6+9+6
2.9
0.75
70
PVC塑料平开飘窗
Ⅳ
单玻窗
6mm普通玻璃
4.8
0.88
70
Ⅴ
中空窗
6+9+6
2.9
0.75
70
铝塑复合平开飘窗
Ⅵ
Low-E中空窗
5+9+3
2.1
0.51
70

在夏热冬冷及三北地区，对于飘窗的使用效果优劣问题也存在不同的看法。虽然飘窗的玻璃面积较大，受到太阳辐射的热较多，增加了夏天空调开启的时间，但是在冬季这些日照热却能大幅度提高室温，减少供暖费用。现在飘窗的使用也初步得到业主的认可如果不实事求是地考虑现状。加以否定它的应用价值，对于房地产开发会造成不利影响。以北方寒冷地区为例有一些房屋安装采用了飘窗，挑板宽度从0.2m~0.6m不等，建筑墙体及玻璃材料也不相同，应该分析对冬季供暖及夏季空调使用的影响。
2 建筑物的选取
取北方寒冷地区坐北朝南房屋，层高为2.80m的住宅楼南墙外窗，普通窗及飘窗的窗高度为1.5m，窗宽为1.8m，飘窗的挑出板宽度为L，砼板厚度为 0.1m，飘窗的东南西三个侧面均用相同品种的玻璃安装，见图1。
建筑物室内设置温度夏季为26℃，冬季为18℃，供暖的额定能效比取1.9；空调的额定能效比取2.3，设备按连续运行考虑，外窗的基本性能见表1。

3 计算方法
根据当地典型气象参数，即典型逐时水平面直射，散射辐射强度和室外环境温度，采用理论计算方法，分别计算全年空调和冬季供热由南墙不同形式的外窗带来的能耗量，计算分三步进行：
a) 计算南墙外窗的得热量，其计算飘窗的得热量时，对飘窗的东、南、西三个面分别计算然后再汇总；
b) 要用房间反应系数法来计算供暖和空调负荷；
c) 通过冬季和夏季的设备COP值计算耗电量。
3.1 建筑外窗的传热分析
3.1.1 通过窗户的温差传热
由于玻璃自身薄弱，导热系数也相对较大，也就是窗玻璃的热惰性很小，因此这部分传热可以按稳态传热看待。即N时刻通过玻璃的温差传热HGg(n)为：

HGg(n)=KFg[ta(n)-tv(n)]         (1)
式中：
K——玻璃窗的传热系数，W／(m2·K)；
Fg——玻璃窗面积(m2）计算飘窗时，南侧窗为 1.5m×l.8m，东侧和西侧为1.5m×L；
ta (n)——n时刻室外空气温度，℃；
tv (n)——n时刻室内空气温度，夏季为26℃，冬季为18℃。  
3.1.2 透过玻璃太阳辐射热
通过窗户玻璃的太阳辐射得热量与玻璃的朝向关系密切，会随着季节和每日的具体时间有变化。计算时要考虑窗框的因素，使用玻璃的实际有效面积，阳光实际照射的面积。通过玻璃窗的太阳照射得热量计算公式是：
HCS=(SSCDl·xs+SScd)·Sc·xf·F    (2)
式中：
SSCDl——标准透光材料太阳直辐射得热量，等于ID·gDI；
SSCd——标准透光材料太阳散辐射得热量，等于ld·gd。由于水平辐射和垂直辐射只是角度关系，即太阳高度角九和壁面太阳方位角e，因此根据资料中太阳辐射模型，求得东南西三个方向垂直面的直辐射和散辐射；
Sc——全遮阳系数；
F——窗面积，计算飘窗时南侧窗为1.5m×l.8m，东侧和西侧为1.5m×L；
xf——窗玻璃的有效面积系数；
xs——阳光实际照射面积比．等于窗子实际照射面积与窗面积之比。此时未考虑外遮阳影响，计算铝合金单玻推拉窗时，只考虑到墙体突出窗玻璃本身遮阳，墙厚度为240mm，窗户周围无墙体遮挡，此处应是xs=1。
3.1.3空气渗透引起的热损失
室内外存在着压力差，从而导致室外空气通过窗子缝隙或外围护结构的小孔进入房间，由于加大了室内的热损失，这种现象在冬季尤其明显，在夏季由于室内空凋开启处于正压状态，阻止热空气的进入，在此只考虑冬季冷风的渗入影响，由空气渗透引起的室内失热量HCa为：
HCa=Lacapa(tr-ta)/3.6    (3)
式中：   
ca——室外空气比热容；
pa——室外空气密度：
tr——室内空气温度，℃；
ta——室外空气温度，℃；
La——渗透进入房间的室外空气量，m3／h。
    La=q1·Zc    (4)
q1——单位缝长指标；外窗的气密性不应低于现行规范GB／T 7107—2002《建筑外窗气密性能分级及其检测方法》中4级，即0.5m3(m·h)得热负荷的计算方法相似，现仅以窗的传热负荷进行计算：
CLX(n)=WX(0)HCg(n)+[WX(1)-CX·WX(0)]HCg(n) + CX·CLX(n-1)    (5)
式中：
CX ——房间反映系数的公比，CX=1-WX(1)／[Fc-WX(0)]，房间反应系数WX(1)、WX(0)。
由资料查得，根据经验反复计算四次。即可消除对CLX(0)初值取零的影响。
3.3 年供暖和空调总耗电量
首先按下式分别计算供暖、空调季节耗电量qz:
qz=Qz/COP×1000    (6)
式中：
Qz——空调、供暖累计负荷、热负荷。kW·h。文中按冬季供暖时间取为10月15日～4月15日，夏季空调时间取为6月1日～9月30日。
全年供暖、空调总耗电量，即为：
    q=q供暖+q空调    (7)
由于在计算上的方便性，对全年的动态模拟过程中均涉及到矩阵的计算，整个数学动态模拟计算过程采用MATLAB程序处理。
4 计算结果的分析
4.1 外窗冬季能耗分析
在图2中绐出了不同材质窗Ⅳ、V和Ⅵ在挑板宽度从0.2m-1.0m时的冬季累计热负荷，以及1、Ⅱ和Ⅲ的冬季累计热负荷。从图中可以看出，在冬季，Ⅱ和Ⅳ相比，Ⅲ和V相比，无论挑板宽度如何，Ⅳ和V的热负荷要大。这是因为对于使用同种窗体和玻璃材料的平开窗和飘窗，虽然飘窗随着挑板宽度的增加，东、西两侧的玻璃面积便会增大，在冬季可以获得较多的日照得热，但同时也带来了更多的温差热损失，因而增加了供暖的热负荷。此外，Ⅳ的热负荷随着挑板宽度的增加而增加．而V的热负荷随着挑板宽度的增加而减小。这是由于挑板宽度的增加使得飘窗的玻璃面积增大。在冬季有利于获得更多的日照得热，但是Ⅳ白勺传热系数较大，随着挑板宽度的增加．多获得的日照热量比温差传热带来的热损失要少，因而热负荷呈上升趋势 而V的传热系数较小，随着挑板宽度的增加，多获得的日照得热量比温差传热多出的热损失要多。因而热负荷呈下降趋势。
同时可以看出，V和、Ⅵ的冬季累计热负荷均远小于I，这是由于V和、Ⅵ的传热系数都较小，由温差传热带来的热损失较小，而挑板宽度的增加使得飘窗的玻璃面积增大，有利于获得更多的日照得热，从而减少了能耗。不过可以看出，当挑板宽度相同是，Ⅳ的热负荷比V要大，并且Ⅵ的热负荷随着挑板宽度的增加而增加。这是因为，虽然、飞的传热系数比V小，但Ⅵ的遮阳系数也较小，随着挑板宽度的增加，Ⅵ比V少损失的热量，与Ⅵ比V少获得的日照得热量相比要小一些，因而当挑板宽度相同时，Ⅵ的热负荷比V要大。而对于Ⅵ自身而言，随着挑板宽度的增加，多获得的日照热量比其它方式多出的热损失要少，因而总热负荷呈上升趋势。
4.2 外窗夏季能耗分析
图3 不同形式外窗的夏季累计冷负荷
从图3不同材质窗给出了Ⅳ、V和Ⅵ在挑板宽度从0.2m~1.0m时的夏季累计冷负荷，以及I、Ⅱ和Ⅲ的夏季累计冷负荷。由于普通窗不像飘窗一样突出墙体，它们与墙体在同一个平面，不存在挑板宽度，图中的I、Ⅱ和Ⅲ的能耗结果为某一定值是一条直线，与挑板宽度的大小无关。而飘窗的能耗则与挑板宽度的大小有关，因而呈斜线形式。
从图中看出，在夏季，Ⅱ与Ⅳ、Ⅲ和V相比，Ⅳ和V的冷负荷无论挑板宽度多少，都比Ⅱ和Ⅲ的冷负荷要大，并且冷负荷随着挑板宽度的增加而加大。这是因为对于使用同种窗体和玻璃材料的平开窗和飘窗，飘窗由于拥有东、南、西三侧玻璃面积，随着挑板宽度的增加，东西两侧的玻璃面积便会增加，因而在炎热的夏季获得了更多的日照得热，从而增加了空调的冷负荷。即使是I的冷负荷也要小于Ⅳ和V。   
同时比较Ⅳ、V和Ⅵ可以发现，当挑板宽度相同时，这三种飘窗的夏季累计冷负荷逐渐减小。尤其是Ⅵ，在挑板宽度相同时，它的冷负荷比Ⅳ要小45％左右，并且它的冷负荷增长率也小于Ⅳ。这是由于Ⅵ的传热系数和遮阳系数较小，从而减少了由温差传热和日照得热带来的冷负荷。并且，Ⅵ与I、Ⅱ相比，当挑板宽度小于0.35m时，Ⅵ的冷负荷比I要小，当挑板宽度小于0.25m时，Ⅵ的冷负荷比Ⅱ要小：  
4.3 外窗年能耗分析
图4给出了Ⅳ、V和Ⅵ在挑板宽度从0.2m-1.0m时的全年累计耗电量，以及I、Ⅱ和Ⅲ的全年累计耗电量。
从图中可以看出全年总计耗电量，Ⅱ与Ⅳ相比，Ⅲ和V比较无论挑板宽度多少，Ⅳ和V的用电量都比Ⅱ和Ⅲ的用电量多，这是由于对于使用同种墙体和玻璃材料的平开窗和飘窗，无沦是夏季还是冬季，飘窗的总负荷比平开窗大，因而飘窗的耗电比平开窗大。同时Ⅳ和V与I比较，当V的挑板宽度小于0.5m时，其耗电量比I少：而当Ⅳ的挑板宽度小于0.65m时，其耗电量也比[少；
按照现阶段夏热冬冷地区建筑节能50％的要求，以I作为原有窗型进行对比，可以看出对于飘窗，只要选择适当的窗材，玻璃及挑板宽度，全年耗电量还是比I少。从图4中分析可知，对于V来说，当挑板宽度为0.2m-0.5m时，其耗电量比I省1.8％—25％：对于Ⅳ当挑板宽度为0.2m-0.65m时，其耗电量比I省9.8％-36％，节能效果是明显的。