武漢地區窗體類型的節能探討

■ 屈萬英 Qu Wanying 程 唯 Cheng Wei李晚珍 Li Wanzhen

窗戶是建筑圍護結構中重要的組成部分，是建筑室內外交流的主要渠道,是建筑圍護結構中熱工性能的最薄弱環節。近些年武漢地區住宅建設有很大的發展，居住建筑的外窗也在近幾十年間發生了一系列變化,形成了多種窗型、多種窗材并存的局面。

1 窗體類型及使用現狀

1.1 窗型分類

窗體類型很多，有固定窗、平開窗、上懸窗、中懸窗、下懸窗、立轉窗、推拉窗、百頁窗 (圖1)。在歐洲多以平開窗(圖1 b)為主體,特點是利于室內換氣又不直接進風、進雨水。北美則流行一種上下提拉窗(圖1 g)，開啟面積占窗的1/2，窗臺高度900，下扇上提時有800～900的通風高度，恰好是人體活動高度。我國建筑中目前廣泛采用的窗型有固定窗、平開窗、上懸窗、中懸窗、推拉窗、百頁窗。

由于平開窗具有窗扇可以全部打開，使用面積大于推拉窗，并且向外的窗扇還能引導空氣進入室內，形成良好的空氣循環，同時當窗扇關閉后與窗框密閉性良好等優點，更容易實現通風、節能、美觀的統一。平開窗的缺點是窗幅小，視野不開闊。外開窗開啟要占用墻外的一塊空間，刮大風時易受損；而內開窗要占去室內的部分空間，開窗時使用紗窗、窗簾等也不方便，當質量不過關時，還可能滲雨。

圖1 窗體類型

推拉窗是日本最早期一種推拉門窗發展而來，推拉窗是兩個窗扇在窗框上下滑軌中，利用窗扇左右滑動開啟和關閉，開窗面積為窗框的一半。推拉窗的優點是美觀，簡潔、視野開闊，采光率高，擦洗方便，使用靈活，安全可靠，使用壽命長，占用空間少，安裝紗窗方便等。目前采用最多的就是推拉窗。但其缺點是兩扇窗戶不能同時打開，最多只能打開一半，通風性相對差一些；密封材料的原因導致密封性也稍差。

固定窗是窗框嵌在墻體內，玻璃直接安在窗框上，玻璃和窗框的接縫用密封膠，把玻璃和窗框接觸的四邊密封。

懸窗是窗扇繞水平軸轉動的窗，水平軸可設在上部、中部或下部，分別稱為上懸窗、中懸窗和下懸窗。上懸窗和中懸窗用于外窗時，通風和防雨效果較好。大量的應用于城市的商住樓、寫字樓、高檔住宅、別墅等中高檔建筑。

立轉窗是指窗扇繞垂直軸轉動的窗，可按通風需要調整旋轉角度。

百頁窗是指安裝有百頁的窗戶，百頁窗一般相對較寬，主要用于室內室外遮陽、通風。現在所見到的百頁幕墻也是從百頁窗進化而來，一般用于高樓建筑。

1.2 使用現狀

武漢地區現在使用最多的窗型為平開窗和推拉窗。

平開窗因其分格的靈活性比較大，可以將其做出任何線條的立面效果，且對于大分格的落地窗而言，開啟扇只占整窗的很小一部分，故其較適用于對建筑物整體效果要求較嚴密的高檔樓盤，特別符合建筑師所追求的大分格、寬敞明亮、通透效果好、外觀協調流暢的建筑。目前，在武漢的商業建筑、別墅類的建筑中采用平開窗。

推拉窗因其開扇位只能是水平推拉，故而難以與大分格的固定玻璃相匹配，一般都較適合于橫豎線條較為分明的開業廠房或鄉村家庭建筑。在武漢新建的大量住宅中均采用了推拉窗。

2 武漢地區的窗體設計

2.1 武漢氣候特征

武漢初夏是從每年的五月中旬開始，暑期進入盛夏，盛夏最高氣溫大部分時候在37～39℃，比有些城市要低，但是最低氣溫比較高，一般在29～30℃。由于武漢水系發達，經過白天的水氣蒸發，導致空氣濕度大，所以給人很不舒服悶熱的感覺。到了九月，氣溫也可能達到38℃左右，但是最低氣溫不是很高，十月之后進入初秋，氣溫會逐漸下降，平均氣溫在20～25℃，天氣干燥，有時候氣溫也會異常，達到接近或超過30℃。從秋天步入冬天往往很快，只要有冷空氣南下，氣溫下降十分厲害，超過10℃的降溫很常見，從12月底到來年2月是冬季，冬季的平均氣溫一般在1～3℃，天氣好時可以達到7～8℃，但是有寒潮或雨雪時常常在0℃以下。武漢大部分家庭沒有安裝暖氣，因此冬季家中覺得比較陰冷。三月后進入初春，氣溫回升很快，最高氣溫可以到達20℃，但是低溫還是比較低，三月到四月一般會出現倒春寒——常常一夜之間氣溫下降15～20℃，大雪紛飛。

總體來說，武漢市氣候特點是夏熱冬冷,夏季高溫干旱,夜間悶熱無風,“熱島效應”突出；冬季日照少,濕度大,“冷湖效應”顯著。根據武漢市近10年的氣象資料統計：全年最熱月(8月)日平均溫度為33.1℃,最冷月(1月)日平均溫度為4.1℃[1]。

2.2 窗體設計的特殊性

武漢夏季太陽輻射強烈，氣溫較高，而國內外大量的調查和測試表明[2]：太陽輻射熱通過窗戶直接進入室內是這類地區夏季室內過熱的主要原因。日本的一組數據表明夏天進入室內的熱量53%來自窗戶等開口部、28%來自換氣、9%來自屋頂。因此應將提高窗戶的熱工性能和遮陽能力，作為夏季防熱、降低空調能耗的一項重要措施。

武漢春秋時間較短，氣候較為舒服，此時應注意通風。

冬季陰冷，對于窗體來說，首先阻隔窗戶的傳熱、減少冷空氣滲透，同時爭取更多的太陽輻射熱進入室內，使室內溫度升高，有利于改善冬季居室熱環境，降低采暖能耗(圖2)。

圖2 武漢地區窗戶功能與季節的相互關系

3 武漢地區窗體節能

3.1 節能原理

統計表明，建筑物外圍護結構中，窗戶的面積約占20%，是建筑物熱交換最活躍、最敏感的部位。

窗戶中的熱量流失(交換)分為熱量的對流、傳導和輻射,這3種方式符合一切熱量的交換。對流是在門窗空隙間熱冷氣流的循環流動，導致氣體產生對流帶動熱量的交換，熱空氣及冷空氣間的對流，產生熱量流失。熱傳導是由分子運動而進行的熱量傳遞，通過物體本身的一個面把熱量傳導至另一個相對的面。輻射傳熱是能量以紅外線直接傳遞。不論什么材料制成的窗，如能對上述3種熱交換最有效地阻斷和利用，才能稱為最好的節能窗。

同時，在建筑物的使用能耗中照明能耗為20%～30%，占第二位。

如何減少熱量的流失，減少能量的浪費，要從3個主要方面考慮，如何達到減少熱量(或冷氣)的流失，才能真正起到節能的作用：①首先要從窗的結構設計考慮，由于窗體結構不同，窗型不同，對節能起著最為重要的作用；②窗體散熱面大面積是玻璃，玻璃占不同類型窗面積的70%～90%，節能玻璃是關鍵，平板玻璃、中空玻璃、鍍膜玻璃、LOW--E 玻璃，LOW--E 中空玻璃都有節能效果，只是節能程度大小不同而已。白玻璃只是透光性能好，能把太陽光直接照射在房間內；③最后才是窗框材料的節能[3]。

3.2 武漢地區窗體節能辦法

針對武漢地區特殊的氣候條件，冬季減少能耗的辦法：①利用太陽的紅外輻射加熱室內空氣溫度、紫外線輻射殺菌消毒，可見光提供采光(圖3)，減少照明能耗；②通過提高窗體結構與墻體之間、玻璃與窗框之間的密封性能，減少熱量的對流，減少能耗損失；③通過改善窗框和玻璃的傳熱系數，減少熱量由室內傳導到室外。

圖3 光線的波長與輻射能力

夏季減少能耗的辦法：①利用遮陽措施減少太陽的紅外輻射，利用具有低發射率敷層的玻璃避免大量的太陽輻射得熱，改善玻璃和窗框的傳熱性能，確保良好的隔熱；②通過提高窗體結構與墻體之間、玻璃與窗框之間的密封性能，減少熱空氣滲透，從而減少空調能耗；③同時利用太陽的可見光采光，減少照明能耗。

4個基本途徑影響武漢地區建筑物耗能,分別是熱傳遞、太陽得熱、空氣滲透及日照。對窗戶的精心設計能夠使建筑物耗能減少，一般考慮：①一年四季均應利用日光來減少照明耗能；②利用被動太陽得熱和增加窗體保溫減少冬季采暖耗能；③利用具有低發射率敷層的玻璃和適度的遮陽避免夏季過量的太陽輻射得熱，其中中空低輻射玻璃就是最好的選擇種類；④確保良好隔熱及低空氣滲透[4]。

4 武漢地區不同窗型節能效果對比分析

固定窗，只要密封膠密封得嚴密，均有良好的水密性和氣密性，空氣很難通過密封膠形成對流，因此對流熱損失極少，玻璃和窗框的熱傳導是主要損失的源泉。對大面積玻璃和少量窗框型材，在材料和形式上采取有效措施，可以大大提高節能效果。從結構上講，固定窗是節能效果最理想的窗型。固定窗的缺點是無法通風通氣，所以可在固定窗上裝小型上翻下翻窗，或在大的固定窗一側安裝小的平開窗，專門作為定時放風通氣使用。

推拉窗，在窗體內側雖有毛條加以密封，但在兩個窗扇上面空隙和窗扇下面左右兩滑輪間仍有空隙。如在冬天熱氣從窗扇上面空隙外流，冷氣從窗扇下面空隙流入，夏天則反之。不論是鋁和金或塑鋼材料制成的推拉窗，其節能性能都不理想。推拉窗不論用什么玻璃，什么窗框，其熱能對流的損失遠遠超過窗框和扇框型的熱傳導和輻射損失，也遠遠超過玻璃對室內熱量熱輻射和熱傳導損失，所以推拉窗的窗型結構就決定了它不是真正理想的節能窗。

平開窗分內外平開窗，是我國傳統使用的一種窗型。正規的鋁合金平開窗，其窗扇和窗扇間、窗扇和窗扇框間，一般均應用良好的橡膠做密封壓條。在窗扇關閉后，密封橡膠壓條壓得很緊，密封性能很好，很少有空隙，良好的密封條既便有空隙也是微乎其微的，很難形成對流，這種窗型的熱量流失主要是玻璃和窗框窗扇型材的熱傳導和輻射，如果能很好地解決上述玻璃和型材的熱傳導，平開窗的節能性能會得到有利的保證。

上懸窗在高檔的寫字樓、別墅、公寓等建筑也逐漸使用，具有良好的通風性能，同時排除了雨水進入室內的可能性。窗扇四周布置的聯動五金件和執手在室內操作的各種功能，關閉時窗扇的四周都固定在窗框上，因此安全性和防盜性能極好。通過窗扇周圍多點鎖閉，保證了門窗的密封、保溫效果。

從窗型結構上講，平開窗和上懸窗是節能較為理想而且使用很方便的窗戶類型，節能較差的為推拉窗。

5 結語

隨著全球能源緊缺形勢的加劇，建筑節能的重要性會提到更為重要的高度，那么窗戶的節能顯得更為重要，窗型的選擇也將作為重點來加以考慮。隨著窗體技術的不斷發展，改進的窗型或新型的窗型將不斷涌現，從而也將新技術不斷運用到建筑節能中，達到改善室內熱環境同時節約能源的目的。

[1]黃俊鵬，李崢嶸.建筑節能計算機評估體系研究[J].暖通空調,2004,34(11)：31-32.

[2]付祥劍. 夏熱冬冷地區建筑圍護結構節能措施[J].建筑節能(36)28.

[3]魏玲，何嘉鵬.南京地區冬季窗節能研究[J].太陽能學報,2002,23(3)：336-339.

[4]王建華，建筑外窗節能的問題與技術措施[J].工業建筑,2006,36(1)：9-13.