新型門窗節能技術及其節能減排效果分析

李樹賢 計永毅 蔡 紅*

(北京聯合大學，北京 100023)

新型門窗節能技術及其節能減排效果分析

李樹賢 計永毅 蔡 紅*

(北京聯合大學，北京 100023)

介紹了日本企業研發的“多功能雙層窗”“雙層玻璃幕墻”新技術，分析了兩種新技術的結構原理、運行模式及節能減排效果，指出在既有建筑節能改造和新建建筑中，可以引進國外先進技術，增強建筑圍護結構的保溫隔熱性能，以取得顯著的節能減排效果。

多功能雙層窗，雙層玻璃幕墻，節能減排

0 引言

在影響建筑物結構能耗的諸多因素中，建筑圍護結構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能建筑，與節能工作開展較早的發達國家相比，外墻傳熱系數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構能耗、降低建筑物能耗水平，必須增強建筑圍護結構的保溫隔熱性能，提高門窗的氣密性。下文分別介紹了日本企業研發的“多功能雙層窗”“雙層玻璃幕墻”新技術，這些新技術在實際應用中取得了很好的節能效果。

1 多功能雙層窗

外窗是建筑圍護結構中的輕質薄壁構件，也是建筑節能中最薄弱的關鍵環節，其能耗大約是同等面積墻體的4倍、屋頂的5倍[2]，對建筑整體能耗影響較大。目前，國內對外窗進行改造主要是通過采用新型材料來降低窗戶的傳熱系數以及通過改進窗戶結構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，導致窗邊的熱環境惡化。為了保持室內舒適性就需要更多的空調能量。針對這個問題，日本大林組公司開發了多功能雙層窗[3]。

1.1 多功能雙層窗的結構原理

如圖1所示，在密封的雙層玻璃窗內裝有百葉窗，窗的上下端各有一個換向閥。上端的換向閥有與通風管道相連、與室外空氣相通和關閉三種狀態；下端的換向閥有與室內空氣相通、與室外空氣相通和關閉三種狀態。通過換向閥的切換來調節空氣的流向，以適應氣候的變化。在一年中，既可以保持熱環境的舒適性，又可以節省空調能耗。這是一項利用自然能與機械力相乘作用的技術，解決了原有雙層窗的問題，進一步提高了雙層窗的性能。

1.2 多功能雙層窗的運行模式

根據一年中的氣候變化，多功能雙層窗具有夏季、冬季和春秋季三種運行模式。

1.2.1 夏季模式

調節百葉窗來遮擋直射的太陽光線，發揮隔熱功能。切換下端換向閥使雙層窗內部與室外連通，室外空氣從下端換氣口進入雙層窗內，雙層窗內被太陽輻射而溫度升高的空氣靠浮力排向室外。這樣，不需要開動風機，只靠自然能就可以實現隔熱作用，降低了能耗。

1.2.2 冬季模式

冬季模式根據天氣狀況分為兩種：一種是絕熱，即把上下端換向閥關閉，使雙層窗內形成封閉的夾層，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到雙層窗夾層與室內相連、上端換向閥調到與空調管道相通，使室內空氣從下端換向閥進入雙層窗夾層，再經由頂棚內管道與空調返回氣流合流。在有日照時通過熱回收可以減少供暖負荷。

1.2.3 春秋季模式

春秋季節白天和夜間采用兩種模式。夜間把下端換向閥調到雙層窗夾層與室內相連、上端換向閥調到與室外相通，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，利用夜間涼爽的室外空氣把室內的熱量驅散。白天把下端換向閥調到雙層窗夾層與室外相通、上端換向閥調到與空調管道相通，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及節能效果

與原有的雙層窗相比，多功能雙層窗具有如下獨特的優越性：

1)多功能雙層窗通過切換空氣的流路共有5種工作模式，可以根據氣候情況進行最佳調節。

2)多功能雙層窗將空氣流路切換機構小型化，使窗戶厚度從60 cm以上降至20 cm，節省了空間，可稱為薄型雙層窗，并實現了各樓層單獨控制。

3)由于室內與室外沒有直接相通，所以，可以防止噪聲干擾。

4)與空調系統相結合，根據氣候情況以每一層為單元調節空氣的流動，能夠在一年中保持舒適的熱環境，同時實現空調的節能。

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

表1 多功能雙層窗與傳統雙層窗節能減排效果 %

2 雙層玻璃幕墻

為了提高外圍護結構的密閉性、降低日照負荷、增強自然換氣效果，日本一些公司開發并應用了雙層玻璃幕墻。

2.1 雙層玻璃幕墻的結構原理

如圖2所示為日本鹿島建設公司[4]開發的雙層玻璃幕墻結構示意圖，圖3是其實景照片，幕墻厚度為600 mm。圖2中①水平遮陽板是為最高層遮陽設置的；②和⑧分別是外側幕墻排氣口和進氣口，可以根據不同季節氣候情況自動控制開閉；③是外側用百葉窗，可以自動控制來遮擋直射光線；④內側換氣窗采用Low-E玻璃，可以自動控制開關；⑤內側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外側玻璃采用透明玻璃，便于維護；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及節能效果

與傳統玻璃幕墻相比，雙層玻璃幕墻是一種可以通過兩層玻璃幕墻進行室內外空氣換氣的幕墻結構。

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

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，可以通過雙層玻璃幕墻穩定地自然換氣。

3 結語

既有建筑的節能改造由于受到建筑結構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。在既有建筑節能改造和新建建筑中，引進國外先進的“多功能雙層窗”“雙層玻璃幕墻”技術，將會大幅度提高門窗的氣密性，增強建筑圍護結構的保溫隔熱性能，取得顯著的節能減排效果。

[1] 盧晨怡,陳月萍.夏熱冬冷地區既有建筑圍護結構節能改造技術研究[J].創新科技，2013(10)：82-83.

[2] 傅樹威.既有建筑外圍護結構節能改造技術分析[J].節能,2013(5)：43-46.

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

[4] 長谷川俊雄.ZEB実現のための設備技術者の役割[J].BE建築設備,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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