外窗节能设计与集成技术.docxVIP

1??建筑外窗节能技术

外窗节能设计是一个系统工程，既要满足自然采光、外部景观视野以及建筑节能等技术方面的需要，又要满足空间形态的精神内涵，同时还要考虑全生命周期的投资成本。因此，在建筑方案概念阶段，从设计源头就必须通过优化窗墙比、遮阳设计、窗户形态等降低建筑的能耗。随着设计的深化，研究逐步关注窗户本身的物理性能，通过采取提高可见光透射率和太阳调制能力、减小窗户的传热系数等，以及改善窗墙连接点的构造增强窗户气密性等措施，阻断热桥能量散失，减小建筑能量的损耗。外窗设计是一个递进的优化过程，必须统筹权衡窗户的各项指标性能，选择最优的技术方案。

目前，基于模拟仿真优化是实现开窗节能设计目标的一种很有前途和普遍的方法，其中，较常用的模拟工具包括能量模拟软件EnergyPlus、TRNSYS，采光模拟工具Radiance以及开窗优化算法工具GeneticAlgorithms等。

1.1??窗墙比

在立面设计涉及的所有元素中，窗墙比是一个对采光和能量平衡有着重要影响的参数，最佳值应是能量和采光性能的折中。而合适的窗墙比设计甚至可以比窗户技术更节能。在窗墙比（WWR）研究中，发现窗墙比的变化对总建筑能耗的影响有较大差异，且最优窗墙比与气候区也存在一定的关联。

因此，建筑师在建筑方案设计之初就应该综合关注开窗面积指标，并应采用合理的开窗形式。现有研究发现，水平窗与其他形状的开窗相比，室内照度更均匀，有利于节约照明能耗。总之，相比提升外窗节能技术，通过结合气候特征合理优化窗墙比和外窗形式能起到事半功倍的效果。

1.2??建筑遮阳

建筑遮阳是一种简单有效降低建筑能耗的方法，包括固定遮阳、活动遮阳、植被遮阳等。对于冷负荷占主导地位的建筑，在窗系统中应用节能遮阳装置，可以有效降低太阳能的热增量，从而有助于降低制冷需求，随着纬度的降低，遮阳装置的作用越来越明显。上述研究发现：建筑遮阳可有效控制室内热环境和光环境，尤其在制冷为主的地区其具有良好的节能效果；遮阳方式也会对节能效率有影响，应结合气候特征选择合适的遮阳方式；动态遮阳具有更好的气候适应性，故其可显示出更好的遮阳效果。

1.3??窗框架

窗框的材料主要有木框架、聚氯乙烯（PVC）、高性能铝、玻璃纤维增强塑料（GFRP）等。这些材料各具优缺点：木框架导热系数低，易变形，防水、防火性能差；铝框架重量轻、强度高，与常用的框架材料相比，其热性能最差，因此断桥技术对改进建筑材料性能，提高建筑节能尤为重要。PVC框架保温、隔热、气密性好，但强度低，需要依靠内衬材料增强刚度。GFRP框架质轻、高强、保温、隔声，但在吸湿、耐腐蚀或紫外线降解方面不太突出。在这些框架材料中，铝框架虽然传热系数高，但因其具有高回收率的特点，因此在生命周期内对环境的影响最小。窗框节能主要是采用在空腔内插入绝缘材料及降低表面涂层发射率的方式来减小窗框架的传热系数，从而降低建筑的能源使用。

外窗框和墙壁的连接特别重要，可贡献高达40?%的建筑围护结构由热桥造成的总热损失，将窗户置于最节能的位置会使线性传热系数降低50?%以上。由此可见，窗框架材料、空腔填充物、表面涂层、窗墙连接构造等都会影响窗框架的传热系数，并对节能效果产生较大影响。

1.4??窗玻璃

1.4.1??静态窗

静态玻璃是指具有单一固定光学和热性能的玻璃，如热传系数（U值）、可见光透射率（Tvis）或太阳热增益系数（SHGC）。建筑中的大部分能量是通过窗户的红外辐射消耗的，因此，对于更多的节能建筑来说，迫切需要太阳红外线阻隔或低辐射窗户。现有研究发现，采用灰色反射玻璃窗可以有效地节约建筑物的年净制冷和采暖费用。静态节能玻璃主要是各种银基低发射（Low-E）或太阳红外阻隔（IRB）涂层玻璃，是在玻璃表面镀上多层金属或其他化合物组成的膜系产品，其主要针对炎热气候和寒冷气候进行优化。Low-E薄膜是目前应用最广泛的节能材料,但这种薄膜的耐热性非常差，人们常采用掺杂多价金属的方式来解决这个问题。另外，具有优异隔热性能和良好防紫外线性能的透明复合窗膜也是一种潜力较大的节能建筑玻璃涂料。

1.4.2??动态窗（智能玻璃窗）

智能窗是指可以根据需要动态调节太阳光透射率来节约建筑能耗的窗户。动态窗主要包括：电致变智能窗、热致变窗、光致变窗等。其中，电致变智能窗属于主动光调制方法，而分别对环境温度和光强度做出反应的热变色和光变色通常被认为是被动方法。与传统的静态窗相比，动态窗解决方案能够根据不断变化的边界条件调整其光学性能，因此有潜力提高建筑物的能源性能和用户舒适度，动态玻璃是近年来建筑领域的研究热点。

（1）电致变智能窗。电致变智能窗主要包括电致变色（EC）、聚合物分散液晶（PDLC）和悬浮粒子器件（SPD）等。电致变色窗材料包括无机电致变氧化物和有机电致变色聚合物。EC器件通常由多层结构（