新型門窗節(jié)能技術(shù)及其節(jié)能減排效果分析

李樹賢 計永毅 蔡 紅*

(北京聯(lián)合大學(xué)，北京 100023)

新型門窗節(jié)能技術(shù)及其節(jié)能減排效果分析

李樹賢 計永毅 蔡 紅*

(北京聯(lián)合大學(xué)，北京 100023)

介紹了日本企業(yè)研發(fā)的“多功能雙層窗”“雙層玻璃幕墻”新技術(shù)，分析了兩種新技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理、運(yùn)行模式及節(jié)能減排效果，指出在既有建筑節(jié)能改造和新建建筑中，可以引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，增強(qiáng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，以取得顯著的節(jié)能減排效果。

多功能雙層窗，雙層玻璃幕墻，節(jié)能減排

0 引言

在影響建筑物結(jié)構(gòu)能耗的諸多因素中，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能和建筑物的氣密性成為最主要的兩個影響因素。我國既有建筑中大部分為高能耗的非節(jié)能建筑，與節(jié)能工作開展較早的發(fā)達(dá)國家相比，外墻傳熱系數(shù)K值是其2.6倍～3.6倍，屋面是其3.2倍～4.2倍，外窗是其1.4倍～2.0倍，門窗空氣滲透是其3倍～6倍[1]。為了減少建筑物的結(jié)構(gòu)能耗、降低建筑物能耗水平，必須增強(qiáng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，提高門窗的氣密性。下文分別介紹了日本企業(yè)研發(fā)的“多功能雙層窗”“雙層玻璃幕墻”新技術(shù)，這些新技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中取得了很好的節(jié)能效果。

1 多功能雙層窗

外窗是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的輕質(zhì)薄壁構(gòu)件，也是建筑節(jié)能中最薄弱的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其能耗大約是同等面積墻體的4倍、屋頂?shù)?倍[2]，對建筑整體能耗影響較大。目前，國內(nèi)對外窗進(jìn)行改造主要是通過采用新型材料來降低窗戶的傳熱系數(shù)以及通過改進(jìn)窗戶結(jié)構(gòu)形式來增加外窗的氣密性。在日本，為了提高居住舒適性，保證有很好的視野，很多高層建筑采用了大窗戶，窗戶面積大則易受外部影響，導(dǎo)致窗邊的熱環(huán)境惡化。為了保持室內(nèi)舒適性就需要更多的空調(diào)能量。針對這個問題，日本大林組公司開發(fā)了多功能雙層窗[3]。

1.1 多功能雙層窗的結(jié)構(gòu)原理

如圖1所示，在密封的雙層玻璃窗內(nèi)裝有百葉窗，窗的上下端各有一個換向閥。上端的換向閥有與通風(fēng)管道相連、與室外空氣相通和關(guān)閉三種狀態(tài)；下端的換向閥有與室內(nèi)空氣相通、與室外空氣相通和關(guān)閉三種狀態(tài)。通過換向閥的切換來調(diào)節(jié)空氣的流向，以適應(yīng)氣候的變化。在一年中，既可以保持熱環(huán)境的舒適性，又可以節(jié)省空調(diào)能耗。這是一項利用自然能與機(jī)械力相乘作用的技術(shù)，解決了原有雙層窗的問題，進(jìn)一步提高了雙層窗的性能。

1.2 多功能雙層窗的運(yùn)行模式

根據(jù)一年中的氣候變化，多功能雙層窗具有夏季、冬季和春秋季三種運(yùn)行模式。

1.2.1 夏季模式

調(diào)節(jié)百葉窗來遮擋直射的太陽光線，發(fā)揮隔熱功能。切換下端換向閥使雙層窗內(nèi)部與室外連通，室外空氣從下端換氣口進(jìn)入雙層窗內(nèi)，雙層窗內(nèi)被太陽輻射而溫度升高的空氣靠浮力排向室外。這樣，不需要開動風(fēng)機(jī)，只靠自然能就可以實(shí)現(xiàn)隔熱作用，降低了能耗。

1.2.2 冬季模式

冬季模式根據(jù)天氣狀況分為兩種：一種是絕熱，即把上下端換向閥關(guān)閉，使雙層窗內(nèi)形成封閉的夾層，阻止空氣流動。這與一般雙層窗的作用相同，空氣夾層將室內(nèi)與室外的熱傳遞阻斷，起到了絕熱作用。另一種是把下端換向閥調(diào)到雙層窗夾層與室內(nèi)相連、上端換向閥調(diào)到與空調(diào)管道相通，使室內(nèi)空氣從下端換向閥進(jìn)入雙層窗夾層，再經(jīng)由頂棚內(nèi)管道與空調(diào)返回氣流合流。在有日照時通過熱回收可以減少供暖負(fù)荷。

1.2.3 春秋季模式

春秋季節(jié)白天和夜間采用兩種模式。夜間把下端換向閥調(diào)到雙層窗夾層與室內(nèi)相連、上端換向閥調(diào)到與室外相通，從上端換氣口引入冷颼颼的室外空氣，從下端換氣口直接吹入室內(nèi)，利用夜間涼爽的室外空氣把室內(nèi)的熱量驅(qū)散。白天把下端換向閥調(diào)到雙層窗夾層與室外相通、上端換向閥調(diào)到與空調(diào)管道相通，利用涼爽的室外空氣有效地制冷。

1.3 多功能雙層窗的特點(diǎn)及節(jié)能效果

與原有的雙層窗相比，多功能雙層窗具有如下獨(dú)特的優(yōu)越性：

1)多功能雙層窗通過切換空氣的流路共有5種工作模式，可以根據(jù)氣候情況進(jìn)行最佳調(diào)節(jié)。

2)多功能雙層窗將空氣流路切換機(jī)構(gòu)小型化，使窗戶厚度從60 cm以上降至20 cm，節(jié)省了空間，可稱為薄型雙層窗，并實(shí)現(xiàn)了各樓層單獨(dú)控制。

3)由于室內(nèi)與室外沒有直接相通，所以，可以防止噪聲干擾。

4)與空調(diào)系統(tǒng)相結(jié)合，根據(jù)氣候情況以每一層為單元調(diào)節(jié)空氣的流動，能夠在一年中保持舒適的熱環(huán)境，同時實(shí)現(xiàn)空調(diào)的節(jié)能。

5)控制成本上升的同時提高節(jié)能性能，投資回收期約為9年。與一般單層窗相比，原有的雙層窗可節(jié)能24%，而多功能雙層窗可節(jié)能34%(見表1)(其中，夏季模式節(jié)能16%，冬季的絕熱模式節(jié)能8%，冬季的空氣流動窗模式節(jié)能2%，春秋季模式節(jié)能8%)。多功能雙層窗比原有的雙層窗節(jié)能13.2%。

表1 多功能雙層窗與傳統(tǒng)雙層窗節(jié)能減排效果 %

2 雙層玻璃幕墻

為了提高外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的密閉性、降低日照負(fù)荷、增強(qiáng)自然換氣效果，日本一些公司開發(fā)并應(yīng)用了雙層玻璃幕墻。

2.1 雙層玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)原理

如圖2所示為日本鹿島建設(shè)公司[4]開發(fā)的雙層玻璃幕墻結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是其實(shí)景照片，幕墻厚度為600 mm。圖2中①水平遮陽板是為最高層遮陽設(shè)置的；②和⑧分別是外側(cè)幕墻排氣口和進(jìn)氣口，可以根據(jù)不同季節(jié)氣候情況自動控制開閉；③是外側(cè)用百葉窗，可以自動控制來遮擋直射光線；④內(nèi)側(cè)換氣窗采用Low-E玻璃，可以自動控制開關(guān)；⑤內(nèi)側(cè)幕墻換氣窗同樣采用Low-E玻璃，起著隔熱作用，也可以隨時打開；⑥外側(cè)玻璃采用透明玻璃，便于維護(hù)；⑦柵板，除了有透氣作用外還兼作維修通道。

2.2 雙層玻璃幕墻的特點(diǎn)及節(jié)能效果

與傳統(tǒng)玻璃幕墻相比，雙層玻璃幕墻是一種可以通過兩層玻璃幕墻進(jìn)行室內(nèi)外空氣換氣的幕墻結(jié)構(gòu)。

1)夏季，放下雙層玻璃幕墻內(nèi)的百葉窗遮擋日光照射。此時，由于日光產(chǎn)生的熱量可以通過室外空氣換氣而被除去，所以，能夠減少空調(diào)負(fù)荷。

2)冬季，停止雙層幕墻的換氣，借助雙層玻璃來提高隔熱保溫性能。

3)春秋季節(jié)，可以通過雙層玻璃幕墻穩(wěn)定地自然換氣。

3 結(jié)語

既有建筑的節(jié)能改造由于受到建筑結(jié)構(gòu)特別是承重能力的限制，過多采取加厚墻體等措施的可能性不大，最有效的途徑就是改造門窗。我國目前既有建筑總量為450億m2，大約有80億m2玻璃門窗的改造量。全國年新增建筑約為20億m2，建筑玻璃門窗約4億m2。在既有建筑節(jié)能改造和新建建筑中，引進(jìn)國外先進(jìn)的“多功能雙層窗”“雙層玻璃幕墻”技術(shù)，將會大幅度提高門窗的氣密性，增強(qiáng)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，取得顯著的節(jié)能減排效果。

[1] 盧晨怡,陳月萍.夏熱冬冷地區(qū)既有建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造技術(shù)研究[J].創(chuàng)新科技，2013(10)：82-83.

[2] 傅樹威.既有建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造技術(shù)分析[J].節(jié)能,2013(5)：43-46.

[3] 株式會社大林組.多機(jī)能ダブルスキンサッシNEXAT[J].BE建築設(shè)備,2011(6)：20-21.

[4] 長谷川俊雄.ZEB実現(xiàn)のための設(shè)備技術(shù)者の役割[J].BE建築設(shè)備,2011(8)：33-35.

Analysis on the new type windows and doors energy-saving technologies and energy saving effectiveness

Li Shuxian Ji Yongyi Cai Hong*

(BeijingUnionUniversity,Beijing100023,China)

The new technologies of “multi-functional double window” and “double glazing” developed by Japanese companies are introduced, including structural principles, operation modes and energy saving effect of which. Foreign advanced technology can be introduced to our country during energy-saving renovation of existing buildings as well as new buildings construction, to enhance thermal insulation performance of the building envelope, achieving significant energy saving effect.

multi-functional double windows, double glazing, energy saving

2015-05-25

李樹賢(1977- )，女，碩士，講師； 計永毅(1955- )，男，碩士，副教授

蔡 紅(1967- )，女，碩士，教授

1009-6825(2015)22-0187-03

TU201.5

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