熊清華

【摘要】本文簡(jiǎn)述建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重要性，以建筑外窗部分為例，探討節(jié)能設(shè)計(jì)的有效應(yīng)用，分別從玻璃設(shè)計(jì)、窗框處理、外窗密封等多個(gè)角度入手。以期為相關(guān)人士提供參考。

【關(guān)鍵詞】民用建筑；節(jié)能設(shè)計(jì)；外窗

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 26.096

建筑能耗問(wèn)題不斷加劇中，采取節(jié)能設(shè)計(jì)手段已經(jīng)是必然趨勢(shì)。在眾多建筑節(jié)能設(shè)計(jì)工作中，外窗屬于比較重要的部分。從外窗著手，控制能耗量，利于提升總體節(jié)能效果。

1、建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重要性

首先，節(jié)能設(shè)計(jì)為整體發(fā)展需求。經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)借力于能源基礎(chǔ)，需憑借能源獲得動(dòng)力。而建筑行業(yè)在用能方面，需求量極多。早在九十年代末，我國(guó)能源消費(fèi)量就接近14億噸的標(biāo)準(zhǔn)煤，其中，單就建筑領(lǐng)域，耗能占比超過(guò)1/4。而在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)成長(zhǎng)下，民眾整體生活質(zhì)量不斷提升，對(duì)建筑功能有更多要求，空調(diào)等設(shè)備逐漸增多，導(dǎo)致建筑能耗量的提升速度遠(yuǎn)超過(guò)能源產(chǎn)生的上漲速度，特別在電力、熱能等方面，需求規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。所以說(shuō)，如果繼續(xù)建設(shè)高耗能的工程，勢(shì)必會(huì)制約整體經(jīng)濟(jì)前進(jìn)。

其次，節(jié)能設(shè)計(jì)利于減少大氣污染。在全球環(huán)境問(wèn)題逐漸加劇中，人們隨之關(guān)注到顆粒物、部分氧化物等均會(huì)對(duì)人體造成傷害，并且容易引起酸化、持續(xù)累積二氧化碳，繼而導(dǎo)致全球氣候出現(xiàn)改變。國(guó)內(nèi)在能源使用上，煤炭消耗量占整體的75%左右。在城建推進(jìn)中，建筑上的采暖及空調(diào)不斷增多，大氣污染愈發(fā)嚴(yán)重，煤炭類(lèi)的污染問(wèn)題，容易引發(fā)塵及酸雨等。并且我國(guó)在二氧化碳排放上，在世界排名中始終占據(jù)前幾位，而由建筑引起的此類(lèi)污染達(dá)到國(guó)內(nèi)總體的25%左右。倘若依舊采取常規(guī)設(shè)計(jì)方式，污染程度勢(shì)必會(huì)加重。

再次，節(jié)能設(shè)計(jì)利于優(yōu)化熱環(huán)境。國(guó)內(nèi)在室溫上的要求日漸突出，主要是由于部分省市四季溫度變化偏大。和同緯度地區(qū)比較。我國(guó)的東北地區(qū)，一月份均溫相對(duì)偏低14-19攝氏度，而黃河中下游溫差也達(dá)到10-14攝氏度左右，長(zhǎng)江以南地區(qū)大約低8-10攝氏度，即使是東部沿海城市，也大約低5攝氏度。冬冷夏熱始終是國(guó)內(nèi)氣候比較明顯的特點(diǎn)，為使體感溫度更為舒適，需調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，而這均要能源輔助。通過(guò)節(jié)能設(shè)計(jì)，配以合理的能源開(kāi)發(fā)，才能優(yōu)化整體的熱環(huán)境。

最后，節(jié)能設(shè)計(jì)為建筑領(lǐng)域成長(zhǎng)需求。國(guó)家在節(jié)能方面的標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)提升中，使得構(gòu)成建筑的門(mén)窗、空調(diào)等，均做出調(diào)整，出現(xiàn)大量節(jié)能型的材料及設(shè)計(jì)理念等。在整個(gè)趨勢(shì)的帶動(dòng)下，諸多既有項(xiàng)目開(kāi)展節(jié)能改造，因此，諸多相關(guān)公司，紛紛推出節(jié)能類(lèi)的產(chǎn)品，促使整個(gè)行業(yè)出現(xiàn)大變革。從國(guó)內(nèi)建筑節(jié)能落實(shí)效果較佳的案例來(lái)看，節(jié)能設(shè)計(jì)并非是負(fù)擔(dān)，反而應(yīng)當(dāng)視其為發(fā)展動(dòng)力。

2、民用建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)

本文以某地區(qū)居住建筑項(xiàng)目中，外窗節(jié)能設(shè)計(jì)為例，探討節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)際的有效運(yùn)用。該地區(qū)四季明顯，降水豐富，雨熱同期，并帶有充足的光照。年均溫度在13.9-14.5攝氏度之間；年降水量有980-1100毫米左右；年均光照時(shí)間在2243-2391小時(shí)左右；無(wú)霜期長(zhǎng)達(dá)二百余日；全年風(fēng)向?yàn)槠奔皷|南兩類(lèi)。另外，該地全年最冷月份，均溫也超過(guò)零攝氏度；最熱月份的均溫超過(guò)22攝氏度。按照當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)節(jié)能設(shè)計(jì)要求，把建筑劃分成被動(dòng)與主動(dòng)兩類(lèi)。前者不帶有集中式的空調(diào)及供暖設(shè)施的節(jié)能建筑；后者基于前者添加集中式空調(diào)及供暖。以主動(dòng)建筑為例，其體形系數(shù)限值情況，如表1所示。

2.1 外窗設(shè)計(jì)原則

建筑外窗的節(jié)能程度，關(guān)系到其保溫隔熱效果及氣密度，此外還涉及到抗風(fēng)水平、隔音降噪等。因而對(duì)其的設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)注重幾項(xiàng)要素。首先，外窗需符合室內(nèi)采光及通風(fēng)等要求，在注重節(jié)能程度的同時(shí)，也要兼顧基本的舒適度。其次，需合理運(yùn)用現(xiàn)有相對(duì)成熟的工藝，以提升各類(lèi)現(xiàn)代裝置的能源使用率，優(yōu)化熱工性能及熱環(huán)境。最后，在達(dá)到上述要求的前提下，追求經(jīng)濟(jì)實(shí)用、方便宣傳。

2.2 玻璃節(jié)能選擇

外窗為建筑項(xiàng)目在節(jié)能方面上的重要部分，而玻璃占據(jù)其大部分面積，如今國(guó)內(nèi)可接觸到的玻璃類(lèi)型較多。具體來(lái)說(shuō)，單片透明的玻璃，屬于相對(duì)常見(jiàn)的品類(lèi)之一，其突出優(yōu)點(diǎn)是采光佳，但從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，其遮擋光線的水平偏差，大部分太陽(yáng)光均能射進(jìn)室內(nèi)，其中伴隨的熱能，可借助玻璃輻射控制。夏季室外溫度上升，由于隔熱效果有限，導(dǎo)致室溫隨之上升，冬季則正好相反。所以，倘若是單獨(dú)應(yīng)用，并不推薦。單片著色的玻璃，也就是常說(shuō)的吸熱玻璃，外觀有著差異化的色彩表現(xiàn)。其可以吸收可見(jiàn)光，以弱化陽(yáng)光強(qiáng)度。此類(lèi)玻璃的應(yīng)用問(wèn)題是吸收光線時(shí)，玻璃溫度會(huì)隨之提升，形成的熱能可以進(jìn)入室內(nèi)，同時(shí)，因?yàn)槲鼰?，?huì)出現(xiàn)熱漲裂的情況。鍍膜玻璃，在正常玻璃外表，增添金屬及合金等薄膜，調(diào)整其光學(xué)性能，以達(dá)到特殊要求。其大體上能分成熱反射及低輻射等，兩者對(duì)紅外線及紫外線均有較好的反應(yīng)，可用在玻璃帷幕及交通工具中。而后者由于其強(qiáng)度不高，通常會(huì)設(shè)計(jì)成中空狀態(tài)。

中空玻璃在降噪、隔熱、自重等方面，有著較好的表現(xiàn)，其性能超過(guò)常規(guī)的雙層玻璃。玻璃厚度通常在3-12毫米之間，而中空層的厚度則在6-16毫米左右，通過(guò)其形成的能量傳遞主要有輻射、對(duì)流及傳導(dǎo)。真空玻璃的玻璃縫隙間隔在0.1-0.2毫米之間，將中空層內(nèi)設(shè)置為真空狀態(tài)，通常會(huì)帶有一片低輻射的玻璃。此類(lèi)玻璃的原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，建筑的部分朝向應(yīng)考慮陽(yáng)光輻射的情況，根據(jù)該地區(qū)的情況，北朝向的玻璃設(shè)計(jì)，相對(duì)注重保溫方面。低輻射玻璃和普通玻璃對(duì)比，傳熱系數(shù)更低小，比較符合東西兩個(gè)朝向的應(yīng)用。但以經(jīng)濟(jì)實(shí)用設(shè)計(jì)的角度來(lái)說(shuō)，并不符合民用居住項(xiàng)目的外窗整體需求。而且真空玻璃成本也較高，綜合分析，對(duì)于外窗遮陽(yáng)需求，中空玻璃總體得分更高。

2.3 窗框材料設(shè)計(jì)

在帶有各類(lèi)性能的玻璃材料推廣運(yùn)用中，再加上玻璃保溫效果的部分提升，與之搭配的窗框，在隔熱及保溫上的標(biāo)準(zhǔn)也更加突出。對(duì)于整個(gè)外窗來(lái)講，窗框的面積占比不大，但其在節(jié)能上的貢獻(xiàn)也不能忽略。木材屬于比較傳統(tǒng)的材質(zhì)，以節(jié)能設(shè)計(jì)的視角來(lái)看，該材質(zhì)的窗框，傳熱系數(shù)不高，隔熱保溫效果較佳。但因?yàn)闀?huì)應(yīng)用大量木料，既不符合環(huán)保要求，還容易發(fā)生變形，一旦遭遇火災(zāi)，直接成為助燃材料，如今木材極少單獨(dú)應(yīng)用在建筑中。斷熱橋鋁合金材質(zhì)，其克服鋼窗的缺陷，但由于其金屬性質(zhì)，熱量傳導(dǎo)速度快，即便搭配中空玻璃，外窗整體的傳熱系數(shù)也僅有4.5W（m2·K）上下。而斷熱橋形式的此類(lèi)窗框有三個(gè)構(gòu)件組成，內(nèi)外側(cè)均是鋁合金材料，而中部則采用非金屬物質(zhì)，用于連接兩部分金屬，借此優(yōu)化傳熱率，便于加工，同時(shí)耐腐及抗壓效果較好。選擇在此類(lèi)框架，搭配中空玻璃，可收獲較好的隔熱、降噪、保溫的效果，并省去部分制冷與采暖的成本，傳熱系數(shù)不會(huì)超過(guò)2.5W（m2·K），滿足節(jié)能的需求。

現(xiàn)有的塑料窗框，材質(zhì)是U-PVC，抗風(fēng)及保溫、防水等效果較佳。根據(jù)材質(zhì)，能分成PVC及玻璃鋼兩類(lèi)，前者實(shí)現(xiàn)重復(fù)、生產(chǎn)節(jié)能，性價(jià)比較好，但抗老化水平不高，一旦廢棄后，會(huì)污染環(huán)境。后者則使用復(fù)合材料，目前在諸多領(lǐng)域均有使用。復(fù)合窗框是借助塑料型材，把外側(cè)的兩層金屬材質(zhì)結(jié)合起來(lái)，此結(jié)構(gòu)克服鋁合金的缺陷以及推拉窗密封的問(wèn)題。型材窗框在厚度相同的條件下，以斷面角度而言，腔體分格數(shù)量和隔熱保溫效果呈正相關(guān)。從造價(jià)方面來(lái)看，多空窗框制作難度高，資金投入量大。同時(shí)，并非全部型材均是多腔結(jié)構(gòu)更佳，也許考慮材料本身的性能，節(jié)能設(shè)計(jì)中，應(yīng)按照需求選擇。

2.4 外窗密封處理

現(xiàn)有密封處理會(huì)用到密封條或者密封膏。前者按照用途分成玻密封、門(mén)扇門(mén)套的密封以及毛條，其材質(zhì)通常是PVC、三元乙丙等，后者極少會(huì)出現(xiàn)在民用居住項(xiàng)目的外窗上。外窗密封性在建筑整體節(jié)能效果上，有較大干擾。針對(duì)本文所述地區(qū)的實(shí)際情況來(lái)看，需落實(shí)幾項(xiàng)舉措：首先，提升窗框尺寸的設(shè)定精度，保證現(xiàn)場(chǎng)安全精準(zhǔn)；其次，縮小開(kāi)啟縫尺寸，強(qiáng)化外窗密封效果；最后，使用的五金配件，要巧妙應(yīng)用，確保配件品質(zhì)。在窗戶開(kāi)啟方式的設(shè)計(jì)中，開(kāi)扇面積一致時(shí)，分格及窗縫越大，實(shí)際能耗更多，并且開(kāi)扇形狀越貼合正方形，窗縫更短，能耗便相對(duì)變小?？傊瑢?duì)于開(kāi)扇方式的設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)在滿足換氣頻率的前提下，盡可能縮小開(kāi)啟的面積，并且嵌入的玻璃，需減少分格。

2.5 窗墻比例設(shè)計(jì)

外窗不同朝的窗墻比例，對(duì)室內(nèi)能耗的干擾程度不一。朝南墻體，該比例偏高，制冷能耗多，采暖能耗少?？紤]到采暖能耗量相對(duì)偏高，所以，朝南外窗能適當(dāng)擴(kuò)大，使得在冬季時(shí)，能有更多陽(yáng)光進(jìn)入室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)降低冬季采暖需求。而北面朝向，主要功能是采光及通風(fēng)，并且朝北外窗沒(méi)有過(guò)多陽(yáng)光射入，冬季會(huì)出現(xiàn)熱量損失，因此，節(jié)能設(shè)計(jì)中，在達(dá)到采光與通風(fēng)需要的基礎(chǔ)上，盡量縮小其面積。剩下東西兩個(gè)朝向，設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)分析制冷能耗的問(wèn)題，其面積和能耗為同向變動(dòng)，因此，也應(yīng)采取小窗結(jié)構(gòu)。

2.6 外窗其他設(shè)計(jì)

本文列舉地區(qū)全年溫度條件屬于夏熱冬冷，控制窗戶傳熱系數(shù)，可在冬季有較大感受。對(duì)于夏季在制冷空調(diào)上的能耗處理，可借助提高窗戶遮陽(yáng)效果實(shí)現(xiàn)。假設(shè)直接降低窗戶遮陽(yáng)系數(shù)，達(dá)到控制光線射入的目的，雖然可保證夏季的節(jié)能需要，但會(huì)導(dǎo)致冬季在采暖方面的能耗，不利于保持全年的舒適度。對(duì)此，可選擇活動(dòng)式的遮陽(yáng)處理。另外，在自然能源上的充分使用，也是現(xiàn)代節(jié)能設(shè)計(jì)的重要一項(xiàng)。以通風(fēng)為例，適度通風(fēng)可優(yōu)化人體感受。內(nèi)部氣體流動(dòng)會(huì)對(duì)室溫、朝向、濕度等有明顯影響。在夏季，可借助通風(fēng)，帶走室內(nèi)熱量，降低制冷能耗。在冬季，通過(guò)控制室內(nèi)外氣體流動(dòng)，避免熱損失。因而，節(jié)能設(shè)計(jì)中，朝北窗戶開(kāi)扇面積可適當(dāng)縮小。同時(shí)，室內(nèi)氣體流動(dòng)路線也影響通風(fēng)成效，因而應(yīng)格外重視進(jìn)出風(fēng)口的設(shè)計(jì)。假設(shè)風(fēng)口偏高，采取高進(jìn)高出、高進(jìn)低出的形式，無(wú)法在人體所處高度區(qū)間形成氣體流動(dòng)，通風(fēng)效果不佳。反之，采取低進(jìn)低出、低進(jìn)高出，便可收獲較好的通風(fēng)效果。

結(jié)語(yǔ)：

上文結(jié)合某地區(qū)的情況，分析建筑外窗的設(shè)計(jì)問(wèn)題?？偨Y(jié)來(lái)看，外窗的傳熱系數(shù)、氣密讀、玻璃及窗框材質(zhì)等，均會(huì)影響到室內(nèi)的能耗量。因此，節(jié)能設(shè)計(jì)中，需對(duì)比各類(lèi)結(jié)構(gòu)形式、材料性能等，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件，優(yōu)化設(shè)計(jì)，更容易達(dá)到節(jié)能的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]王繼雄.節(jié)能設(shè)計(jì)在民用建筑設(shè)計(jì)中的有效應(yīng)用[J].房地產(chǎn)世界，2021（13）：42-43.

[2]何欣，楊峰俊.節(jié)能設(shè)計(jì)在民用建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國(guó)住宅設(shè)施，2019（10）：48-49.

[3]盧醒秋.低碳經(jīng)濟(jì)下民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)分析[J].低碳世界，2019，9（06）：177-178.