淺談建筑外窗節(jié)能設(shè)計(jì) 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(duì)建筑的節(jié)能、空氣質(zhì)量、熱環(huán)境、聲環(huán)境、光環(huán)境的影響與改善作用，說(shuō)明了外窗節(jié)能設(shè)計(jì)的重要性。以供參考。關(guān)健詞：建筑能耗；外窗節(jié)能；熱環(huán)境質(zhì)量

前言

建筑能耗已占社會(huì)總能耗的35%，建筑節(jié)能已成為全社會(huì)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(guó)家現(xiàn)行政策；無(wú)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(shuō)按照節(jié)能建筑去設(shè)計(jì)、施工和選材。因此，在建筑設(shè)計(jì)中越來(lái)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(biāo)，節(jié)能窗理應(yīng)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(zhì)量

采取有效地通風(fēng)換氣對(duì)確保建筑物內(nèi)空氣質(zhì)量至關(guān)重要。在通風(fēng)換氣概念中，通風(fēng)是根基，換氣是目標(biāo)。建筑物內(nèi)更加是居住建筑的居住空間，提倡和推崇自然通風(fēng)，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(jī)械負(fù)荷，另一方面可供給嶄新空氣，提高室內(nèi)空氣質(zhì)量。窗戶是實(shí)現(xiàn)和操縱自然通風(fēng)最重要的建筑構(gòu)件，最大程度的響應(yīng)建筑的要求。

1.1操縱從窗戶進(jìn)入室內(nèi)的空氣質(zhì)量

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取措施保證窗戶外側(cè)進(jìn)人室內(nèi)的空氣不受污染。排風(fēng)窗口和進(jìn)風(fēng)窗口在同一建筑立面時(shí)，窗戶的進(jìn)風(fēng)位置是獲取新風(fēng)的必經(jīng)通道，也是室內(nèi)新風(fēng)的主要來(lái)源。

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

還有一種保證室內(nèi)的空氣不受污染的措施是在窗口或進(jìn)風(fēng)口設(shè)置過(guò)濾裝置，一方面緩解氣流直接進(jìn)人室內(nèi)，保證室內(nèi)空氣流速的舒適性（使室內(nèi)空氣滾動(dòng)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(jià)稍高。

1.2利用風(fēng)壓和熱壓提高通風(fēng)效果

自然通風(fēng)最根本的動(dòng)力來(lái)自于建筑外圍護(hù)布局內(nèi)外的風(fēng)壓和熱壓。風(fēng)壓一般在建筑的迎風(fēng)面上產(chǎn)生正壓，氣流繞過(guò)建筑物側(cè)面和后面時(shí)那么形成負(fù)壓區(qū)。穿堂風(fēng)是風(fēng)壓直接作用的結(jié)果，有分外好的通風(fēng)效果，但在冬季熱量損失也分外大。熱壓最主要的特點(diǎn)是熱對(duì)流所產(chǎn)生的熱空氣滾動(dòng)，在室內(nèi)外空氣溫差所導(dǎo)致的空氣密度差。

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

根據(jù)風(fēng)壓和熱壓的特點(diǎn)，為了有利于新風(fēng)進(jìn)人室內(nèi)，同時(shí)又考慮降低能耗，在建筑設(shè)計(jì)初期就應(yīng)考慮外窗設(shè)計(jì)，以便在得志功能、美學(xué)的根基上，更科學(xué)合理的布置平面和外立面。

2熱環(huán)境質(zhì)量

應(yīng)在提高圍護(hù)布局的保溫隔熱性能的同時(shí)，有效保證室內(nèi)環(huán)境的舒適度。綜合有關(guān)資料室內(nèi)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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2022；《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ134-2022；《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》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(yīng)超過(guò)確定的限值，否那么應(yīng)使用權(quán)衡判斷法，判定圍護(hù)布局的總體熱工性能是否符合國(guó)家規(guī)定的節(jié)能要求：

第一步：計(jì)算參照建筑在規(guī)定條件下的冬季圍護(hù)布局采暖能耗量指標(biāo)，將參照建筑冬季圍護(hù)布局采暖能耗量指標(biāo)，作為設(shè)計(jì)建筑冬季圍護(hù)布局采暖能耗量指標(biāo)限值；其次步：計(jì)算設(shè)計(jì)建筑冬季圍護(hù)布局采暖能耗量指標(biāo)；第三步：將設(shè)計(jì)建筑冬季圍護(hù)布局采暖能耗量指標(biāo)與能耗量指標(biāo)限值相對(duì)比，調(diào)整各朝向窗墻面積比。

公共建筑每個(gè)朝向的窗墻面積比均不應(yīng)大于0.7。當(dāng)窗墻面積比小于0.4時(shí)，玻璃的可見光透射比不應(yīng)小于0.4。不能得志時(shí)務(wù)必舉行權(quán)衡判斷；屋頂通明片面的面積不應(yīng)大于屋頂總面積的20%，不能得志時(shí)務(wù)必舉行權(quán)衡判斷，判定圍護(hù)布局的總體熱工性能是否符合國(guó)家規(guī)定的節(jié)能要求。得志總體熱工性能和其他強(qiáng)制性條文要求，才可以判定為節(jié)能公共建筑設(shè)計(jì)。

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(nèi)熱環(huán)境的必要條件之一，只有結(jié)合窗戶的其他功能，如通風(fēng)換氣、采光、隔聲等，同時(shí)與建筑整體的系統(tǒng)節(jié)能聯(lián)系起來(lái)考慮，才能構(gòu)成保證室內(nèi)熱環(huán)境的充分條件。假設(shè)單純提高建筑物的隔熱性能會(huì)加重夏季的降溫問(wèn)題，更加對(duì)一些寫字樓、辦公樓類的工程尤其如此。

3聲環(huán)境質(zhì)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(huì)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(chǎng)、居民區(qū)、消遣場(chǎng)所60～70

街頭、車站、工業(yè)區(qū)、鬧市70～80

機(jī)場(chǎng)、高速馬路、交通分外擁擠道路85～90

《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)模范》GBJ118-88中指出，國(guó)際上按一般開窗條件時(shí)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(nèi)容許噪聲標(biāo)準(zhǔn)10dB。國(guó)內(nèi)所做的實(shí)際測(cè)量，測(cè)量條件為窗面積1m2，室內(nèi)吸聲量15m2，開窗時(shí)噪聲衰減結(jié)果說(shuō)明室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)值低于所在區(qū)域10dB。由此說(shuō)明當(dāng)室外噪聲在開窗條件下進(jìn)人室內(nèi)時(shí)，已經(jīng)有10dB的十足噪聲量被建筑物所吸收。

聲波通過(guò)外窗的傳播有兩種途徑：第一經(jīng)由空氣直接傳播，即通過(guò)窗戶的縫隙和開啟的窗口傳播。其次透過(guò)玻璃和窗框的傳播。占窗戶面積80%左右的玻璃構(gòu)造是采取隔聲措施的主要對(duì)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(shí)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(guān)，一般處境空氣間層厚度大于8cm時(shí)，隔聲量值趨于穩(wěn)定，這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)雙層窗時(shí)尤為重要。也就是說(shuō)玻璃的隔音程度是有限的，當(dāng)玻璃的計(jì)權(quán)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(jià)格比變差。

中空玻璃或雙層窗組成一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)其固有頻率與入射聲波頻率一致時(shí)發(fā)生共振，隔聲量顯著下降。對(duì)人有影響的頻率主要在100-2500Hz，因此為保證對(duì)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(yīng)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(shí)將產(chǎn)生隔聲低谷，一般產(chǎn)生10dB左右的隔聲損失。

同時(shí)要提高縫隙處隔聲量，就務(wù)必保證各縫隙的密封質(zhì)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(zhǎng)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(guò)大，在得志通風(fēng)換氣和消防要求的條件下，過(guò)大面積的窗扇并不利于保溫隔熱和隔聲；另外應(yīng)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(zhì)框扇材料有明顯的隔聲性。

5光環(huán)境質(zhì)量

照明能耗占建筑總能耗的20%~40%，科學(xué)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(fù)荷增加占總能耗的3%~5%。夏季熱輻射光線無(wú)遮擋直接進(jìn)人室內(nèi)而增加的制冷能耗占室內(nèi)制冷能耗的50%以上。

5.1通過(guò)窗口適度延長(zhǎng)自然光照時(shí)間可降低能耗

窗戶按照采光所處的位置分為側(cè)窗和天窗，民用建筑主要依靠側(cè)窗采光。落地窗、陽(yáng)臺(tái)門聯(lián)窗、飄窗、幕墻窗等窗戶面積有越來(lái)越大的趨勢(shì)，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(wèn)題。增加光線在室內(nèi)進(jìn)深和使光線平勻分布可以采取以下措施：在進(jìn)深方向?yàn)殚L(zhǎng)度方向的房間盡量采用豎向長(zhǎng)方形側(cè)窗和高側(cè)窗，這兩種側(cè)窗對(duì)房間的采光進(jìn)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(duì)流垂直方向強(qiáng)化特性和風(fēng)力的垂直分布特性，豎向長(zhǎng)方形側(cè)窗更有利于熱循環(huán)和自然通風(fēng)；高側(cè)窗那么有利于自然通風(fēng)和使光線向進(jìn)深方向延遲。

窗戶上部的反光板設(shè)計(jì)，可延遲室內(nèi)深度照明和制止光線直射。在窗戶高于視線的片面設(shè)計(jì)橫向光線反射裝置，細(xì)致優(yōu)化的設(shè)計(jì)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(yè)和其他反射裝置均有程度不同的同樣作用。通過(guò)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(qiáng)光和不需要的眩光，雖然裁減了總的光通量，但進(jìn)人室內(nèi)的光線更加溫和，照度更加平勻。

5.2科學(xué)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(jié)為外觀顏色選擇、節(jié)能性選擇、舒適性選擇和強(qiáng)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(xiàng)條件和依據(jù)，但與節(jié)能有關(guān)的僅有兩個(gè)：遮陽(yáng)系數(shù)Sc和傳熱系數(shù)K。

遮陽(yáng)系數(shù)直接反映玻璃對(duì)陽(yáng)光的遮蓋效果，它表達(dá)的是玻璃的隔熱性能。Sc高意味著透過(guò)玻璃進(jìn)人室內(nèi)的太陽(yáng)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(dá)的是玻璃的保溫性能。在一致的室內(nèi)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(yīng)盡量選擇K值低的玻璃產(chǎn)品。

目前還有一些新型玻璃對(duì)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(nèi)采光，閱歷說(shuō)明透光率在40%~50%的范圍內(nèi)，入眼感覺對(duì)比舒適。高透光率的玻璃在為室內(nèi)帶來(lái)亮堂環(huán)境的同時(shí)，也會(huì)透過(guò)較多的太陽(yáng)輻射熱，因此務(wù)必在采光和節(jié)能之間探索平衡點(diǎn)。

建筑物對(duì)室外視線遮蓋性的要求來(lái)自兩個(gè)方面，其一是室內(nèi)人員的私密性需求，其二是遮蓋內(nèi)部建筑布局構(gòu)件的需求。這兩方面的需求對(duì)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(xué)性能、室內(nèi)外光照強(qiáng)度等因素有關(guān)。

對(duì)于私密性的需求，玻璃至少應(yīng)達(dá)成白天不易看清室內(nèi)，這要求玻璃的反射率盡可能的高些，尤其對(duì)透光率50％左右的玻璃，其反射率至少應(yīng)接近30％。透光率低于30％的玻璃根本都能得志這一需求。實(shí)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(qiáng)孰弱。

5.2.3遮陽(yáng)措施

窗戶的遮陽(yáng)是一個(gè)古老的話題，最初的作用就是防止過(guò)強(qiáng)的陽(yáng)光直接進(jìn)人室內(nèi)，多數(shù)的遮陽(yáng)同時(shí)損失的是良好的視野、充沛的自然光和確定時(shí)間（或時(shí)期）內(nèi)陽(yáng)光的熱量。從室外設(shè)置的固定遮陽(yáng)構(gòu)件到可調(diào)整角度的遮陽(yáng)裝置（遮陽(yáng)板、遮陽(yáng)百葉等），從遮陽(yáng)