节能建筑中窗户的节能设计研究

节能建筑中窗户的节能设计研究王重翔,刘宇泽(长安大学建筑学院,陕西西安710061)摘要:由于资源的贫乏、全球的温室效应、大自然被破坏,可持续发展这一话题迅速的渗透进入了各个行业。建筑,作为一个国家总能耗中占有极大比例的行业节能节地类型的建筑的研究和发展已经迫在眉睫。而窗户节能是建筑节能的关键,窗户既是能源得失的敏感部位,又关系到采光、通风、隔声、立面造型,这就对窗户的节能提出了更高的要求。关键字:节能节能窗热损失能耗玻璃中图分类号:TE08文献标识码:A文章编号1.节能建筑1973年发生的世界能源危机迫使全社会、征服机构重视能耗问题。而建筑能耗在一个国家的总能耗中占有很大的比例,例如我国的建筑能耗是总能耗的30%左右,而欧美等发达国家,建筑能耗是总能耗的42%到47%之间。为了应对能源危机,各国都是努力降低建筑能耗,因而产生了节能建筑节能建筑的定义是:节能建筑是以满足建筑热环境和保护人居环境为目的,通过建筑设计手段及改善建筑围护结构的热工功能,充分利用非常规能源,使建筑达到可持续的发展。2.窗户在建筑中的作用及地位窗户,在建筑学上是指在墙或者屋顶上建造的洞口,用以使光线、热量或者空气进入室内。所以,窗户是建筑内环境与外环境交流的重要途径,它主要具有采光、通风的作用,并且以这些途径来改变室内微气候。窗户在建筑中,它是热渗透的主要途径,其热量损失是墙体的三倍以上,所以做好窗户的节能设计就显得尤为重要也更具有意义3.窗的节能措施中国煤化工3.1合理确定窗墙比CNMHG窗墙比是指窗户洞口面积与立面单元面积的比值,数值的大小对房间内的热损失有着重要的影响。在冬季采暖季节,由于窗玻璃具有的透明性,在太阳辐射作用下,可使建筑物获得一定的得热量,使维护结构的热损失减少。因此,该合理确定窗墙比的数值,使窗户的各项功能得以充分发挥。在满足室内采光、通风等要求的基础上,不同朝向的窗墙比应该满足《民用建筑节能设计标准》(JGJ2695)的要求,即“北向0.25,东向0.3,南向0.35”3.2提高气密性减少渗透损失在建筑结构中,门窗的缝隙是冷风渗透的主要通道。我国多数门窗的气密性都较差,在风压和热压的作用下,冬季室外冷空气通过门窗缝隙进入室内,会增大门窗的热损失。减少由缝隙渗透的冷空气量,应合理选择窗户的结构,减少窗与框、扇与玻璃间的缝隙,对所存在的缝隙,应采用相应的措施,如在缝隙中镶密封条、在窗框与墙间的缝隙中用保温砂浆等材料填充密封等,可使渗入的冷空气量大为减少,提高其气密性。3.3减少传热量通过对建筑节能试点工程门窗热工性能的测定分析可知,外窗的传热耗热量约占维护结构总耗热量的40%以上,而单层玻璃窗能耗是相同面积240砖墙的3.4倍,是节能墙体的5.6倍,所以应加大节能窗的推广力度。对新建住宅应推广使用双玻璃塑钢窗或中空玻璃等新型节能窗。对既有建筑应逐步将原来的木窗、钢窗改为双层玻璃塑钢窗。如采用单框双玻璃塑钢窗,窗的传热系数可由原来的6.4W/m2K降到3.0w/m3K,热工性能大为提高,同时也具备气密性高、隔音性能好的特点。根据国内外应用经验,双层玻璃钢窗是目前较为理想的选择。在条件具备的情况下,推广使用前面提到的新型节能窗,节能效果将会更加明显。4.节能窗类型4.1中空玻璃节能窗普通的中空玻璃窗是由两层多层平板玻璃构成,四周用高强度气密性的复合粘合剂将两片或多片玻璃与铝条或橡胶条粘合,在密封玻璃之间的空隙处充入惰性气体,用以获得良好的保温、隔热及隔音性能中国煤化工镀膜中空玻璃作为中空玻璃窗的一种类型,具有yHiCNMHG他是采用热反射或吸热镀膜玻璃以及由低辐射镀膜玻璃组成的中空玻璃。通过保温性能测试,采用低辐射镀膜玻璃组成的真空玻璃,其传热系数大为减小。与普通真空玻璃相比较,可节能10%。密封中空玻璃构件是国际上流行的第二代产品,其密封空间内装有一定量的干燥剂,在寒冷季节,密封空间内的玻璃表面虽然温度较低,但仍可不低于其中干燥空气的露点温度。这样就可以避免玻璃表面结露,从而保证了窗户的洁净和透明度。而由于密封空间密闭及静止的空气层的存在,使其具有极为稳定的热工性能,保温效果良好4.2塑铝窗塑铝窗即为保温节能铝合金窗。它和普通铝合金窗的区别在于在塑铝窗的铝合金型材内注入一条PU树脂,以此将铝窗型材分离形成断桥,来阻止热量的传递。此种节能窗既有铝金属材料的高强度,又有塑料绝热的特点,具有非常好的隔热节能效果4.3玻璃钢节能窗玻璃钢窗是新一代绿色环保型节能窗,它是由新型复合材料制成窗框架,既有钢、铝等金属材料的坚固性,又有塑钢门窗的保温、防腐、节能的特性,且美观、耐用。其使用寿命为50年,与建筑物基本相同,是近期及中远期满足建筑节能标准的节能材料,已被国家列入《当前国家重点鼓励发展的产品、产业和技术目录》。4.4平开真空玻璃塑铝框保温窗真空玻璃是在两层玻璃中抽真空,两块玻璃四周用特殊材料烧溶密封而成。它基本上消除了玻璃间气体对流及导热的热量传递,其保温性、密封性和耐久性优良。采用真空玻璃制成的平开镀塑铝框保温窗属于一种新产品,目前仍在试验阶段。与双层玻璃窗相比,采用真空玻璃后,窗户的传热耗热量占总耗热量的比便由原来的20.37%下降到13%,与采用中空玻璃相比较,这一比例由原来的15%下降到13.0‰。当真空玻璃采用低辐射膜后,窗户的保温性能大大提高,节能效果更加明显4.5双层皮玻璃幕墙中国煤化工CNMHG双层皮玻璃幕墙有多种形式,但其基本构造为双层玻璃间有空气层,间距从几厘米到几米不等。玻璃幕墙作为建筑表皮可以应用于建筑的整体或者局部。幕墙主体玻璃层大多为双层的绝热玻璃,有的只是承重墙体或者幕墙的一部分;另一种通常是安装在主体玻璃层内部或者外部的单层玻璃,也可能是传统墙体立面的局部或者像拱廊帐篷一样覆盖在数层楼的外表面。但无论如何组合两层玻璃其目的都是让空气间层对建筑结构主体起到保护作用——主要是抵御极端气候和隔绝噪声。下面做简单的分析双层皮玻璃幕墙在冬季和夏季的工作方式夏季由图1可见,当夏季的时候,我们需要降低室内的温度。这时将外层窗户的上下两部分打开,热空气就会从上面流出,而温度较低的空气则从下面补充进来,而由于太阳照射加热两层玻璃中间的区域,被加热的空气又会从上面排出,这样就形成了一个外循环,使温度较低的空气不断的补充进来,带走一定的室内温度。冬季由图1可见,当冬季的时候,我们需要升高室内的温度。这时将内层窗户的上下两部分打开,热空气就会从下往上循环,温度较高的空气从上面的开缝中溢出,这时候温度较低的空气就会从下面补充进玻璃中,太阳不停加热这部分的空使不断的进行室内的空气循环,提高室内温度较热的空气牧热的空温度低的空气在此处被加热温度低的空气在此处被加热牧冷的空气较冷的空气图1双层皮玻璃幕墙在夏季和冬季的工作方式示意(图片来源:作者绘制)5小结门窗的保温节能对改善建筑环境、降低建筑能耗起着极为关键的作用,因地制宜的研发推广保温性能好、节能效率高的新型节能窗,将会推广我国建筑节能技术的加速发展,并对生态环境的改善产生积极的影响。参考文献中国煤化工CNMHG[]节能窗技术,涂逢祥,建筑出版社,2003[2]朱文鹏,节能窗的研究与应用,建筑技术2001,(10)637-6753]建筑节能技术,涂逢祥,中国计划出版社,1996作者简介:王重翔(1988—),男,长安大学建筑学院2011级硕士研究生,主要从事建筑设计及其理论专业研究。中国煤化工CNMHG