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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

　　3、声环境质量

    建筑物外界噪声主要包括交通噪声、施工噪声、工业噪声、社会噪声等，其中交通噪声所占比列最大，近70%。

　　GB标准中的检测单值用计权隔声量，是将已测得的构件空气声隔声量频率特性曲线与规定的相应参考曲线进行比较而得出的单值评价量，用Rw表示。外窗的隔声性能则是指经空气传到窗户外表面的噪声经窗的反射、吸收和其它能量转化后的减少量，称有效隔声量。《民用建筑隔声设计规范》中指出：国际上按一般开窗条件时所做的统一规定：室外环境噪声（建筑物窗外1m处的噪声级）只能高于室内容许噪声标准10 dB dB。国内所做的实际测量开窗时噪声衰减结果（测量条件为窗面积1㎡，室内吸声量15㎡）表明室内标准值低于所在区域10 dB。由此表明，当室外噪声在开窗条件下进入室内，已经有10 dB的绝对噪声量被建筑物本身吸收了。

　　建筑外窗防噪主要是防止外部环境噪声对建筑物内人的影响。

　　声波在外窗中的传播有两种途径：

　　（1）经由空气直接传播，即通过窗户的缝隙和开启的窗口中传播。窗户的缝隙包括：开启扇与横竖梃和边框、玻璃和框之间、窗框与副框或结构洞口之间的缝隙。

　　（2）透过玻璃和窗框的传播。经由空气传播的声音遇到玻璃和窗框时，在声波的作用下，玻璃和框受到激发而产生震动，使声音透过而传到室内。

　　占窗户面积80%左右的玻璃构造是采取隔声措施的主要对象。玻璃隔声遵循质量定律，即玻璃的单位质量越大，隔声效果越好。一般质量或频率每增加一倍，隔声量增加6dB。另外当玻璃由于入射声波引起的自身振动波与后续入射声波相偶合时，隔声量会大幅度下降，称为偶合效应。在选择单片玻璃时要考虑质量定律和偶合效应对单片玻璃隔声性的影响。

　　合理配置的中空玻璃和双层窗有良好的隔热性能，同时也有较大的隔声量。中空玻璃和双层窗中间的空气间层的“弹性变形”起到减振作用，空气间层所产生的隔声量与空气间层的厚度有关，一般情况空气间层厚度＞8cm时，隔声量值趋于稳定，这一点在设计双层窗时尤为重要。控制双层窗之间窗樘距离＞8cm、同时内外层之间窗樘表面做吸声处理，如多孔和微孔材料。双层窗的内外层开启扇尽量错开，即使开启时也能使声波衰减。

　　中空玻璃和双层窗组成一个振动系统，当其固有频率与入射声波频率相同时，发生共振，隔声量显著下降。对人有影响的频率主要在100～2500Hz之间，因此为保证对100Hz以上的声波有足够的隔声量，中空玻璃或双层窗的固有频率应小于100/场2Hz。两层玻璃不平行，可降低固有频率，减少共振。

　　中空玻璃和双层窗的玻璃层数至少2层以上，每层玻璃不应等厚，相同厚度的玻璃本身的偶合作用，在临界频率时将产生隔声低谷。一般产生10dB左右的隔声损失。

    隔热型材，无论是穿条式、注胶式或PU材料发泡式，都比非隔热型材和单一材质的框扇材料有明显的隔声性。其断面结构形式符合上述质量定律、偶合效应和共振作用的原理。

    要提高缝隙处隔声量，就必须保证各缝隙的密封质量，首先采用温度变形少、弹性和防老化性能好的密封条材料，如目前市场上有的三元乙丙和硅橡胶条密封材料；其次减少窗扇处的缝隙长度，由于窗扇处的缝隙和密封结构不同于其它固定部分缝隙的结构，容易产生气密性漏声，所以窗扇面积不易过大，在满足通风换气和消防的的条件下，过大面积的窗扇并不利于保温隔热和隔声；另外应增加各种缝隙处的密封道数，如2～3道密封结构。

　　对窗户本身的隔声设计是一项细致周密的工作，这项工作的意义在于如果前期忽略了窗户的隔声设计，建筑在使用后再在其它方面采用隔声手段或其它噪声衰减措施来补救，代价往往是昂贵的。

　　4、光环境质量

　　室内照明采用天然光线能形成比人工照明更健康的工作和生活环境，有资料表明：75%的办公室及工厂人员认为天然采光比人工光源的照明质量高；90%以上的人员愿意在有窗户和与自然有交流的室内工作和生活；可使工作效率提高15%。

　　另一方面能够节省电力消耗和其它相关能耗。近几年由于人工光源向节能型发展，照明能耗占建筑总能耗的20%～40%，科学合理的采用天然采光可节省照明能耗的50%～80%；而且，由灯产生的废热所引起的冷负荷增加占总能耗的3%～5%；夏季热辐射光线无遮蔽的直接进入室内而增加的制冷能耗占制冷能耗的50%以上。

　　天然采光通过窗口将日光引入建筑内部，并经过窗口和建筑构造的各种方式形成光线在建筑物内部的分配，从而达到光线强度、光线分布以及视觉的舒适程度。光是辐射线的一种，其中光辐射和热辐射的波长不同，所以从节能的角度改善窗户的采光性的思路在于：保证充分的光辐射，根据需要调控热辐射量，达到室内适度的照明度和照明度均匀分布状态的舒适性目标。

　　建筑外窗的设置满足充分利用天然光资源的需要，根据不同光气候区的要求确定室内采光系数及窗地面积比”，“合理选用建筑外窗玻璃”，“利用遮光板或反射板对入射太阳光进行调节”。

　（1）引入适度天然光线，延长天然采光照明时间，降低人工照明能耗：

　　窗户按照采光所处的位置分为侧窗和天窗，民用建筑主要依靠侧窗采光。由于窗户节能技术的发展，落地窗、阳台门联窗、飘窗、幕墙窗等窗户面积有越来越大的趋势，许多窗面积已经大于规范所规定的窗地比和窗墙比的要求。

　　由于采光窗口面积增加，光线的绝对获取量不成为主要问题。使光线在室内进深增加和光线均匀分布有以下措施：

　　在进深方向为长度方向的房间尽量采用竖向长方形侧窗和高侧窗，在最广泛采用的各种方型侧窗中同比，竖向长方形侧窗和高位侧窗在房间的采光进深和采光均匀性均优于其它方型窗型。由于热循环对流垂直方向强化特性和风力的垂直分布特性，竖向长方形侧窗更利于热循环和自然通风。高侧窗则利于自然通风和使光线向进深方向延伸（如图4—1、图4—2）。这两种窗型符合目前为了提高居住建筑的经济性而加大房屋进深的趋势。

　　　　在窗口上部的反光板设计可延深室内深度照明和避免光线直射。在窗户的高于视线的部分设计横向光线反射装置，细致优化的设计可以为从地板到窗顶距离的4倍的房间深处保持均匀的照度；档板、百叶和其它反射装置有程度不同的同样作用。通过反光获得的照明光线反射到顶部，使光线延伸到房间深处，而且避免了光线在窗口集中产生的强光和不需要的眩光，虽然减少了总的光通量，但进入室内的光线更加柔和，照度更均。

　（2）科学合理选择玻璃：

　　玻璃的出现已有2060多年的历史了，最早用在建筑上的例子是欧洲的教堂，早期的玻璃由于杂质的存在并不透明，反而被宗教利用拼成赋予宗教内容的彩窗。玻璃是窗户中难以替代的最重要的材料，虽然玻璃技术的发展提供了许多选择，但是将采光为主的玻璃放到多种功能要求的窗户中，问题并不简单。玻璃对节能的贡献不容忽视，玻璃的节能归根到底离不开玻璃本身所具有的反射、透射、散射以及聚光特性。利用特殊的光线反射、散射、折射和聚光系统对室内光线的均匀分布、避免阳光眩光、防止热辐射将起重大作用。

　　提供昼间照明的可见光被容许进入窗户，而其它波长的光如红外线（0.8～3μm）和紫外线（<0.38μm）被反射，因此在减少多余热量和有害紫外线的同时仍保留了自然光的益处。如夹层玻璃和吸热玻璃对紫外线有良好的阻挡功能，减少了紫外线对室内家具和衣物的损害作用。

　　热反射镀膜和吸热玻璃可以吸收或反射太阳光谱中特定波长的光。吸热玻璃是在透明玻璃中添加着色剂的本体着色玻璃，虽然吸热玻璃的热阻性优于镀膜玻璃和普通透明玻璃，但由于其二次辐射过程中向室内放出的热量较多，因此当单片使用时综合隔热效果不理想。

　　热反射玻璃的光学特性就是反射热辐射。一旦确定了反射率和透射率后，其单向性特点尤为突出，即只能满足建筑环境变化的部分要求，如随季节变化的阻热和吸热要求。而且，热反射镀膜和吸热玻璃的阻热性能是以牺牲透光性为代价的，多数情况下不利于自然采光。

　　Low－E玻璃的出现使玻璃阻热技术前进了一大步，Low－E玻璃表面辐射率低，E≤0．15、红外线反射率高，即吸热少、升温低、二次辐射热量低，合成中空玻璃后有更加明显的优势特点。另外透光率可在33%～72%，遮阳系数在0．25～0．68之间选择。但是，Low－E玻璃的热辐射反射性仍然有方向性问题，有资料表明：无论Low－E膜面处于中空玻璃的第2面或第3面上，传热系数的测试结果冬季和夏季时仅相差2%。结论是阻挡热辐射透过的作用与季节无关。如果理解为同一型号的Low－E与普通玻璃合成的中空玻璃既能够在夏季阻挡来自室外的热量，也能在冬季阻挡来自室内的热量，说明这种玻璃的双向热阻性高，实际上是一种阻热结构。这说明Low－E中空玻璃已经比前述的热反射玻璃和吸热玻璃具有无可替代的优点。但是，Low－E中空玻璃对建筑在冬季被动吸热的作用十分有限。将Low－E中空玻璃的特点与双层窗结构结合，通过外层吸热玻璃升温空气间层的空气温度，根据室内温度环境要求引入或排出，将在更宽的范围内适应环境变化的要求，起到综合性的良好效果。

　　玻璃的节能技术对窗户节能的作用是不可替代的。窗户的节能水平提高也是伴随玻璃技术的发展而发展的。下面介绍几种对节能有重要作用的新型玻璃技术。

　　凝胶玻璃：在中空玻璃之间填充一种硅酸盐玻璃，即称为“气凝胶”的材料，颗粒层厚度仅为16㎜，透光率为45%，传热系数U值1．0。与中空玻璃相差无几的透明视野，且使进入室内的光线均匀分布。光线透射好、隔热程度高是凝胶玻璃的主要特点。其内侧的低温辐射远远低于普通的中空玻璃，因此可保证冬天室内温度较高。同时它给光的折射提供了极大空间，光线的最大透射只在很小程度上取决于太阳的入射角，因此，白昼自然光可以均匀地分布在室内空间。

　　格栅玻璃：在双层玻璃中嵌入一种隔栅，隔栅是由喷塑形成的塑料结构，表面镀铝层有极高的反射率（近90%），厚度仅16㎜嵌入双层玻璃后光线能通过大量的小孔间接进入室内，同时将直射阳光屏蔽在外。这种隔栅的总投射率约为42%。

　　蜂窝玻璃：在双层玻璃之间嵌入聚碳酸脂制成的蜂窝状结构或用聚甲基丙稀酸甲脂制成的微细管结构，结构均与玻璃垂直排列，管径1～4㎜，透光率可达70%，厚度10cm时，传热系数U值0.5。

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