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談建筑節(jié)能門(mén)窗的功能化趨勢(shì)

來(lái)源:北京金易格幕墻裝飾工程有限公司　作者:班廣生　日期:2007-4-16 　頁(yè)面功能【字體：大中小】【打印】【投稿】【評(píng)論】

　　我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展時(shí)期，建筑市場(chǎng)也處于令人目不暇接的多元化變革時(shí)期。作為建筑必不可少的最普遍的構(gòu)件之一，建筑門(mén)窗應(yīng)及時(shí)的適應(yīng)并能夠滿足建筑市場(chǎng)的發(fā)展需要。自2000年施行《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》以來(lái)，各種類型的節(jié)能窗得到迅速推廣和普及，得到了社會(huì)的廣泛認(rèn)同。

　　從目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品來(lái)看

　�。�2）利用風(fēng)壓和熱壓提高通風(fēng)效果：

　　自然通風(fēng)最基本的動(dòng)力來(lái)自于建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)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)面和背面時(shí)則形成負(fù)壓區(qū)。建筑物外部的這種正風(fēng)壓或負(fù)風(fēng)壓通過(guò)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的窗口開(kāi)啟部分和風(fēng)口影響建筑物內(nèi)部的空氣流動(dòng)，從而達(dá)到通風(fēng)降溫等目的。風(fēng)壓變化比較復(fù)雜，取決于多種因素，但一般的講，正風(fēng)壓有最高中心區(qū)并有向周邊減弱的趨勢(shì)，負(fù)壓區(qū)變化相對(duì)變化比較小。同時(shí)在隨建筑物高度風(fēng)壓有明顯的規(guī)律性分布，因此，建筑物迎風(fēng)面的幾何中心未必是最高風(fēng)壓區(qū)。迎風(fēng)墻正壓區(qū)平均為風(fēng)壓的76%，中心最高區(qū)為95%，側(cè)墻為60%，側(cè)墻負(fù)壓平均－62%，靠上風(fēng)部分約—70%，下風(fēng)角部分為－30%，后墻部分平均－65%，靠上風(fēng)部分－70%，下風(fēng)處為－50%。穿堂風(fēng)是風(fēng)壓直接作用的結(jié)果，有非常好的通風(fēng)效果，但在冬季熱量損失也非常大。

熱壓最主要的特點(diǎn)是熱對(duì)流所產(chǎn)生的熱空氣流動(dòng)，在室內(nèi)外空氣溫差所導(dǎo)致的空氣密度差和進(jìn)出氣口的高度差。一種情況是在同一空間由于溫差形成冷熱空氣流動(dòng)置換，如當(dāng)室內(nèi)氣溫高于室外氣溫時(shí)，室外空氣較重而通過(guò)下位的開(kāi)口進(jìn)入室內(nèi)，并將較輕的室內(nèi)空氣從相對(duì)較高的上位出口排出。另外一種是在垂直空間或垂直方向貫通的空間且上部有開(kāi)口的情況下形成明顯的“煙囪效應(yīng)”，即熱空氣從上部排出，新鮮冷空氣由下部進(jìn)口吸入。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，相互之間的關(guān)系比較復(fù)雜，熱壓和風(fēng)壓之間的關(guān)系尚無(wú)可循的規(guī)律，一般地講，室內(nèi)進(jìn)深小的部分可利用風(fēng)壓通風(fēng)，進(jìn)深大的部分則利用熱壓追求通風(fēng)效果。

作為窗戶利用風(fēng)壓和熱壓實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)時(shí)要明確以下條件：建筑外部的風(fēng)環(huán)境；建筑各外立面的朝向；季節(jié)、風(fēng)速、風(fēng)向、光線等變化情況；建筑外層的各種熱效應(yīng)產(chǎn)生的氣流影響，如陽(yáng)光、墻體熱容量等；建筑物的高度或通風(fēng)房間在建筑物內(nèi)所處的位置。

　　根據(jù)風(fēng)壓和熱壓的特點(diǎn)和了解上述條件的基礎(chǔ)上，分三種情況討論窗戶的通風(fēng)形式：

　　首先是在同一個(gè)窗口進(jìn)行換氣的情況。這是一種傳統(tǒng)通風(fēng)換氣形式，這種形式換氣效率低，室外新鮮空氣和室內(nèi)廢污空氣容易混合。窗扇的構(gòu)造是窗戶中與通風(fēng)換氣最具直接關(guān)系的部分，窗扇的通風(fēng)換氣設(shè)計(jì)要考慮導(dǎo)風(fēng)、排風(fēng)、調(diào)整風(fēng)速和風(fēng)量。其中最重要的是掌握風(fēng)向投射角，既風(fēng)向投射線與外墻面的法線交角。實(shí)驗(yàn)資料表明：當(dāng)投射角從0°加大到60°時(shí)，風(fēng)速降低了50%。由此可通過(guò)鉸鏈的限位裝置、百葉的開(kāi)啟角度、窗扇的開(kāi)啟方向來(lái)調(diào)整風(fēng)向、風(fēng)速和進(jìn)風(fēng)量。豎向窗扇更有利于同一窗口的空氣互換。

　　第二種情況是適合于穿堂風(fēng)的窗型。穿堂風(fēng)在室內(nèi)自然通風(fēng)中至關(guān)重要，這種傳統(tǒng)的通風(fēng)形式在過(guò)渡季節(jié)和夏季夜晚無(wú)空調(diào)的房間內(nèi)穿堂而過(guò)所帶給居住者的愜意是對(duì)穿堂風(fēng)最好的詮釋。穿堂風(fēng)由于進(jìn)出風(fēng)不在同一個(gè)窗口進(jìn)行，具有最佳的換氣效果。穿堂風(fēng)是由于建筑不同方位立面的正負(fù)風(fēng)壓帶動(dòng)室內(nèi)空氣流動(dòng)而形成，所以進(jìn)風(fēng)窗口空氣流向幾乎一致，這種窗的開(kāi)啟扇不易大，開(kāi)在窗口的上方以內(nèi)上旋開(kāi)啟有良好的通風(fēng)效果。

　　上述兩種通風(fēng)方式是以直接開(kāi)啟窗扇達(dá)到自然通風(fēng)的目的，其副作用就是熱量損失，增加建筑能耗負(fù)擔(dān)，以及空氣夾帶的雜質(zhì)和蚊蠅進(jìn)入室內(nèi)等。冬夏兩季時(shí)，室內(nèi)溫度隨通風(fēng)迅速變化，夏天冷空氣泄露導(dǎo)致室內(nèi)升溫，冬天則導(dǎo)致室內(nèi)熱量迅速和大量散失，室內(nèi)外空氣流動(dòng)伴隨的熱量變化是導(dǎo)致能耗的重要原因，大致占建筑能耗的20%左右。考慮到通風(fēng)時(shí)間因素，窗戶的開(kāi)啟扇往往是即時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉的，如果采用有過(guò)濾裝置的窗式通風(fēng)口設(shè)計(jì)，雖然即時(shí)通風(fēng)效果不明顯，但可持續(xù)通風(fēng)換氣，而且室內(nèi)溫度遲緩變化，更適應(yīng)舒適性和健康性的需要。

　　第三種通風(fēng)形式是在室內(nèi)外空氣交互時(shí)設(shè)置緩沖層的過(guò)渡，對(duì)過(guò)渡空氣有組織地控制，即設(shè)置可流動(dòng)的空氣間層。由于空氣緩沖層的存在，窗戶的綜合功能將大為提高。緩沖層構(gòu)造是一種比較理想的形式。既在室內(nèi)外之間形成可流動(dòng)的空氣層，依靠風(fēng)壓和熱壓調(diào)整和緩解進(jìn)出的空氣�？筛鶕�(jù)室內(nèi)外溫度變化相應(yīng)調(diào)整室內(nèi)溫度。具體形式有雙層窗、封閉的陽(yáng)臺(tái)、室內(nèi)加活動(dòng)隔斷等等。

　　為了有利于新風(fēng)進(jìn)入室內(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)，以便更科學(xué)合理的獲取平面和外立面的分配和結(jié)構(gòu)。

　　2、熱環(huán)境質(zhì)量

　　應(yīng)在提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能的同時(shí)，有效的保證室內(nèi)環(huán)境的舒適度。綜合有關(guān)資料，住宅室內(nèi)溫度舒適性范圍冬季為18℃～24℃之間，夏季24℃～28℃之間。

　　2000年1月1日起施行的《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》以來(lái)，各種形式的節(jié)能窗在國(guó)內(nèi)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。許多地方也制定了相應(yīng)的地方節(jié)能指標(biāo)。以北京地區(qū)為例，北京地區(qū)出現(xiàn)的有代表性的數(shù)家企業(yè)的鋁合金窗產(chǎn)品，經(jīng)檢測(cè)的傳熱系數(shù)K值達(dá)到2.80～2.68W/m2 K之間，基本配置為隔熱鋁型材、空氣間層為12mm的雙白中空玻璃。

　　將北京地區(qū)外窗K值與部分國(guó)家的“相當(dāng)于北京地區(qū)采暖渡日數(shù)“地區(qū)的傳熱系數(shù)比較，如表2—2。

國(guó)家或地區(qū)	北京	加拿大	俄羅斯	北海道	美國(guó)	丹麥	瑞典	德國(guó)
傳熱系數(shù)（W/m2K）	2．8	2．86	2．75	2．33	2．04	2．9	2．0	1．5

　　如果將北京地區(qū)K值降低30%—50%，即K值在1．75～2．45W/m2 K之間，那么可以講“已達(dá)到國(guó)際水平或接近國(guó)際先進(jìn)水平”。2003年3月1日起執(zhí)行的《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施——建筑產(chǎn)品選用技術(shù)》中所規(guī)定的外窗保溫性能指標(biāo)中，對(duì)鋁合金只要求滿足JGJ126—95標(biāo)準(zhǔn)，未明確指標(biāo)，但對(duì)于塑料門(mén)窗要求高檔窗為1．5～2．5W/m2 K、中檔窗≤4．5W/m2 K。也就是說(shuō)，將外窗的節(jié)能指標(biāo)K值降低到1．5～2．5W/m2 K之間是重點(diǎn)努力方向。這個(gè)指標(biāo)相當(dāng)于即將頒布的新的鋁合金窗標(biāo)準(zhǔn)中的9級(jí)（2．5＞K≥2．0 W/m2 K）和10級(jí)（2．0＞K≥1．5 W/m2 K）指標(biāo)。

　　要達(dá)到上述指標(biāo)，從目前國(guó)內(nèi)企業(yè)的技術(shù)和設(shè)備來(lái)看是可以滿足的。為滿足上述指標(biāo)，必須堅(jiān)持兩個(gè)原則。

　�。�1）降低組成窗戶的各項(xiàng)材料的導(dǎo)熱系數(shù)，特別是框扇和玻璃材料。鋁合金通過(guò)與低導(dǎo)熱材料復(fù)合技術(shù)提高熱阻，如斷熱型材、鋁木復(fù)合、木鋁復(fù)合、鋁塑復(fù)合等等。玻璃則通過(guò)與玻璃以及其它透明材料的合成技術(shù)、玻璃表面的膜處理技術(shù)來(lái)降低材料的導(dǎo)熱系數(shù)。

　�。�2）對(duì)各項(xiàng)材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和組合。如框扇斷面、框扇與玻璃、框扇與墻體的結(jié)構(gòu)關(guān)系要細(xì)致研究和設(shè)計(jì)，在認(rèn)真分析熱傳遞機(jī)理的基礎(chǔ)上把握各種熱傳遞的路徑。

　　僅僅提高建筑外窗的保溫性能僅僅是保證室內(nèi)的熱環(huán)境的必要條件之一，只有結(jié)合窗戶的其它功能，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。如單純提高建筑物的隔熱性會(huì)加重夏季的降溫問(wèn)題，特別對(duì)一些諸如寫(xiě)字樓、辦公樓類的項(xiàng)目尤其如此。從平均值來(lái)看，提高隔熱性，只能為辦公樓類的建筑提供所需能量的10%，而致力于制冷，能解決10%～20%的能量來(lái)源問(wèn)題。但是產(chǎn)生一千瓦小時(shí)的冷氣消耗的初級(jí)能源大約是供暖所需能源的三倍，這就意味著制冷所需的能量是供暖的5到10倍。強(qiáng)調(diào)北方保溫而忽視夏季時(shí)的陽(yáng)光輻射和換氣制冷是片面的，有資料顯示北京地區(qū)夏季時(shí)空調(diào)負(fù)荷高達(dá)用電量的37%。北京地區(qū)夏季節(jié)能的意義由此可見(jiàn)。

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