李树贤 计永毅 蔡 红*

(北京联合大学，北京 100023)

新型门窗节能技术及其节能减排效果分析

李树贤 计永毅 蔡 红*

(北京联合大学，北京 100023)

介绍了日本企业研发的“多功能双层窗”“双层玻璃幕墙”新技术，分析了两种新技术的结构原理、运行模式及节能减排效果，指出在既有建筑节能改造和新建建筑中，可以引进国外先进技术，增强建筑围护结构的保温隔热性能，以取得显著的节能减排效果。

多功能双层窗，双层玻璃幕墙，节能减排

0 引言

在影响建筑物结构能耗的诸多因素中，建筑围护结构的保温隔热性能和建筑物的气密性成为最主要的两个影响因素。我国既有建筑中大部分为高能耗的非节能建筑，与节能工作开展较早的发达国家相比，外墙传热系数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，门窗空气渗透是其3倍～6倍[1]。为了减少建筑物的结构能耗、降低建筑物能耗水平，必须增强建筑围护结构的保温隔热性能，提高门窗的气密性。下文分别介绍了日本企业研发的“多功能双层窗”“双层玻璃幕墙”新技术，这些新技术在实际应用中取得了很好的节能效果。

1 多功能双层窗

外窗是建筑围护结构中的轻质薄壁构件，也是建筑节能中最薄弱的关键环节，其能耗大约是同等面积墙体的4倍、屋顶的5倍[2]，对建筑整体能耗影响较大。目前，国内对外窗进行改造主要是通过采用新型材料来降低窗户的传热系数以及通过改进窗户结构形式来增加外窗的气密性。在日本，为了提高居住舒适性，保证有很好的视野，很多高层建筑采用了大窗户，窗户面积大则易受外部影响，导致窗边的热环境恶化。为了保持室内舒适性就需要更多的空调能量。针对这个问题，日本大林组公司开发了多功能双层窗[3]。

1.1 多功能双层窗的结构原理

如图1所示，在密封的双层玻璃窗内装有百叶窗，窗的上下端各有一个换向阀。上端的换向阀有与通风管道相连、与室外空气相通和关闭三种状态；下端的换向阀有与室内空气相通、与室外空气相通和关闭三种状态。通过换向阀的切换来调节空气的流向，以适应气候的变化。在一年中，既可以保持热环境的舒适性，又可以节省空调能耗。这是一项利用自然能与机械力相乘作用的技术，解决了原有双层窗的问题，进一步提高了双层窗的性能。

1.2 多功能双层窗的运行模式

根据一年中的气候变化，多功能双层窗具有夏季、冬季和春秋季三种运行模式。

1.2.1 夏季模式

调节百叶窗来遮挡直射的太阳光线，发挥隔热功能。切换下端换向阀使双层窗内部与室外连通，室外空气从下端换气口进入双层窗内，双层窗内被太阳辐射而温度升高的空气靠浮力排向室外。这样，不需要开动风机，只靠自然能就可以实现隔热作用，降低了能耗。

1.2.2 冬季模式

冬季模式根据天气状况分为两种：一种是绝热，即把上下端换向阀关闭，使双层窗内形成封闭的夹层，阻止空气流动。这与一般双层窗的作用相同，空气夹层将室内与室外的热传递阻断，起到了绝热作用。另一种是把下端换向阀调到双层窗夹层与室内相连、上端换向阀调到与空调管道相通，使室内空气从下端换向阀进入双层窗夹层，再经由顶棚内管道与空调返回气流合流。在有日照时通过热回收可以减少供暖负荷。

1.2.3 春秋季模式

春秋季节白天和夜间采用两种模式。夜间把下端换向阀调到双层窗夹层与室内相连、上端换向阀调到与室外相通，从上端换气口引入冷飕飕的室外空气，从下端换气口直接吹入室内，利用夜间凉爽的室外空气把室内的热量驱散。白天把下端换向阀调到双层窗夹层与室外相通、上端换向阀调到与空调管道相通，利用凉爽的室外空气有效地制冷。

1.3 多功能双层窗的特点及节能效果

与原有的双层窗相比，多功能双层窗具有如下独特的优越性：

1)多功能双层窗通过切换空气的流路共有5种工作模式，可以根据气候情况进行最佳调节。

2)多功能双层窗将空气流路切换机构小型化，使窗户厚度从60 cm以上降至20 cm，节省了空间，可称为薄型双层窗，并实现了各楼层单独控制。

3)由于室内与室外没有直接相通，所以，可以防止噪声干扰。

4)与空调系统相结合，根据气候情况以每一层为单元调节空气的流动，能够在一年中保持舒适的热环境，同时实现空调的节能。

5)控制成本上升的同时提高节能性能，投资回收期约为9年。与一般单层窗相比，原有的双层窗可节能24%，而多功能双层窗可节能34%(见表1)(其中，夏季模式节能16%，冬季的绝热模式节能8%，冬季的空气流动窗模式节能2%，春秋季模式节能8%)。多功能双层窗比原有的双层窗节能13.2%。

表1 多功能双层窗与传统双层窗节能减排效果 %

2 双层玻璃幕墙

为了提高外围护结构的密闭性、降低日照负荷、增强自然换气效果，日本一些公司开发并应用了双层玻璃幕墙。

2.1 双层玻璃幕墙的结构原理

如图2所示为日本鹿岛建设公司[4]开发的双层玻璃幕墙结构示意图，图3是其实景照片，幕墙厚度为600 mm。图2中①水平遮阳板是为最高层遮阳设置的；②和⑧分别是外侧幕墙排气口和进气口，可以根据不同季节气候情况自动控制开闭；③是外侧用百叶窗，可以自动控制来遮挡直射光线；④内侧换气窗采用Low-E玻璃，可以自动控制开关；⑤内侧幕墙换气窗同样采用Low-E玻璃，起着隔热作用，也可以随时打开；⑥外侧玻璃采用透明玻璃，便于维护；⑦栅板，除了有透气作用外还兼作维修通道。

2.2 双层玻璃幕墙的特点及节能效果

与传统玻璃幕墙相比，双层玻璃幕墙是一种可以通过两层玻璃幕墙进行室内外空气换气的幕墙结构。

1)夏季，放下双层玻璃幕墙内的百叶窗遮挡日光照射。此时，由于日光产生的热量可以通过室外空气换气而被除去，所以，能够减少空调负荷。

2)冬季，停止双层幕墙的换气，借助双层玻璃来提高隔热保温性能。

3)春秋季节，可以通过双层玻璃幕墙稳定地自然换气。

3 结语

既有建筑的节能改造由于受到建筑结构特别是承重能力的限制，过多采取加厚墙体等措施的可能性不大，最有效的途径就是改造门窗。我国目前既有建筑总量为450亿m2，大约有80亿m2玻璃门窗的改造量。全国年新增建筑约为20亿m2，建筑玻璃门窗约4亿m2。在既有建筑节能改造和新建建筑中，引进国外先进的“多功能双层窗”“双层玻璃幕墙”技术，将会大幅度提高门窗的气密性，增强建筑围护结构的保温隔热性能，取得显著的节能减排效果。

[1] 卢晨怡,陈月萍.夏热冬冷地区既有建筑围护结构节能改造技术研究[J].创新科技，2013(10)：82-83.

[2] 傅树威.既有建筑外围护结构节能改造技术分析[J].节能,2013(5)：43-46.

[3] 株式会社大林组.多机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

李树贤(1977- )，女，硕士，讲师； 计永毅(1955- )，男，硕士，副教授

蔡 红(1967- )，女，硕士，教授

1009-6825(2015)22-0187-03

TU201.5

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