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談建筑節能門窗的功能化趨勢

來源:北京金易格幕墻裝飾工程有限公司　作者:班廣生　日期:2007-4-16 　頁面功能【字體：大中小】【打印】【投稿】【評論】

　　我國正處于經濟高速發展時期，建筑市場也處于令人目不暇接的多元化變革時期。作為建筑必不可少的最普遍的構件之一，建筑門窗應及時的適應并能夠滿足建筑市場的發展需要。自2000年施行《民用建筑節能管理規定》以來，各種類型的節能窗得到迅速推廣和普及，得到了社會的廣泛認同。

　　從目前市場上的產品來看

　　（2）利用風壓和熱壓提高通風效果：

　　自然通風最基本的動力來自于建筑外圍護結構內外的風壓和熱壓。

　　風壓一般在建筑的迎風面上產生正壓，氣流繞過建筑物側面和背面時則形成負壓區。建筑物外部的這種正風壓或負風壓通過建筑圍護結構的窗口開啟部分和風口影響建筑物內部的空氣流動，從而達到通風降溫等目的。風壓變化比較復雜，取決于多種因素，但一般的講，正風壓有最高中心區并有向周邊減弱的趨勢，負壓區變化相對變化比較小。同時在隨建筑物高度風壓有明顯的規律性分布，因此，建筑物迎風面的幾何中心未必是最高風壓區。迎風墻正壓區平均為風壓的76%，中心最高區為95%，側墻為60%，側墻負壓平均－62%，靠上風部分約—70%，下風角部分為－30%，后墻部分平均－65%，靠上風部分－70%，下風處為－50%。穿堂風是風壓直接作用的結果，有非常好的通風效果，但在冬季熱量損失也非常大。

熱壓最主要的特點是熱對流所產生的熱空氣流動，在室內外空氣溫差所導致的空氣密度差和進出氣口的高度差。一種情況是在同一空間由于溫差形成冷熱空氣流動置換，如當室內氣溫高于室外氣溫時，室外空氣較重而通過下位的開口進入室內，并將較輕的室內空氣從相對較高的上位出口排出。另外一種是在垂直空間或垂直方向貫通的空間且上部有開口的情況下形成明顯的“煙囪效應”，即熱空氣從上部排出，新鮮冷空氣由下部進口吸入。熱壓和風壓是相互聯系共同起作用的，但由于變化因素多，相互之間的關系比較復雜，熱壓和風壓之間的關系尚無可循的規律，一般地講，室內進深小的部分可利用風壓通風，進深大的部分則利用熱壓追求通風效果。

作為窗戶利用風壓和熱壓實現自然通風時要明確以下條件：建筑外部的風環境；建筑各外立面的朝向；季節、風速、風向、光線等變化情況；建筑外層的各種熱效應產生的氣流影響，如陽光、墻體熱容量等；建筑物的高度或通風房間在建筑物內所處的位置。

　　根據風壓和熱壓的特點和了解上述條件的基礎上，分三種情況討論窗戶的通風形式：

　　首先是在同一個窗口進行換氣的情況。這是一種傳統通風換氣形式，這種形式換氣效率低，室外新鮮空氣和室內廢污空氣容易混合。窗扇的構造是窗戶中與通風換氣最具直接關系的部分，窗扇的通風換氣設計要考慮導風、排風、調整風速和風量。其中最重要的是掌握風向投射角，既風向投射線與外墻面的法線交角。實驗資料表明：當投射角從0°加大到60°時，風速降低了50%。由此可通過鉸鏈的限位裝置、百葉的開啟角度、窗扇的開啟方向來調整風向、風速和進風量。豎向窗扇更有利于同一窗口的空氣互換。

　　第二種情況是適合于穿堂風的窗型。穿堂風在室內自然通風中至關重要，這種傳統的通風形式在過渡季節和夏季夜晚無空調的房間內穿堂而過所帶給居住者的愜意是對穿堂風最好的詮釋。穿堂風由于進出風不在同一個窗口進行，具有最佳的換氣效果。穿堂風是由于建筑不同方位立面的正負風壓帶動室內空氣流動而形成，所以進風窗口空氣流向幾乎一致，這種窗的開啟扇不易大，開在窗口的上方以內上旋開啟有良好的通風效果。

　　上述兩種通風方式是以直接開啟窗扇達到自然通風的目的，其副作用就是熱量損失，增加建筑能耗負擔，以及空氣夾帶的雜質和蚊蠅進入室內等。冬夏兩季時，室內溫度隨通風迅速變化，夏天冷空氣泄露導致室內升溫，冬天則導致室內熱量迅速和大量散失，室內外空氣流動伴隨的熱量變化是導致能耗的重要原因，大致占建筑能耗的20%左右。考慮到通風時間因素，窗戶的開啟扇往往是即時開啟和關閉的，如果采用有過濾裝置的窗式通風口設計，雖然即時通風效果不明顯，但可持續通風換氣，而且室內溫度遲緩變化，更適應舒適性和健康性的需要。

　　第三種通風形式是在室內外空氣交互時設置緩沖層的過渡，對過渡空氣有組織地控制，即設置可流動的空氣間層。由于空氣緩沖層的存在，窗戶的綜合功能將大為提高。緩沖層構造是一種比較理想的形式。既在室內外之間形成可流動的空氣層，依靠風壓和熱壓調整和緩解進出的空氣。可根據室內外溫度變化相應調整室內溫度。具體形式有雙層窗、封閉的陽臺、室內加活動隔斷等等。

　　為了有利于新風進入室內，同時又考慮降低能耗，在建筑設計初期就應考慮外窗設計，以便更科學合理的獲取平面和外立面的分配和結構。

　　2、熱環境質量

　　應在提高圍護結構的保溫隔熱性能的同時，有效的保證室內環境的舒適度。綜合有關資料，住宅室內溫度舒適性范圍冬季為18℃～24℃之間，夏季24℃～28℃之間。

　　2000年1月1日起施行的《民用建筑節能管理規定》以來，各種形式的節能窗在國內得到了長足的發展。許多地方也制定了相應的地方節能指標。以北京地區為例，北京地區出現的有代表性的數家企業的鋁合金窗產品，經檢測的傳熱系數K值達到2.80～2.68W/m2 K之間，基本配置為隔熱鋁型材、空氣間層為12mm的雙白中空玻璃。

　　將北京地區外窗K值與部分國家的“相當于北京地區采暖渡日數“地區的傳熱系數比較，如表2—2。

國家或地區	北京	加拿大	俄羅斯	北海道	美國	丹麥	瑞典	德國
傳熱系數（W/m2K）	2．8	2．86	2．75	2．33	2．04	2．9	2．0	1．5

　　如果將北京地區K值降低30%—50%，即K值在1．75～2．45W/m2 K之間，那么可以講“已達到國際水平或接近國際先進水平”。2003年3月1日起執行的《全國民用建筑工程設計技術措施——建筑產品選用技術》中所規定的外窗保溫性能指標中，對鋁合金只要求滿足JGJ126—95標準，未明確指標，但對于塑料門窗要求高檔窗為1．5～2．5W/m2 K、中檔窗≤4．5W/m2 K。也就是說，將外窗的節能指標K值降低到1．5～2．5W/m2 K之間是重點努力方向。這個指標相當于即將頒布的新的鋁合金窗標準中的9級（2．5＞K≥2．0 W/m2 K）和10級（2．0＞K≥1．5 W/m2 K）指標。

　　要達到上述指標，從目前國內企業的技術和設備來看是可以滿足的。為滿足上述指標，必須堅持兩個原則。

　　（1）降低組成窗戶的各項材料的導熱系數，特別是框扇和玻璃材料。鋁合金通過與低導熱材料復合技術提高熱阻，如斷熱型材、鋁木復合、木鋁復合、鋁塑復合等等。玻璃則通過與玻璃以及其它透明材料的合成技術、玻璃表面的膜處理技術來降低材料的導熱系數。

　　（2）對各項材料進行結構優化設計和組合。如框扇斷面、框扇與玻璃、框扇與墻體的結構關系要細致研究和設計，在認真分析熱傳遞機理的基礎上把握各種熱傳遞的路徑。

　　僅僅提高建筑外窗的保溫性能僅僅是保證室內的熱環境的必要條件之一，只有結合窗戶的其它功能，如通風換氣、采光、隔聲等，同時與建筑整體的系統節能聯系起來考慮，才能構成保證室內熱環境的充分條件。如單純提高建筑物的隔熱性會加重夏季的降溫問題，特別對一些諸如寫字樓、辦公樓類的項目尤其如此。從平均值來看，提高隔熱性，只能為辦公樓類的建筑提供所需能量的10%，而致力于制冷，能解決10%～20%的能量來源問題。但是產生一千瓦小時的冷氣消耗的初級能源大約是供暖所需能源的三倍，這就意味著制冷所需的能量是供暖的5到10倍。強調北方保溫而忽視夏季時的陽光輻射和換氣制冷是片面的，有資料顯示北京地區夏季時空調負荷高達用電量的37%。北京地區夏季節能的意義由此可見。

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