一種適合北方近南向窗口的可變構造設計方案★

王天鵬

(蘭州交通大學建筑與城市規(guī)劃學院，甘肅蘭州 730070)

0 引言

傳統(tǒng)窗的基本功能與特點決定了外窗是傳遞室內外熱量最多的構件。北方地區(qū)的建筑為節(jié)約能耗、減少室內冷熱負荷，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造、雙層及多層中空玻璃構造、低導熱系數的窗框材料、低輻射高反射性玻璃、加強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行改造，一定程度上提高了窗的總熱阻，但相對于實體保溫墻體，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，減少了空調制冷負荷，但同時也降低了室內采光量，遮擋了冬季的一部分太陽輻射得熱量，增加了采暖負荷，不利于節(jié)能保溫。

為了協(xié)調天然采光、熱工節(jié)能(冬季納陽保溫、夏季遮陽隔熱)，甚至防風沙、防爆等多種功能需求的應用特點，現(xiàn)代建筑窗系統(tǒng)采用可變性、活動式的構造設施是勢在必行的設計思路。

本文旨在設計一種能夠靈活實現(xiàn)上述功能需求、構造可行且便于實施維護的窗口設施。

1 構造方案

總體設計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施。該構造設施由上、下兩塊板組成。上部板兩側安裝三角滑軸，滑動軌道可固定于外墻面，從而實現(xiàn)板的上下推拉平移;同時并能旋轉90°呈水平狀態(tài)開啟，如圖1a)所示。下部板兩側安裝三角固定轉軸固定于外墻面，板可實現(xiàn)90°旋轉呈水平狀態(tài)或垂直狀態(tài)，如圖1b)所示。上、下兩塊板采用輕質多層疊合構造，如圖2所示。

圖1 上、下部板安裝三角滑動轉軸示意圖

圖2 板的斷面構造層次示意圖

2 多功能需求的實現(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，該可變設施可靈活方便地實現(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，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入室內的太陽反射輻射量，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間段內，太陽高度角較大，宜采用水平式遮陽方式，此時將上部板旋轉呈水平狀態(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實現(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間段內，太陽高度角會比較小，適宜采用擋板式遮陽方式，此時將上部板旋轉呈垂直狀態(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、防風沙、防爆

如圖6所示，上部板旋轉呈垂直狀態(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做好密封處理，如加設彈性密封條，整個系統(tǒng)呈全封閉狀態(tài)。該狀態(tài)在實際應用中可實現(xiàn)多種目的:

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

2)對于公共建筑，在提高夜間室內保溫隔熱的節(jié)能作用的同時，更重要的是可實現(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常光顧北方城市，該設施全封閉狀態(tài)下可有效地阻擋細密的沙塵侵入室內。

圖6 全封閉保溫隔熱、隔聲、防風沙、防爆狀態(tài)

3 結語

本文提出的可變式窗口多功能構造設施安裝方便，構造簡單可靠，適合于任何尺寸的帶窗下墻的獨立窗洞口，為建筑外窗適應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.采暖居住建筑實施節(jié)能65%目標——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.建筑遮陽技術在綠色建筑中的應用研究［J］.建設科技，2012(15):30-33.

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