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谈建筑节能门窗的功能化趋势

来源:北京金易格幕墙装饰工程有限公司　作者:班广生　日期:2007-4-16 　页面功能【字体：大中小】【打印】【投稿】【评论】

　　我国正处于经济高速发展时期，建筑市场也处于令人目不暇接的多元化变革时期。作为建筑必不可少的最普遍的构件之一，建筑门窗应及时的适应并能够满足建筑市场的发展需要。自2000年施行《民用建筑节能管理规定》以来，各种类型的节能窗得到迅速推广和普及，得到了社会的广泛认同。

　　从目前市场上的产品来看

　　（2）利用风压和热压提高通风效果：

　　自然通风最基本的动力来自于建筑外围护结构内外的风压和热压。

　　风压一般在建筑的迎风面上产生正压，气流绕过建筑物侧面和背面时则形成负压区。建筑物外部的这种正风压或负风压通过建筑围护结构的窗口开启部分和风口影响建筑物内部的空气流动，从而达到通风降温等目的。风压变化比较复杂，取决于多种因素，但一般的讲，正风压有最高中心区并有向周边减弱的趋势，负压区变化相对变化比较小。同时在随建筑物高度风压有明显的规律性分布，因此，建筑物迎风面的几何中心未必是最高风压区。迎风墙正压区平均为风压的76%，中心最高区为95%，侧墙为60%，侧墙负压平均－62%，靠上风部分约—70%，下风角部分为－30%，后墙部分平均－65%，靠上风部分－70%，下风处为－50%。穿堂风是风压直接作用的结果，有非常好的通风效果，但在冬季热量损失也非常大。

热压最主要的特点是热对流所产生的热空气流动，在室内外空气温差所导致的空气密度差和进出气口的高度差。一种情况是在同一空间由于温差形成冷热空气流动置换，如当室内气温高于室外气温时，室外空气较重而通过下位的开口进入室内，并将较轻的室内空气从相对较高的上位出口排出。另外一种是在垂直空间或垂直方向贯通的空间且上部有开口的情况下形成明显的“烟囱效应”，即热空气从上部排出，新鲜冷空气由下部进口吸入。热压和风压是相互联系共同起作用的，但由于变化因素多，相互之间的关系比较复杂，热压和风压之间的关系尚无可循的规律，一般地讲，室内进深小的部分可利用风压通风，进深大的部分则利用热压追求通风效果。

作为窗户利用风压和热压实现自然通风时要明确以下条件：建筑外部的风环境；建筑各外立面的朝向；季节、风速、风向、光线等变化情况；建筑外层的各种热效应产生的气流影响，如阳光、墙体热容量等；建筑物的高度或通风房间在建筑物内所处的位置。

　　根据风压和热压的特点和了解上述条件的基础上，分三种情况讨论窗户的通风形式：

　　首先是在同一个窗口进行换气的情况。这是一种传统通风换气形式，这种形式换气效率低，室外新鲜空气和室内废污空气容易混合。窗扇的构造是窗户中与通风换气最具直接关系的部分，窗扇的通风换气设计要考虑导风、排风、调整风速和风量。其中最重要的是掌握风向投射角，既风向投射线与外墙面的法线交角。实验资料表明：当投射角从0°加大到60°时，风速降低了50%。由此可通过铰链的限位装置、百叶的开启角度、窗扇的开启方向来调整风向、风速和进风量。竖向窗扇更有利于同一窗口的空气互换。

　　第二种情况是适合于穿堂风的窗型。穿堂风在室内自然通风中至关重要，这种传统的通风形式在过渡季节和夏季夜晚无空调的房间内穿堂而过所带给居住者的惬意是对穿堂风最好的诠释。穿堂风由于进出风不在同一个窗口进行，具有最佳的换气效果。穿堂风是由于建筑不同方位立面的正负风压带动室内空气流动而形成，所以进风窗口空气流向几乎一致，这种窗的开启扇不易大，开在窗口的上方以内上旋开启有良好的通风效果。

　　上述两种通风方式是以直接开启窗扇达到自然通风的目的，其副作用就是热量损失，增加建筑能耗负担，以及空气夹带的杂质和蚊蝇进入室内等。冬夏两季时，室内温度随通风迅速变化，夏天冷空气泄露导致室内升温，冬天则导致室内热量迅速和大量散失，室内外空气流动伴随的热量变化是导致能耗的重要原因，大致占建筑能耗的20%左右。考虑到通风时间因素，窗户的开启扇往往是即时开启和关闭的，如果采用有过滤装置的窗式通风口设计，虽然即时通风效果不明显，但可持续通风换气，而且室内温度迟缓变化，更适应舒适性和健康性的需要。

　　第三种通风形式是在室内外空气交互时设置缓冲层的过渡，对过渡空气有组织地控制，即设置可流动的空气间层。由于空气缓冲层的存在，窗户的综合功能将大为提高。缓冲层构造是一种比较理想的形式。既在室内外之间形成可流动的空气层，依靠风压和热压调整和缓解进出的空气。可根据室内外温度变化相应调整室内温度。具体形式有双层窗、封闭的阳台、室内加活动隔断等等。

　　为了有利于新风进入室内，同时又考虑降低能耗，在建筑设计初期就应考虑外窗设计，以便更科学合理的获取平面和外立面的分配和结构。

　　2、热环境质量

　　应在提高围护结构的保温隔热性能的同时，有效的保证室内环境的舒适度。综合有关资料，住宅室内温度舒适性范围冬季为18℃～24℃之间，夏季24℃～28℃之间。

　　2000年1月1日起施行的《民用建筑节能管理规定》以来，各种形式的节能窗在国内得到了长足的发展。许多地方也制定了相应的地方节能指标。以北京地区为例，北京地区出现的有代表性的数家企业的铝合金窗产品，经检测的传热系数K值达到2.80～2.68W/m2 K之间，基本配置为隔热铝型材、空气间层为12mm的双白中空玻璃。

　　将北京地区外窗K值与部分国家的“相当于北京地区采暖渡日数“地区的传热系数比较，如表2—2。

国家或地区	北京	加拿大	俄罗斯	北海道	美国	丹麦	瑞典	德国
传热系数（W/m2K）	2．8	2．86	2．75	2．33	2．04	2．9	2．0	1．5

　　如果将北京地区K值降低30%—50%，即K值在1．75～2．45W/m2 K之间，那么可以讲“已达到国际水平或接近国际先进水平”。2003年3月1日起执行的《全国民用建筑工程设计技术措施——建筑产品选用技术》中所规定的外窗保温性能指标中，对铝合金只要求满足JGJ126—95标准，未明确指标，但对于塑料门窗要求高档窗为1．5～2．5W/m2 K、中档窗≤4．5W/m2 K。也就是说，将外窗的节能指标K值降低到1．5～2．5W/m2 K之间是重点努力方向。这个指标相当于即将颁布的新的铝合金窗标准中的9级（2．5＞K≥2．0 W/m2 K）和10级（2．0＞K≥1．5 W/m2 K）指标。

　　要达到上述指标，从目前国内企业的技术和设备来看是可以满足的。为满足上述指标，必须坚持两个原则。

　　（1）降低组成窗户的各项材料的导热系数，特别是框扇和玻璃材料。铝合金通过与低导热材料复合技术提高热阻，如断热型材、铝木复合、木铝复合、铝塑复合等等。玻璃则通过与玻璃以及其它透明材料的合成技术、玻璃表面的膜处理技术来降低材料的导热系数。

　　（2）对各项材料进行结构优化设计和组合。如框扇断面、框扇与玻璃、框扇与墙体的结构关系要细致研究和设计，在认真分析热传递机理的基础上把握各种热传递的路径。

　　仅仅提高建筑外窗的保温性能仅仅是保证室内的热环境的必要条件之一，只有结合窗户的其它功能，如通风换气、采光、隔声等，同时与建筑整体的系统节能联系起来考虑，才能构成保证室内热环境的充分条件。如单纯提高建筑物的隔热性会加重夏季的降温问题，特别对一些诸如写字楼、办公楼类的项目尤其如此。从平均值来看，提高隔热性，只能为办公楼类的建筑提供所需能量的10%，而致力于制冷，能解决10%～20%的能量来源问题。但是产生一千瓦小时的冷气消耗的初级能源大约是供暖所需能源的三倍，这就意味着制冷所需的能量是供暖的5到10倍。强调北方保温而忽视夏季时的阳光辐射和换气制冷是片面的，有资料显示北京地区夏季时空调负荷高达用电量的37%。北京地区夏季节能的意义由此可见。

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