文_胡毅 廣東建筑藝術(shù)設(shè)計(jì)院有限公司

0 引言

在建筑的維護(hù)結(jié)構(gòu)當(dāng)中，最重要的組成部分就是外窗，它要滿足人們?cè)谝曇啊⑼L(fēng)、采光等方面對(duì)需求，同時(shí)也是整個(gè)建筑物熱傳導(dǎo)、熱交換較為敏感、活躍的區(qū)域。外窗的能耗大概是建筑物屋面的5倍、墻體的4倍、地面的20倍，在整個(gè)建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的能耗中大概占據(jù)40%～50%，外窗也是建筑物在保溫作用中的薄弱區(qū)域。廣東地區(qū)是典型的夏熱冬冷區(qū)域，文章就此分析了當(dāng)?shù)毓步ㄖ谕獯澳粔χ械墓?jié)能設(shè)計(jì)。

1 玻璃選擇原則

廣東地區(qū)的公共建筑對(duì)于冬季的采暖需求并不是十分強(qiáng)烈。首先公共建筑區(qū)域的人員分布較為密集，人體散熱量較大。其次公共建筑中的設(shè)備數(shù)量大，使用過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱能。再有公共建筑通常位于市中心，因此溫度也要高于郊區(qū)。最后是氣候方面的影響，我國平均氣溫在近50年內(nèi)明顯上升，逐漸呈現(xiàn)出夏季越加炎熱，冬季越來越暖的趨勢。

我國的公共建筑通常都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，能夠滿足基礎(chǔ)的保溫要求，同時(shí)因?yàn)閺V東地區(qū)在冬季對(duì)于采暖的需求較低，因此可以通過其它更加經(jīng)濟(jì)性的方法實(shí)現(xiàn)或是直接忽略。為此夏季制冷成為公共建筑在主要追求目標(biāo)，在對(duì)當(dāng)?shù)毓步ㄖ獯澳粔M(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該遵循合理采光、遮陽為主的節(jié)能設(shè)計(jì)原則。

2 外窗玻璃選擇

外窗玻璃大概能夠占據(jù)整個(gè)公共建筑總面積的70%～90%，擁有最大的輻射面積和導(dǎo)熱面積。在廣東地區(qū)，選擇適合的外窗玻璃對(duì)于公共建筑實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)具有重要影響。具體可以通過兩種參數(shù)來表示玻璃熱工性能，第一種是傳熱系數(shù)K值，主要在室內(nèi)外環(huán)境溫度不同條件下進(jìn)行表征，表示單位溫差和單位面積條件下的玻璃傳遞熱量。其次是遮陽系數(shù)，也是玻璃太陽能透過率總和與3毫米厚的透明無色玻璃透過太陽能率之間的比值，也就是玻璃遮陽系數(shù)，不同類型的玻璃擁有不同的熱工性能，具體如表1所示，

表1 種類不同玻璃熱工性能

在廣東地區(qū)因?yàn)橄募镜娜照蛰^強(qiáng)，建筑物在制冷過程中會(huì)消耗大量能耗，因此需要合理選擇玻璃。普通白玻遮陽性能較差，但是保溫性能優(yōu)良。因?yàn)樘柲茌椛涫强照{(diào)能耗的主要原因，玻璃的遮陽性也決定了建筑節(jié)能效用，而隨著玻璃遮陽系數(shù)的提高，太陽投射能量也逐漸降低，可以促進(jìn)建筑制冷節(jié)能，但是玻璃遮陽系數(shù)過低，就無法滿足建筑采光需求。在這種情況下可以選擇LOW-E玻璃，尤其是雙銀LOW-E玻璃，是使用不吸熱、紅外線反射率高的材料進(jìn)行鍍膜的，因此能夠有效反射遠(yuǎn)紅外線輻射和太陽能輻射，保溫性能突出，同時(shí)還能夠選擇性投射熱能較低的可見光，將大量熱能有效隔離開來。這種玻璃的遮陽系數(shù)最低能夠降到0.3～0.6，有效減少了太陽輻射，也是公共建筑進(jìn)行外窗幕墻設(shè)計(jì)的不二選擇。

3 窗墻比設(shè)計(jì)

窗墻比主要就是窗戶面積和房間立面區(qū)域面積的比值，房間立面區(qū)域面積就是建筑物高度和開間定位線共同圍成的區(qū)域。通過窗戶，熱量傳遞到室內(nèi)空間，具體利用空氣滲透、太陽輻射和窗材導(dǎo)熱等渠道實(shí)現(xiàn)。上述渠道和窗戶大小之間擁有直接聯(lián)系，窗戶的面積和空調(diào)負(fù)荷之間呈現(xiàn)出一種線性聯(lián)系。為了促進(jìn)窗戶能耗的有效降低，各種節(jié)能窗戶也相繼誕生，但是卻無法徹底改善因?yàn)榇箝_窗所導(dǎo)致的能源浪費(fèi)問題。經(jīng)過相關(guān)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大部分人在20%的開窗率下就已經(jīng)得到基本滿足，在窗戶敞開程度達(dá)到30%的時(shí)候，達(dá)到心理滿足最高程度，在開窗幅度超出30%時(shí)，對(duì)于滿足視覺要求不再具有任何影響。此外人類對(duì)于開窗面積最低要求是底板面積的6.15%，開窗率在20%～ 30%的條件下不會(huì)對(duì)通風(fēng)效果產(chǎn)生任何影響。而目前有部分公共建筑的開窗率已經(jīng)達(dá)到70%，不滿足節(jié)能要求。

4 外窗方位設(shè)計(jì)

外窗方位的變化影響建筑內(nèi)部所接收的太陽輻射熱量。結(jié)合太陽運(yùn)行規(guī)律來看，在冬季時(shí)，南向窗戶太陽輻射熱量較大，夏季則是西面或是東面的接收熱量大。此外因?yàn)閺V東地區(qū)夏季以亞熱帶季風(fēng)氣候?yàn)橹鳎谠O(shè)計(jì)窗戶方位的過程中也應(yīng)該盡量按照北向、東南向和南向的方位設(shè)計(jì)，促進(jìn)室內(nèi)形成穿堂風(fēng)。

水平屋頂這一方位的氣候變化最為強(qiáng)烈，針對(duì)頂層居住環(huán)境和能源問題，可以進(jìn)一步加強(qiáng)保溫設(shè)計(jì)，盡量不要使用水平天窗方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。在廣東地區(qū)的公共建筑設(shè)計(jì)中，為了提高屋頂采光效果，降低水平日照量，可以設(shè)計(jì)成變化形式的屋頂造型，結(jié)合垂直采光設(shè)計(jì)。結(jié)合季風(fēng)影響和太陽輻射程度，促進(jìn)房屋外墻面積的不斷擴(kuò)大，正對(duì)南方向設(shè)置多一點(diǎn)的開窗，對(duì)于東西方向的外墻則應(yīng)該盡量避免開窗設(shè)計(jì)，朝北方向盡量少設(shè)計(jì)開窗。這也是當(dāng)?shù)氐慕ㄖ獯霸O(shè)計(jì)的理想方位朝向。

5 雙玻幕墻設(shè)計(jì)

玻璃幕墻憑借其新穎美觀的造型優(yōu)勢逐漸在建筑領(lǐng)域推廣開來，關(guān)注逐漸增加。這是影響建筑能耗和室內(nèi)熱舒適度的重要因素之一。為了有效改善單一玻璃幕墻中能耗巨大的缺點(diǎn)，雙層呼吸式幕墻誕生。這種新型的建筑節(jié)能技術(shù)在歐洲大部分國家中得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。雙層幕墻其實(shí)就是包括內(nèi)外兩種玻璃幕墻，而在兩層玻璃幕墻之間留有一個(gè)通道，外部幕墻中還設(shè)計(jì)有出風(fēng)口與進(jìn)風(fēng)口，能夠在炎熱的夏季中形成對(duì)流排熱，在雙層幕墻中間位置還專門設(shè)置了活動(dòng)遮陽。

大部分人持有這樣一種觀點(diǎn)，只要使用了良好的節(jié)能玻璃，比如雙層玻璃幕墻，就可以滿足節(jié)能發(fā)展要求，將雙層節(jié)能幕墻的功用無限夸大。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)證明和傳統(tǒng)單層玻璃幕墻相比，雙層玻璃幕墻冬季保溫隔熱效果確實(shí)更加突出，能夠有效調(diào)節(jié)室內(nèi)氣候，降低空調(diào)應(yīng)用時(shí)間，節(jié)約能源資源，玻璃的節(jié)能效果和遮陽性能完全趕不上外墻，浪費(fèi)也無法通過科技水平來彌補(bǔ)。

6 外窗氣密性設(shè)計(jì)

目前針對(duì)外窗氣密性設(shè)計(jì)主要包括兩種方法，選擇擁有良好氣密性的材料，設(shè)計(jì)合理的節(jié)能窗型。正常情況下，可以通過平開窗、固定窗和推拉窗等形式設(shè)計(jì)外窗幕墻，為此相關(guān)設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合具體情況挑選能夠適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的窗型種類。推拉窗會(huì)形成大面積氣流空間，讓空氣形成一種環(huán)流狀態(tài)，進(jìn)而降低室內(nèi)溫度。平開窗利用橡膠封條密封窗框和窗扇之間區(qū)域，因此在窗戶關(guān)閉的狀態(tài)下，是無法形成室內(nèi)環(huán)流的，但是并不代表窗戶徹底密封，氣流依然可以通過墻體和窗戶連接位置流入室內(nèi)。固定式外窗則是直接安裝到門框當(dāng)中，窗框設(shè)置在墻體內(nèi)，窗框和玻璃之間通過密封膠進(jìn)行處理，因此無法促進(jìn)室內(nèi)外空氣流通，密封效果好，在一定程度上節(jié)省了能源。在選擇密封材料的時(shí)候，針對(duì)雙層玻璃周圍可以選擇密封膠進(jìn)行處理，提高隔音和保溫效果。

7 結(jié)語

將節(jié)能設(shè)計(jì)理念應(yīng)用于公共建筑的外窗幕墻設(shè)計(jì)當(dāng)中，能夠順應(yīng)人民生活需求和國家發(fā)展趨勢，在改善建筑物隔熱保溫性能的同時(shí)，節(jié)約資源能源，促進(jìn)能源的重復(fù)利用，為國家發(fā)展贏得先機(jī)。