摘要：本文根據北方寒冷地區氣候特點，在建筑外窗構件的節能設計研究的基礎上，對外窗節能設計需要考慮的三大因素:太陽能的利用、外窗保溫隔熱性能、外窗氣密性進行了詳細探討。

　　關鍵詞：建筑節能、外窗節能、設計方法

　　Abstract: in this paper, according to the north in cold weather characteristics, in building outside the window of the component energy saving design research, and on the basis of energy saving design of foreign window to consider three factors: the use of solar energy, outside the window thermal insulating properties, outside the window air tightness carried on the detailed discussion.

　　Keywords: building energy saving, energy saving, design method outside the window

　　引言

　　建筑外窗對室內人體的熱舒適性關系甚大，玻璃窗狀況如何，對室內熱環境、聲環境和光環境都有很大的影響。

　　外窗的節能可提高外窗的保溫隔熱性能，改善室內溫度，改善窗戶內表面溫度，控制空氣滲透，使室內換氣量合理，滿足人體需求，在減少能源消耗的同時，提高室內熱舒適程度和視覺舒適程度，改善室內環境，提高住宅的品質。

　　一、建筑外窗的傳熱與得熱過程分析

　　外窗是由玻璃與其他透光材料以及框架組成的，為透光圍護結構。通過透光圍護結構的熱傳遞過程與非透光圍護結構有很大的不同。由于透光圍護結構可以透過太陽輻射，而且這部分熱量在建筑物熱環境的形成過程中發揮了重要的作用.因此形成的顯熱得熱包括兩部分:通過玻璃板壁的傳熱量和透過玻璃的日射輻射得熱量。

　　1、冬季門窗的熱過程

　　提高寒冷地區冬季外窗的節能效果，必須減少室內熱量損失，通過外窗材料的選擇，節點的合理設計。

　　從圖1中我們可以看到，盡量多地利用太陽輻射，可在保證室內熱舒適地情況下，降低采暖設備供熱的能耗量，達到節能的效果。因此，寒冷地區的冬季節能途徑：一是盡量利用太陽輻射；二是提高圍護結構的保溫性能。

圖1 冬季傳熱總過程
 

　　2、夏季門窗的熱過程

　　北方寒冷地區夏季的太陽直射輻射量要少于冬季，因此，夏季可采用活動遮陽等措施減少太陽直射的輻射量，同時在朝向上應盡量避免主要房間朝西或偏西方向。

　　采用保溫隔熱性能好的外門窗也可減少由于熱量傳遞從室外進入室內的熱量。夏季的夜晚或陰天，當室內溫度比室外高時，最好的辦法時開窗通風，良好的通風可迅速帶走室內的熱量，降低溫度，減少或停止空調的使用二良好的自然通風是夏季免費的健康"空調"，對建筑節能至關重要。

　　二、建筑外窗構件的節能理論研究

　　1、建筑外窗的組成及熱阻

　　建筑外窗是由玻璃等透明材料以及固定這些透明材料的窗框以及相關的支撐結構如五金等組成的，按照窗框的材料不同，有木窗、鋼窗、鋁合金、塑鋼窗等，按照窗戶的開啟方式有平開窗、推拉窗、懸窗、固定窗、平開下懸窗等。窗戶由窗框材料與玻璃系統組成，若假定玻璃及框扇的傳熱為嚴格的并聯關系，窗戶的總熱阻公式為：

　　（1）

　　其中 、 分別為玻璃系統與框扇所對應的總熱阻，指所考慮對象內側空氣至外側空氣的熱阻 、 ，為玻璃與窗框的面積。如果已知框扇所占的面積比率：

　　由公式（1）可得到窗的傳熱系數K值關系式：

　　（2）

　　式中： 、 為玻璃、窗框的傳熱系數。

　　建筑外窗的節能首先需降低窗的傳熱系數，由以上公式可知，要使窗戶有較小的傳熱系數，窗玻璃與窗框的傳熱系數越小越好;窗框的傳熱系數較大時，其所占面積越小越好;當窗框的傳熱系數較小時，隨著其面積比率的增大，窗戶傳熱系數有減少的趨勢。

　　2、建筑外窗框的節能設計分析研究

　　建筑外窗框加強保溫節能效果可采取以下三個途徑:一是選擇導熱系數小的框料，二是采用導熱系數小的材料截斷金屬框扇型材的熱橋制成斷熱式窗，三是利用框料內的空氣腔室或利用空氣層截斷金屬框扇的熱橋。

　　為降低窗的傳熱系數，可采用復合窗，即將帶腔的金屬和非金屬復合而成構成復合型材，但也必須保證非金屬型材有足夠的厚度，如鋁塑復合窗。鋁塑鋁平開窗，是鋁合金型材在內外兩側，中間的PVC一U型材必須是二腔室以上，以燕尾槽形式插接在一起，經開齒滾壓緊密復合成一體。

　　三、建筑外窗玻璃節能措施分析

　　1、璃的保溫節能及太陽輻射節能方面

　　窗玻處的節能設計主要有玻璃的保溫節能及太陽輻射節能兩方面。

　　單層玻璃的熱阻很小，幾乎就等于玻璃兩個表面換熱阻之和，即單層玻璃的導熱阻可以忽略不計，所以通過窗戶的熱流很大，使得整個墻面的保溫節能效果相對減弱。故窗玻處的保溫節能措施通常采用以下三種方法:

　　(1)利用雙層窗或雙層玻璃，即通過設置空氣間層提高窗玻的保溫能力。

　　(2)利用能發射紅外線的玻璃或利用貼有反射紅外線的合成樹脂薄膜的玻璃。

　　(3)利用(1)(2)兩種方法的復合形式.

　　不同玻璃其對太陽輻射的透過能力及傳熱特性各不相同，玻璃的選擇還與太陽輻射關系密切。透過大氣層到達地平面的太陽輻射熱按光譜區的能量分配大致如下:波長0.3~0.38 um的紫外光，其輻射能約占太陽總輻射能的13%;波長0.38-0.78 um的可見光區，其輻射能約占太陽輻射能的43%:波長0.78-2.5um的紅外光，其輻射能約占太陽輻射能的41%;其余的約占3%，即太陽輻射能量的97%集中在波長低于2. 5um的中短波。而100℃以下物體的輻射能量集中在高于2.5um的中長波范圍內，如室內家具、電器及人體等發出的輻射能。

　　2、提高窗的氣密性，減少窗戶的空氣滲透耗熱量

　　外窗存在墻與框、框與扇、扇與玻璃之間的裝配縫隙，會產生室內外空氣交換。通過窗戶縫隙的空氣滲透量過大，就會導致熱耗增加。

　　房間的氣密程度影響其換氣次數。窗的氣密性好，空氣滲透量小，則房間的換氣次數就比較少。因此，在滿足房間衛生條件的前提下，減少換氣次數可以達到較好的節能效果.當然換氣次數的減少應控制在保證人對新鮮空氣需求量的范圍內，使室內空氣質量無損于居住的身心健康。

　　圖2 換氣次數與節能率的關系圖

　　3、部分附加物對窗節能效果的影響

　　（1）窗的夜間保溫對節能的影響

　　居室的窗簾通常能起到阻擋視線、保證室內私密性和豐富室內色彩的作用。保溫窗簾和保溫板對減少夜晚窗的熱耗同樣起著重要作用。

　　（2）窗外遮擋對節能的影響

　　住宅的陽臺在冬季會遮擋一部分進人窗的太陽輻射，遮擋的程度取決于陽臺的挑出尺寸，且遮擋的情況還與朝向有關。

　　結論

　　文中主要探討了建筑外窗構件節能理論與設計選型，并從提高保溫性能角度研究建筑外窗節能，需在窗框節能設計、玻璃節能設計、氣密性的節能設計這三方面進行研究。

　　窗玻處的節能設計主要有玻璃的保溫節能及太陽輻射節能兩方面，同時要重視氣密性對保溫性能的影響，否則將嚴重降低外窗的實際保溫隔熱能力。

　　參考文獻

　　[1]李漢章，建筑節能技術指南，北京，中國建筑工業出版社，2006

　　[2]郁文紅，建筑節能的理論分析與應用研究.博士學位論文，天津大學，2004