一種適合北方近南向窗口的可變構(gòu)造設(shè)計(jì)方案★

王天鵬

(蘭州交通大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，甘肅蘭州 730070)

0 引言

傳統(tǒng)窗的基本功能與特點(diǎn)決定了外窗是傳遞室內(nèi)外熱量最多的構(gòu)件。北方地區(qū)的建筑為節(jié)約能耗、減少室內(nèi)冷熱負(fù)荷，已采取了很多節(jié)能措施，歸納起來主要有增大熱阻和設(shè)置固定式遮陽裝置兩類方法，但兩類方法尚存在一定的問題。第一，增大窗戶總熱阻主要包括改變采用空腹斷橋式窗框構(gòu)造、雙層及多層中空玻璃構(gòu)造、低導(dǎo)熱系數(shù)的窗框材料、低輻射高反射性玻璃、加強(qiáng)窗框與窗扇間和窗扇與玻璃間接縫的密閉性等措施［1-4］。此類措施都是對窗本身進(jìn)行改造，一定程度上提高了窗的總熱阻，但相對于實(shí)體保溫墻體，窗的總熱阻仍然較小，外窗相對于墻體仍然是形成熱橋的主要部位。第二，在北方地區(qū)設(shè)置固定遮陽裝置［5，6］也存在一定的問題。遮陽雖減少夏季太陽輻射得熱，減少了空調(diào)制冷負(fù)荷，但同時(shí)也降低了室內(nèi)采光量，遮擋了冬季的一部分太陽輻射得熱量，增加了采暖負(fù)荷，不利于節(jié)能保溫。

為了協(xié)調(diào)天然采光、熱工節(jié)能(冬季納陽保溫、夏季遮陽隔熱)，甚至防風(fēng)沙、防爆等多種功能需求的應(yīng)用特點(diǎn)，現(xiàn)代建筑窗系統(tǒng)采用可變性、活動式的構(gòu)造設(shè)施是勢在必行的設(shè)計(jì)思路。

本文旨在設(shè)計(jì)一種能夠靈活實(shí)現(xiàn)上述功能需求、構(gòu)造可行且便于實(shí)施維護(hù)的窗口設(shè)施。

1 構(gòu)造方案

總體設(shè)計(jì)思路是在窗口外安裝活動式的集納陽、遮陽、保溫、防爆于一體的板狀設(shè)施。該構(gòu)造設(shè)施由上、下兩塊板組成。上部板兩側(cè)安裝三角滑軸，滑動軌道可固定于外墻面，從而實(shí)現(xiàn)板的上下推拉平移;同時(shí)并能旋轉(zhuǎn)90°呈水平狀態(tài)開啟，如圖1a)所示。下部板兩側(cè)安裝三角固定轉(zhuǎn)軸固定于外墻面，板可實(shí)現(xiàn)90°旋轉(zhuǎn)呈水平狀態(tài)或垂直狀態(tài)，如圖1b)所示。上、下兩塊板采用輕質(zhì)多層疊合構(gòu)造，如圖2所示。

圖1 上、下部板安裝三角滑動轉(zhuǎn)軸示意圖

圖2 板的斷面構(gòu)造層次示意圖

2 多功能需求的實(shí)現(xiàn)

對于中國北方大部分地區(qū)居住建筑和公共建筑中接近南向的窗口，該可變設(shè)施可靈活方便地實(shí)現(xiàn)下述四種功能狀態(tài)。

2.1 冬季白天納陽保溫

北方冬季白天情況下，希望通過建筑窗口更多的獲得太陽輻射得熱，提高室溫和熱舒適度，降低采暖能耗，故而將上部板(遮陽板)旋轉(zhuǎn)至垂直狀態(tài)并滑移至最上端，便于太陽直射輻射無阻擋的射入室內(nèi)，下部板(納陽板)呈水平狀態(tài)，利用板的上表面的反射特性提高進(jìn)入室內(nèi)的太陽反射輻射量，從而最大限度的利用太陽熱能，如圖3所示。

圖3 冬季白天納陽保溫狀態(tài)

2.2 夏季白天水平遮陽隔熱

北方夏季白天正午前后時(shí)間段內(nèi)，太陽高度角較大，宜采用水平式遮陽方式，此時(shí)將上部板旋轉(zhuǎn)呈水平狀態(tài)并滑移至最上端，下部板依然呈水平狀態(tài)，保證最大限度的獲得天然采光的同時(shí)實(shí)現(xiàn)有效地遮擋窗口正上方入射的太陽直射輻射。此外，還可以取得良好的立面陰影效果，增強(qiáng)建筑物的立體感，如圖4所示。

2.3 夏季白天擋板遮陽隔熱

北方夏季白天上午日出后和下午日落前時(shí)間段內(nèi)，太陽高度角會比較小，適宜采用擋板式遮陽方式，此時(shí)將上部板旋轉(zhuǎn)呈垂直狀態(tài)并且滑移至最下端，下部板呈水平狀態(tài)，保證獲得一定天然采光的同時(shí)有效地遮擋斜射至窗口的太陽直射輻射，如圖5所示。

圖4 夏季白天水平遮陽隔熱狀態(tài)

圖5 夏季白天擋板遮陽隔熱狀態(tài)

2.4 全封閉保溫隔熱、隔聲、防風(fēng)沙、防爆

如圖6所示，上部板旋轉(zhuǎn)呈垂直狀態(tài)并滑移至最下端，下部板上翻至垂直狀態(tài)，兩板對縫處以及板四周與墻面接縫處均應(yīng)做好密封處理，如加設(shè)彈性密封條，整個(gè)系統(tǒng)呈全封閉狀態(tài)。該狀態(tài)在實(shí)際應(yīng)用中可實(shí)現(xiàn)多種目的:

1)對于居住建筑，可提高夜間室內(nèi)保溫隔熱與隔聲效果，保證熱舒適性和安靜的環(huán)境，提高人的睡眠質(zhì)量，并有防盜功能;

2)對于公共建筑，在提高夜間室內(nèi)保溫隔熱的節(jié)能作用的同時(shí)，更重要的是可實(shí)現(xiàn)防盜、防爆、防砸等功能，尤其是對于銀行、商業(yè)、大使館類建筑等;

3)氣候環(huán)境的變化使得沙塵天氣經(jīng)常光顧北方城市，該設(shè)施全封閉狀態(tài)下可有效地阻擋細(xì)密的沙塵侵入室內(nèi)。

圖6 全封閉保溫隔熱、隔聲、防風(fēng)沙、防爆狀態(tài)

3 結(jié)語

本文提出的可變式窗口多功能構(gòu)造設(shè)施安裝方便，構(gòu)造簡單可靠，適合于任何尺寸的帶窗下墻的獨(dú)立窗洞口，為建筑外窗適應(yīng)多種功能需求提供了有益的參考。

［1］ 王 林.提高斷熱鋁合金窗節(jié)能效果的措施［J］.門窗，2009(4):54-57.

［2］ 鄭非藝.既有建筑外窗節(jié)能改造研究［J］.山西建筑，2012，38(26):211-212.

［3］ 齊典偉，王萬江，胡 毅，等.采暖居住建筑實(shí)施節(jié)能65%目標(biāo)——窗節(jié)能措施探討［J］.建筑節(jié)能，2010(3):17-18.

［4］ 曾 紅，吳思睿.建筑外窗節(jié)能技術(shù)及適用性研究［J］.新型建筑材料，2012(11):14-15.

［5］ 楊仕超，周 荃.建筑遮陽技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用研究［J］.建設(shè)科技，2012(15):30-33.

［6］ 葛曉天.建筑遮陽技術(shù)的應(yīng)用與推廣［J］.墻材革新與建筑節(jié)能，2009(5):51-52.