節(jié)能建筑中窗戶的節(jié)能設(shè)計研究王重翔,劉宇澤(長安大學(xué)建筑學(xué)院,陜西西安710061)摘要:由于資源的貧乏、全球的溫室效應(yīng)、大自然被破壞,可持續(xù)發(fā)展這一話題迅速的滲透進入了各個行業(yè)。建筑,作為一個國家總能耗中占有極大比例的行業(yè)節(jié)能節(jié)地類型的建筑的研究和發(fā)展已經(jīng)迫在眉睫。而窗戶節(jié)能是建筑節(jié)能的關(guān)鍵,窗戶既是能源得失的敏感部位,又關(guān)系到采光、通風(fēng)、隔聲、立面造型,這就對窗戶的節(jié)能提出了更高的要求。關(guān)鍵字:節(jié)能節(jié)能窗熱損失能耗玻璃中圖分類號:TE08文獻標識碼:A文章編號1.節(jié)能建筑1973年發(fā)生的世界能源危機迫使全社會、征服機構(gòu)重視能耗問題。而建筑能耗在一個國家的總能耗中占有很大的比例,例如我國的建筑能耗是總能耗的30%左右,而歐美等發(fā)達國家,建筑能耗是總能耗的42%到47%之間。為了應(yīng)對能源危機,各國都是努力降低建筑能耗,因而產(chǎn)生了節(jié)能建筑節(jié)能建筑的定義是:節(jié)能建筑是以滿足建筑熱環(huán)境和保護人居環(huán)境為目的,通過建筑設(shè)計手段及改善建筑圍護結(jié)構(gòu)的熱工功能,充分利用非常規(guī)能源,使建筑達到可持續(xù)的發(fā)展。2.窗戶在建筑中的作用及地位窗戶,在建筑學(xué)上是指在墻或者屋頂上建造的洞口,用以使光線、熱量或者空氣進入室內(nèi)。所以,窗戶是建筑內(nèi)環(huán)境與外環(huán)境交流的重要途徑,它主要具有采光、通風(fēng)的作用,并且以這些途徑來改變室內(nèi)微氣候。窗戶在建筑中,它是熱滲透的主要途徑,其熱量損失是墻體的三倍以上,所以做好窗戶的節(jié)能設(shè)計就顯得尤為重要也更具有意義3.窗的節(jié)能措施中國煤化工3.1合理確定窗墻比CNMHG窗墻比是指窗戶洞口面積與立面單元面積的比值,數(shù)值的大小對房間內(nèi)的熱損失有著重要的影響。在冬季采暖季節(jié),由于窗玻璃具有的透明性,在太陽輻射作用下,可使建筑物獲得一定的得熱量,使維護結(jié)構(gòu)的熱損失減少。因此,該合理確定窗墻比的數(shù)值,使窗戶的各項功能得以充分發(fā)揮。在滿足室內(nèi)采光、通風(fēng)等要求的基礎(chǔ)上,不同朝向的窗墻比應(yīng)該滿足《民用建筑節(jié)能設(shè)計標準》(JGJ2695)的要求,即“北向0.25,東向0.3,南向0.35”3.2提高氣密性減少滲透損失在建筑結(jié)構(gòu)中,門窗的縫隙是冷風(fēng)滲透的主要通道。我國多數(shù)門窗的氣密性都較差,在風(fēng)壓和熱壓的作用下,冬季室外冷空氣通過門窗縫隙進入室內(nèi),會增大門窗的熱損失。減少由縫隙滲透的冷空氣量,應(yīng)合理選擇窗戶的結(jié)構(gòu),減少窗與框、扇與玻璃間的縫隙,對所存在的縫隙,應(yīng)采用相應(yīng)的措施,如在縫隙中鑲密封條、在窗框與墻間的縫隙中用保溫砂漿等材料填充密封等,可使?jié)B入的冷空氣量大為減少,提高其氣密性。3.3減少傳熱量通過對建筑節(jié)能試點工程門窗熱工性能的測定分析可知,外窗的傳熱耗熱量約占維護結(jié)構(gòu)總耗熱量的40%以上,而單層玻璃窗能耗是相同面積240磚墻的3.4倍,是節(jié)能墻體的5.6倍,所以應(yīng)加大節(jié)能窗的推廣力度。對新建住宅應(yīng)推廣使用雙玻璃塑鋼窗或中空玻璃等新型節(jié)能窗。對既有建筑應(yīng)逐步將原來的木窗、鋼窗改為雙層玻璃塑鋼窗。如采用單框雙玻璃塑鋼窗,窗的傳熱系數(shù)可由原來的6.4W/m2K降到3.0w/m3K,熱工性能大為提高,同時也具備氣密性高、隔音性能好的特點。根據(jù)國內(nèi)外應(yīng)用經(jīng)驗,雙層玻璃鋼窗是目前較為理想的選擇。在條件具備的情況下,推廣使用前面提到的新型節(jié)能窗,節(jié)能效果將會更加明顯。4.節(jié)能窗類型4.1中空玻璃節(jié)能窗普通的中空玻璃窗是由兩層多層平板玻璃構(gòu)成,四周用高強度氣密性的復(fù)合粘合劑將兩片或多片玻璃與鋁條或橡膠條粘合,在密封玻璃之間的空隙處充入惰性氣體,用以獲得良好的保溫、隔熱及隔音性能中國煤化工鍍膜中空玻璃作為中空玻璃窗的一種類型,具有yHiCNMHG他是采用熱反射或吸熱鍍膜玻璃以及由低輻射鍍膜玻璃組成的中空玻璃。通過保溫性能測試,采用低輻射鍍膜玻璃組成的真空玻璃,其傳熱系數(shù)大為減小。與普通真空玻璃相比較,可節(jié)能10%。密封中空玻璃構(gòu)件是國際上流行的第二代產(chǎn)品,其密封空間內(nèi)裝有一定量的干燥劑,在寒冷季節(jié),密封空間內(nèi)的玻璃表面雖然溫度較低,但仍可不低于其中干燥空氣的露點溫度。這樣就可以避免玻璃表面結(jié)露,從而保證了窗戶的潔凈和透明度。而由于密封空間密閉及靜止的空氣層的存在,使其具有極為穩(wěn)定的熱工性能,保溫效果良好4.2塑鋁窗塑鋁窗即為保溫節(jié)能鋁合金窗。它和普通鋁合金窗的區(qū)別在于在塑鋁窗的鋁合金型材內(nèi)注入一條PU樹脂,以此將鋁窗型材分離形成斷橋,來阻止熱量的傳遞。此種節(jié)能窗既有鋁金屬材料的高強度,又有塑料絕熱的特點,具有非常好的隔熱節(jié)能效果4.3玻璃鋼節(jié)能窗玻璃鋼窗是新一代綠色環(huán)保型節(jié)能窗,它是由新型復(fù)合材料制成窗框架,既有鋼、鋁等金屬材料的堅固性,又有塑鋼門窗的保溫、防腐、節(jié)能的特性,且美觀、耐用。其使用壽命為50年,與建筑物基本相同,是近期及中遠期滿足建筑節(jié)能標準的節(jié)能材料,已被國家列入《當前國家重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)和技術(shù)目錄》。4.4平開真空玻璃塑鋁框保溫窗真空玻璃是在兩層玻璃中抽真空,兩塊玻璃四周用特殊材料燒溶密封而成。它基本上消除了玻璃間氣體對流及導(dǎo)熱的熱量傳遞,其保溫性、密封性和耐久性優(yōu)良。采用真空玻璃制成的平開鍍塑鋁框保溫窗屬于一種新產(chǎn)品,目前仍在試驗階段。與雙層玻璃窗相比,采用真空玻璃后,窗戶的傳熱耗熱量占總耗熱量的比便由原來的20.37%下降到13%,與采用中空玻璃相比較,這一比例由原來的15%下降到13.0‰。當真空玻璃采用低輻射膜后,窗戶的保溫性能大大提高,節(jié)能效果更加明顯4.5雙層皮玻璃幕墻中國煤化工CNMHG雙層皮玻璃幕墻有多種形式,但其基本構(gòu)造為雙層玻璃間有空氣層,間距從幾厘米到幾米不等。玻璃幕墻作為建筑表皮可以應(yīng)用于建筑的整體或者局部。幕墻主體玻璃層大多為雙層的絕熱玻璃,有的只是承重墻體或者幕墻的一部分;另一種通常是安裝在主體玻璃層內(nèi)部或者外部的單層玻璃,也可能是傳統(tǒng)墻體立面的局部或者像拱廊帳篷一樣覆蓋在數(shù)層樓的外表面。但無論如何組合兩層玻璃其目的都是讓空氣間層對建筑結(jié)構(gòu)主體起到保護作用——主要是抵御極端氣候和隔絕噪聲。下面做簡單的分析雙層皮玻璃幕墻在冬季和夏季的工作方式夏季由圖1可見,當夏季的時候,我們需要降低室內(nèi)的溫度。這時將外層窗戶的上下兩部分打開,熱空氣就會從上面流出,而溫度較低的空氣則從下面補充進來,而由于太陽照射加熱兩層玻璃中間的區(qū)域,被加熱的空氣又會從上面排出,這樣就形成了一個外循環(huán),使溫度較低的空氣不斷的補充進來,帶走一定的室內(nèi)溫度。冬季由圖1可見,當冬季的時候,我們需要升高室內(nèi)的溫度。這時將內(nèi)層窗戶的上下兩部分打開,熱空氣就會從下往上循環(huán),溫度較高的空氣從上面的開縫中溢出,這時候溫度較低的空氣就會從下面補充進玻璃中,太陽不停加熱這部分的空使不斷的進行室內(nèi)的空氣循環(huán),提高室內(nèi)溫度較熱的空氣牧熱的空溫度低的空氣在此處被加熱溫度低的空氣在此處被加熱牧冷的空氣較冷的空氣圖1雙層皮玻璃幕墻在夏季和冬季的工作方式示意(圖片來源:作者繪制)5小結(jié)門窗的保溫節(jié)能對改善建筑環(huán)境、降低建筑能耗起著極為關(guān)鍵的作用,因地制宜的研發(fā)推廣保溫性能好、節(jié)能效率高的新型節(jié)能窗,將會推廣我國建筑節(jié)能技術(shù)的加速發(fā)展,并對生態(tài)環(huán)境的改善產(chǎn)生積極的影響。參考文獻中國煤化工CNMHG[]節(jié)能窗技術(shù),涂逢祥,建筑出版社,2003[2]朱文鵬,節(jié)能窗的研究與應(yīng)用,建筑技術(shù)2001,(10)637-6753]建筑節(jié)能技術(shù),涂逢祥,中國計劃出版社,1996作者簡介:王重翔(1988—),男,長安大學(xué)建筑學(xué)院2011級碩士研究生,主要從事建筑設(shè)計及其理論專業(yè)研究。中國煤化工CNMHG