關(guān)中地區(qū)農(nóng)村住宅外窗的節(jié)能研究

孫 賓 沈雅鈞

(浙江海洋學(xué)院船舶與建筑工程學(xué)院，浙江舟山 316000)

我國(guó)農(nóng)村地域遼闊，人口眾多，住宅建筑需求量大，農(nóng)村建筑節(jié)能是關(guān)系國(guó)家經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重要問題。但相對(duì)于城市建筑而言，農(nóng)村住宅的建筑水平普遍偏低、能源消耗高。窗戶作為建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的開啟部位，除采光、日照、通風(fēng)等基本功能外，還承擔(dān)著保溫、隔熱、隔聲的任務(wù)。與建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的其他部分相比，窗戶的傳熱系數(shù)較大，是建筑節(jié)能的薄弱環(huán)節(jié)。隨著生活水平的提高，農(nóng)村住宅設(shè)計(jì)漸趨多樣化、個(gè)性化，特別是考慮到采光的需要，窗墻面積比有逐步增大的趨勢(shì)，提高窗戶的隔熱保溫性能、開展窗戶節(jié)能技術(shù)的研究尤顯重要。

本文以陜西關(guān)中地區(qū)為例，對(duì)農(nóng)村住宅外窗的現(xiàn)狀以及保溫性能進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的節(jié)能措施。

1 關(guān)中地區(qū)農(nóng)村住宅外窗的現(xiàn)狀

關(guān)中位于陜西中部，屬大陸性季風(fēng)氣候，冬冷夏熱、四季分明。年平均氣溫12℃ ～13．6℃，最冷月1月平均氣溫 －3℃ ～1℃，冬季極端最低氣溫可達(dá)－16．9℃ ～－20．8℃;最熱月7月平均氣溫23℃ ～27℃，夏季極端最高氣溫可達(dá)41．4℃ ～45．2℃[1］。因此，窗戶作為熱流的主要通道之一，既應(yīng)滿足住宅冬季保溫要求，還應(yīng)兼顧夏季換熱的需要。

1．1 現(xiàn)有住宅常用窗型及其性能分析

有調(diào)查資料顯示[1］，在關(guān)中經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后地區(qū)，農(nóng)宅的建筑結(jié)構(gòu)形式以磚木結(jié)構(gòu)及磚混結(jié)構(gòu)形式為主，墻體與屋頂無保溫。外窗多為木框單玻窗，并依舊保留著許多古老的格子紙窗;從所用材型上分，較常用的有木窗與鋁合金窗，較少用塑料窗，其中木窗占了較大比重。而在一些經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)地區(qū)，農(nóng)宅窗戶形式已與城市類似，鋁合金窗的使用十分普遍。由于木窗耐久性能不高，加上木材資源的日趨緊張，近幾年新建的住宅已較少使用木窗。

1)格子紙窗。格子紙窗也稱欞子窗，這是比較古老的窗型，舊時(shí)農(nóng)家多用此種窗。其主要特點(diǎn)是:外部窗架都是采用紙糊方式擋風(fēng)遮陽，透光不透景是它的最大優(yōu)點(diǎn)。窗紙具有一定的厚度與韌性，并具有一定的保溫性。因陜西氣候干燥，糊窗紙的使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)，至今在關(guān)中貧困偏遠(yuǎn)地區(qū)仍保持著這種紙窗。因窗紙的厚度小、傳熱系數(shù)也較大，故其保溫性能較差，采光、日照、通風(fēng)和觀賞等性能也不甚理想。

2)普通單層玻璃窗。普通單層玻璃窗結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，目前在關(guān)中農(nóng)村應(yīng)用較為普遍，特別是2000年左右建造的農(nóng)宅大多采用這種窗型。因采用玻璃作為窗材，采光、日照、觀賞性能遠(yuǎn)優(yōu)于紙窗。同時(shí)，雖然玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)比紙大，但因其厚度比紙大得多，故單層玻璃窗的保溫性能一般也要優(yōu)于紙窗。當(dāng)采用木制窗框時(shí)，材質(zhì)大多以松木、楊木為主，具有很好的抗壓強(qiáng)度和抗彎折強(qiáng)度，安裝后居室的保溫、隔熱、隔音等性能相對(duì)于其他材質(zhì)的窗有著顯著的優(yōu)勢(shì)。但總體而言，單層玻璃窗的保溫性能仍不能滿足建筑節(jié)能的要求。

3)推拉窗。目前關(guān)中農(nóng)村住宅采用較多的另一種窗型為推拉窗，并常與鋼化玻璃組合使用，窗框也從木質(zhì)材料改為鋁合金材料。鋼化玻璃的抗沖擊強(qiáng)度是普通玻璃的3倍～5倍[2］，且在受到一般破壞之后，不會(huì)形成鋒利的碎片，在安全方面有極大的優(yōu)勢(shì)。加之鋁制窗框具有優(yōu)良的防腐性能及良好的抗氧化性，在近幾年的新建農(nóng)宅中，該種類型窗戶的使用大幅度增加，特別是在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)或生活水平較為富裕的中等農(nóng)家。不足之處是鋁制窗框的導(dǎo)熱系數(shù)大，相對(duì)增加了窗框部分的熱損失，同時(shí)，寒冬季節(jié)窗框部分容易結(jié)露結(jié)霜[2］。

1．2 存在問題

縱觀關(guān)中地區(qū)農(nóng)宅外窗的現(xiàn)狀，主要存在以下問題:

1)因經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不平衡，農(nóng)宅的類型及窗戶形式的區(qū)域性差異較大，窗戶節(jié)能的實(shí)施也應(yīng)因地而異。2)農(nóng)戶的節(jié)能意識(shí)相對(duì)薄弱，既有建筑多數(shù)未采取任何節(jié)能措施或只采用簡(jiǎn)單的措施，效果不佳;特別是所用窗戶多為非節(jié)能窗，其保溫隔熱性能普遍很差，能源浪費(fèi)較大。3)許多農(nóng)戶出于對(duì)采光、通風(fēng)等因素的考慮，新建住宅窗戶面積有逐漸增大的趨勢(shì)，進(jìn)一步加劇了其保溫性能的惡化，不利建筑節(jié)能的開展。

2 住宅外窗的節(jié)能措施探討

窗戶是建筑物保溫的薄弱環(huán)節(jié)，相對(duì)于關(guān)中等寒冷地區(qū)而言，其保溫性能就顯得尤其重要。建設(shè)部已出臺(tái)了一系列規(guī)范，對(duì)建筑節(jié)能提出了硬性要求，而目前陜西關(guān)中地區(qū)所普遍采用的窗型顯然不能滿足建筑節(jié)能的要求，為此提出以下改進(jìn)措施。

2．1 既有住宅外窗的節(jié)能改造

關(guān)中地區(qū)既有農(nóng)宅的窗戶多為非節(jié)能窗，可針對(duì)不同的窗型采取相應(yīng)措施以改善建筑物窗戶的保溫性能和氣密性。2．1．1 格子紙窗

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，古老建筑多被拆除，加上格子紙窗本身的一些不足，新建樓房不再采用格子紙窗。但窗欞文化濃縮了中國(guó)歷史文化的精華，其意義已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了窗戶本身的功能。因此，對(duì)于關(guān)中地區(qū)部分農(nóng)村既有住宅中尚存的格子紙窗，有關(guān)部門應(yīng)盡全力做好保護(hù)工作，在不改變窗戶基本外形的情況下，可適當(dāng)進(jìn)行以下節(jié)能改造，以使其保溫性能符合或接近建筑節(jié)能的要求。1)在窗戶的開啟部位增設(shè)氣密條，以改善窗戶的氣密性，減小通過窗戶的空氣滲透熱損失。2)改變現(xiàn)有的室內(nèi)通風(fēng)換氣方式，如采用簡(jiǎn)易節(jié)能排風(fēng)扇等改善室內(nèi)衛(wèi)生條件，盡量減少外門和外窗的開啟次數(shù)和開啟時(shí)間。3)采用適當(dāng)?shù)恼陉柎胧?。夏季，可采用適當(dāng)?shù)耐庹陉?如在窗外安裝外遮陽卷簾、活動(dòng)式遮陽傘等)把熱量擋在室外;冬季，則采用內(nèi)遮陽(如可裝厚織物制作的窗簾)以阻擋室內(nèi)熱量的散失。內(nèi)、外遮陽合理地配合使用，可達(dá)到較好的隔熱保溫效果。

2．1．2 其他窗型

對(duì)于其他窗型，除上述措施外，還可從以下幾方面綜合考慮，進(jìn)一步改善其性能。

1)在現(xiàn)有玻璃窗扇的內(nèi)表面粘貼一層透明塑料薄膜，利用玻璃與薄膜之間形成的空氣層來提高窗戶的熱阻。有資料顯示，玻璃貼膜后，窗戶熱阻值可比貼膜前提高40倍以上，既可降低通過窗戶的傳熱耗能，還可減少窗戶結(jié)露現(xiàn)象[3］。2)采用附加活動(dòng)保溫窗扇進(jìn)行保溫?？紤]到不同朝向的窗戶對(duì)日照的不同特點(diǎn)，活動(dòng)窗扇可采用不同的保溫芯材。文獻(xiàn)[3］選用某單身宿舍同層中間兩南向房間附加活動(dòng)保溫窗扇進(jìn)行了試驗(yàn)，得到了令人滿意的保溫效果。3)改普通玻璃為中空玻璃或Low-e玻璃。中空玻璃由兩片或兩片以上的玻璃使用高強(qiáng)度高氣密性復(fù)合粘結(jié)劑粘合制成，既具有高效的隔音隔熱功能，并可降低建筑物自重;Low-e玻璃又稱低輻射玻璃，與普通玻璃及傳統(tǒng)的建筑用鍍膜玻璃相比，具有優(yōu)異的隔熱效果和良好的透光性。不足的是，上述兩種玻璃的價(jià)格均高于普通玻璃，在使用上受到一定的限制[4］。但對(duì)于關(guān)中等寒冷地區(qū)而言，采用中空玻璃或Low-e玻璃的優(yōu)勢(shì)十分顯著，在我國(guó)的城市新型建筑中已被普遍采用。因此，經(jīng)濟(jì)條件較好的農(nóng)戶，可考慮用保溫效果較好的中空玻璃或Low-e玻璃替換原普通玻璃。4)將單玻璃窗改為具有空氣間層的雙層玻璃窗，熱阻顯著增大，以大大提高窗戶的隔熱性。有研究表明[2，5］:改為雙層玻璃窗后，在夏季制冷工況下通過窗戶的能耗可降低20%以上，在冬季供熱或夏季制冷與冬季供暖的綜合工況下，節(jié)能降耗效果更加顯著;且所增加的初投資的回收期遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于建筑物的使用年限。另一方面，與中空玻璃和Low-e玻璃相比，雙層玻璃窗具有取材廣泛、造價(jià)低廉、施工安裝方便的特點(diǎn)，更容易在中小城市和農(nóng)村地區(qū)推廣應(yīng)用[5］。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，這是一種比較適合于關(guān)中地區(qū)氣候特點(diǎn)與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的窗戶節(jié)能改造方案。

2．2 其他措施

相比于城市，農(nóng)村住宅建設(shè)有其特殊性:農(nóng)宅多由農(nóng)戶自行建造，加之農(nóng)戶對(duì)建筑節(jié)能重要性的認(rèn)識(shí)不足，又缺乏必要的節(jié)能知識(shí)與技術(shù)，建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)不易執(zhí)行，也不易監(jiān)督。因此，在大力開展節(jié)能技術(shù)研究的同時(shí)，如何加強(qiáng)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的貫徹落實(shí)也是一個(gè)亟待解決的問題。因此，筆者建議:1)在廣大農(nóng)村地區(qū)加強(qiáng)節(jié)能政策的宣傳、落實(shí)，動(dòng)員廣大農(nóng)戶積極參與、配合，以保證既有住宅節(jié)能改造及新建住宅節(jié)能設(shè)計(jì)的順利實(shí)施。2)地方政府應(yīng)出臺(tái)相應(yīng)的推廣、鼓勵(lì)政策，必要時(shí)也可給農(nóng)戶以一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)助。3)加強(qiáng)技術(shù)指導(dǎo)，確保建筑節(jié)能措施的有效落實(shí)。

3 結(jié)語

對(duì)于關(guān)中地區(qū)農(nóng)村住宅而言，窗戶作為建筑耗能的主要通道，追求的是冬季保暖而夏季隔熱功能的全面化。通過對(duì)農(nóng)村既有住宅窗戶的節(jié)能改造及新建住宅窗戶的節(jié)能設(shè)計(jì)，可以大大提高農(nóng)村住宅外窗的保溫、隔熱、氣密性能。與此同時(shí)，如能與其他建筑節(jié)能措施綜合運(yùn)用，并充分考慮當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)、氣候等條件采取合理的措施，動(dòng)員廣大農(nóng)戶積極參與，再加上一定的政策配合，

必能達(dá)到節(jié)約能源，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目的。

[1] 劉 丹，楊 柳，胡冗冗，等．關(guān)中典型地區(qū)新型農(nóng)宅節(jié)能設(shè)計(jì)探討[J］．建筑節(jié)能，2010，38(3):7-10．

[2] 鐘章久．淺談現(xiàn)代建筑窗戶的隔熱保溫方法[J］．中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2008(12):110．

[3] 張獻(xiàn)瑞，諶續(xù)國(guó)，尹玉先，等．寒冷地區(qū)住宅窗戶的節(jié)能改造技術(shù)[J］．河南科學(xué)，2001，19(3):312-316．

[4] 羅江海，李偉華．雙層玻璃窗與中空玻璃窗節(jié)能特性的比較[J］．中國(guó)建材科技，2008(1):44-46．

[5] 沈雅鈞，楊永華，徐志斌．單、雙層玻璃窗對(duì)空調(diào)冷負(fù)荷的影響及其經(jīng)濟(jì)性分析[J］．制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2006，27(4):53-55．