淺談建筑外窗節(jié)能設計 350元一平米的斷橋窗圖

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摘要:本文論述了外窗功能對建筑的節(jié)能、空氣質量、熱環(huán)境、聲環(huán)境、光環(huán)境的影響與改善作用，說明了外窗節(jié)能設計的重要性。以供參考。關健詞：建筑能耗；外窗節(jié)能；熱環(huán)境質量

前言

建筑能耗已占社會總能耗的35%，建筑節(jié)能已成為全社會儉約能源的重要組成片面，而建筑外窗的總能耗約占建筑物全部能耗的50%左右。根據(jù)國家現(xiàn)行政策；無論民用建筑還是公共建筑均需要采取節(jié)能措施，也就是說按照節(jié)能建筑去設計、施工和選材。因此，在建筑設計中越來越多的使用到各種類型的節(jié)能窗。同節(jié)令能并不是節(jié)能窗的最終目標，節(jié)能窗理應賦予更多的功能，供給更安好、更舒適、以及更美觀的生活環(huán)境。

1空氣質量

采取有效地通風換氣對確保建筑物內空氣質量至關重要。在通風換氣概念中，通風是根基，換氣是目標。建筑物內更加是居住建筑的居住空間，提倡和推崇自然通風，符合節(jié)能、生態(tài)、健康、環(huán)保的要求。一方面將降低冷熱機械負荷，另一方面可供給嶄新空氣，提高室內空氣質量。窗戶是實現(xiàn)和操縱自然通風最重要的建筑構件，最大程度的響應建筑的要求。

1.1操縱從窗戶進入室內的空氣質量

設計時應采取措施保證窗戶外側進人室內的空氣不受污染。排風窗口和進風窗口在同一建筑立面時，窗戶的進風位置是獲取新風的必經(jīng)通道，也是室內新風的主要來源。

如圖的處理方法是在完善方案的設計階段中，得志功能要求的同時，為防止同一窗口或出氣口排出的廢氣再次被吸入室內，采取在多高層建筑中加大下層排氣口和上層進風口的距離；在同一垂直線方向的窗口中開啟扇或進氣口位置盡量錯開。

還有一種保證室內的空氣不受污染的措施是在窗口或進風口設置過濾裝置，一方面緩解氣流直接進人室內，保證室內空氣流速的舒適性（使室內空氣滾動速度不大0.3m/s。），另一方面阻礙蚊蠅和沙塵等。但這種方式一次性造價稍高。

1.2利用風壓和熱壓提高通風效果

自然通風最根本的動力來自于建筑外圍護布局內外的風壓和熱壓。風壓一般在建筑的迎風面上產(chǎn)生正壓，氣流繞過建筑物側面和后面時那么形成負壓區(qū)。穿堂風是風壓直接作用的結果，有分外好的通風效果，但在冬季熱量損失也分外大。熱壓最主要的特點是熱對流所產(chǎn)生的熱空氣滾動，在室內外空氣溫差所導致的空氣密度差。

熱壓和風壓是相互聯(lián)系共同起作用的，但由于變化因素多，關系對比繁雜，熱壓和風壓之間的關系尚無可循的規(guī)律。

根據(jù)風壓和熱壓的特點，為了有利于新風進人室內，同時又考慮降低能耗，在建筑設計初期就應考慮外窗設計，以便在得志功能、美學的根基上，更科學合理的布置平面和外立面。

2熱環(huán)境質量

應在提高圍護布局的保溫隔熱性能的同時，有效保證室內環(huán)境的舒適度。綜合有關資料室內溫度舒適性范圍冬季為18~24℃，夏季為24~28℃。

2.1窗墻面積比

根據(jù)《公共建筑節(jié)能設計標準》GB50189-2022；《民用建筑節(jié)能設計標準》（采暖居住建筑片面）JGJ26-95；《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》JGJ134-2022；《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》JGJ75-2022，外窗的傳熱系數(shù)限值K〔W/(m2?k）〕依所處城市的氣候分區(qū)不同、窗墻面積比不同而不同。

不同地區(qū)不同朝向的窗墻比不應超過確定的限值，否那么應使用權衡判斷法，判定圍護布局的總體熱工性能是否符合國家規(guī)定的節(jié)能要求：

第一步：計算參照建筑在規(guī)定條件下的冬季圍護布局采暖能耗量指標，將參照建筑冬季圍護布局采暖能耗量指標，作為設計建筑冬季圍護布局采暖能耗量指標限值；其次步：計算設計建筑冬季圍護布局采暖能耗量指標；第三步：將設計建筑冬季圍護布局采暖能耗量指標與能耗量指標限值相對比，調整各朝向窗墻面積比。

公共建筑每個朝向的窗墻面積比均不應大于0.7。當窗墻面積比小于0.4時，玻璃的可見光透射比不應小于0.4。不能得志時務必舉行權衡判斷；屋頂通明片面的面積不應大于屋頂總面積的20%，不能得志時務必舉行權衡判斷，判定圍護布局的總體熱工性能是否符合國家規(guī)定的節(jié)能要求。得志總體熱工性能和其他強制性條文要求，才可以判定為節(jié)能公共建筑設計。

2.2外窗的保溫性

提高建筑外窗的保溫性能只是保證室內熱環(huán)境的必要條件之一，只有結合窗戶的其他功能，如通風換氣、采光、隔聲等，同時與建筑整體的系統(tǒng)節(jié)能聯(lián)系起來考慮，才能構成保證室內熱環(huán)境的充分條件。假設單純提高建筑物的隔熱性能會加重夏季的降溫問題，更加對一些寫字樓、辦公樓類的工程尤其如此。

3聲環(huán)境質量

建筑物外界噪聲主要包括交通噪聲、施工噪聲、工業(yè)噪聲、社會噪聲等，其中交通噪聲所占比例近70%，下表為環(huán)境噪聲音量：

環(huán)境噪音（dB）

深夜30

公園花園40

居室、辦公室50

商場、居民區(qū)、消遣場所60～70

街頭、車站、工業(yè)區(qū)、鬧市70～80

機場、高速馬路、交通分外擁擠道路85～90

《民用建筑隔聲設計模范》GBJ118-88中指出，國際上按一般開窗條件時所作的統(tǒng)一規(guī)定為：室外環(huán)境噪聲（建筑物窗外1m處的噪聲）只能高于室內容許噪聲標準10dB。國內所做的實際測量，測量條件為窗面積1m2，室內吸聲量15m2，開窗時噪聲衰減結果說明室內標準值低于所在區(qū)域10dB。由此說明當室外噪聲在開窗條件下進人室內時，已經(jīng)有10dB的十足噪聲量被建筑物所吸收。

聲波通過外窗的傳播有兩種途徑：第一經(jīng)由空氣直接傳播，即通過窗戶的縫隙和開啟的窗口傳播。其次透過玻璃和窗框的傳播。占窗戶面積80%左右的玻璃構造是采取隔聲措施的主要對象。

如下圖，合理配置的中空玻璃和雙層窗有良好的隔熱性能，同時也有較大的隔聲量。中空玻璃和雙層窗中間的空氣間層的“彈性變形”起到減振作用，空氣間層所產(chǎn)生的隔聲量與空氣間層的厚度有關，一般處境空氣間層厚度大于8cm時，隔聲量值趨于穩(wěn)定，這一點在設計雙層窗時尤為重要。也就是說玻璃的隔音程度是有限的，當玻璃的計權隔聲量大于40dB后，再增加玻璃的厚度或夾層的厚度，Rw值的增大并不顯著，即隔音方面的性能價格比變差。

中空玻璃或雙層窗組成一個振動系統(tǒng)，當其固有頻率與入射聲波頻率一致時發(fā)生共振，隔聲量顯著下降。對人有影響的頻率主要在100-2500Hz，因此為保證對100Hz以上的聲波有足夠的隔聲量，中空玻璃或雙層窗的固有頻率應大于100Hz。玻璃層數(shù)至少兩層，每層玻璃最好不等厚，由于一致厚度的玻璃本身的偶合作用，在臨界頻率時將產(chǎn)生隔聲低谷，一般產(chǎn)生10dB左右的隔聲損失。

同時要提高縫隙處隔聲量，就務必保證各縫隙的密封質量，首先采用溫度變形小、彈性和防老化性能好的密封材料。如三元乙丙和硅橡膠密封材料，其次裁減窗扇處的縫隙長度。由于窗扇處的縫隙和密封布局不同于其他固定片面縫隙的布局，輕易產(chǎn)生氣密漏聲，所以窗扇面積不宜過大，在得志通風換氣和消防要求的條件下，過大面積的窗扇并不利于保溫隔熱和隔聲；另外應增加各種縫隙處的密封道數(shù)。隔熱型材比非隔熱型材和單一材質框扇材料有明顯的隔聲性。

5光環(huán)境質量

照明能耗占建筑總能耗的20%~40%，科學合理的采用自然采光可節(jié)省照明能耗的50%~80%。而且由燈產(chǎn)生的廢熱所引起的冷負荷增加占總能耗的3%~5%。夏季熱輻射光線無遮擋直接進人室內而增加的制冷能耗占室內制冷能耗的50%以上。

5.1通過窗口適度延長自然光照時間可降低能耗

窗戶按照采光所處的位置分為側窗和天窗，民用建筑主要依靠側窗采光。落地窗、陽臺門聯(lián)窗、飄窗、幕墻窗等窗戶面積有越來越大的趨勢，大量窗面積已經(jīng)大于模范所規(guī)定的窗地比和窗墻比的要求。由于采光窗口面積增加，光線的十足獲取量成為主要問題。增加光線在室內進深和使光線平勻分布可以采取以下措施：在進深方向為長度方向的房間盡量采用豎向長方形側窗和高側窗，這兩種側窗對房間的采光進深和采光平勻性方面均優(yōu)于其他方形窗。由于熱循環(huán)對流垂直方向強化特性和風力的垂直分布特性，豎向長方形側窗更有利于熱循環(huán)和自然通風；高側窗那么有利于自然通風和使光線向進深方向延遲。

窗戶上部的反光板設計，可延遲室內深度照明和制止光線直射。在窗戶高于視線的片面設計橫向光線反射裝置，細致優(yōu)化的設計可以為從地板到窗頂距離4倍的房間深處保持平勻的照度；擋板、百頁和其他反射裝置均有程度不同的同樣作用。通過反光獲得的照明光線反射到頂部，使光線延遲到房間深處，而且制止了光線在窗口集中產(chǎn)生的強光和不需要的眩光，雖然裁減了總的光通量，但進人室內的光線更加溫和，照度更加平勻。

5.2科學合理選擇玻璃

建筑玻璃的選擇有多重因素考慮，根本可歸結為外觀顏色選擇、節(jié)能性選擇、舒適性選擇和強度選擇（這里只涉及節(jié)能性和舒適性選擇）。

5.2.1節(jié)能性選擇

建筑玻璃的選擇有多項條件和依據(jù)，但與節(jié)能有關的僅有兩個：遮陽系數(shù)Sc和傳熱系數(shù)K。

遮陽系數(shù)直接反映玻璃對陽光的遮蓋效果，它表達的是玻璃的隔熱性能。Sc高意味著透過玻璃進人室內的太陽輻射熱多，玻璃的隔熱性能差。

傳熱系數(shù)K反映玻璃的溫差傳熱特性，它表達的是玻璃的保溫性能。在一致的室內外溫差下，K值低意味著玻璃因溫差傳熱而傳遞的熱能少，玻璃的保溫性能好。應盡量選擇K值低的玻璃產(chǎn)品。

目前還有一些新型玻璃對節(jié)能也起了很重要的作用，如中空玻璃、凝膠玻璃、格柵玻璃、蜂窩玻璃等。

5.2.2舒適性選擇

舒適性包括自然采光、視線遮擋、隔音性能幾方面。玻璃的透光率直接影響到建筑的室內采光，閱歷說明透光率在40%~50%的范圍內，入眼感覺對比舒適。高透光率的玻璃在為室內帶來亮堂環(huán)境的同時，也會透過較多的太陽輻射熱，因此務必在采光和節(jié)能之間探索平衡點。

建筑物對室外視線遮蓋性的要求來自兩個方面，其一是室內人員的私密性需求，其二是遮蓋內部建筑布局構件的需求。這兩方面的需求對玻璃遮蓋程度的要求不同，能否得志遮蓋需求與建筑環(huán)境、玻璃光學性能、室內外光照強度等因素有關。

對于私密性的需求，玻璃至少應達成白天不易看清室內，這要求玻璃的反射率盡可能的高些，尤其對透光率50％左右的玻璃，其反射率至少應接近30％。透光率低于30％的玻璃根本都能得志這一需求。實際上能否完全遮蓋視線取決于人眼采納到的反射光和透射光孰強孰弱。

5.2.3遮陽措施

窗戶的遮陽是一個古老的話題，最初的作用就是防止過強的陽光直接進人室內，多數(shù)的遮陽同時損失的是良好的視野、充沛的自然光和確定時間（或時期）內陽光的熱量。從室外設置的固定遮陽構件到可調整角度的遮陽裝置（遮陽板、遮陽百葉等），從遮陽