保温遮阳新风一体化窗的开发与性能分析

沈佑竹 ，吴志敏 ，刘永刚

（1.江苏省建筑科学研究院有限公司，江苏 南京 210008；2.江苏省建筑节能技术中心，江苏 南京 210008）

0 前 言

目前大部分地区建筑室内通风常常采用开窗引入自然通风的方式，但空调时段往往会造成能源浪费，且容易将室外空气和噪声污染引入室内。因此，寻求外窗保温、隔热、遮阳、通风整体性能提升途径成为建筑节能新技术的关注点。

本文开发一种保温、遮阳、新风等功能于一体的建筑外窗，在保持或加强保温、隔声的同时，引入遮阳和通风装置，将多种功能集成为一体。为兼顾产品的保温隔热、气密性、水密性、抗风性、隔声性能以及通风效果，结合夏热冬冷地区的气候特征，及更高建筑节能标准的要求，设定了产品的预期主要技术指标：传热系数K≤1.8 W/（m2·K），气密性≥6级，隔声量≥30 dB，通风量≥50 m3/（m·h）。

1 选型配置

为达到预期设置的技术指标，进行玻璃系统、型材系统和通风器的选型。

1.1 玻璃系统方案

为了减小热交换进行，主要从3个方面降低玻璃系统的传热系数：设置中空间层；采用惰性气体；降低玻璃表面发射率。常见玻璃系统的传热系数见表1。

表1 常见玻璃系统的光学热工参数

整窗传热系数K≤1.8 W/（m2·K）时，玻璃系统传热占整窗传热的62%～74%[1]，玻璃系统传热系数需Ug＜1.8 W/（m2·K），又考虑到DGJ32J 71—2014《江苏省居住建筑热环境和节能设计标准》中关于外窗遮阳系数的规定，南向窗冬季为获得太阳热，冬季遮阳系数SC冬≥0.6，即不应采用Low-E玻璃，则玻璃系统选择了5透明+19A+5透明+10Ar+5透明配置。

1.2 型材系统方案

不同配置型材的传热系数见表2。

表2 常见型材的传热系数

综合考虑造价因素，选择塑钢型材作为窗框型材。

1.3 通风器配置

为达到通风量≥50 m3/（m·h）的设计要求，采用主动式电动通风器。为达到隔声量≥30 dB的设计要求，通风器内设置2层由海绵做成的过滤网，既能吸收一定噪声，又能过滤室外空气。为达到传热系数K≤1.8 W/（m2·K）的设计要求，通风器内有2道空气间隔腔，作为隔热层。为达到气密性≥6级的设计要求，通风器通风口可以关闭。通风器断面构造见图1。

图1 通风器断面构造

2 模拟计算

设计样窗尺寸为1200 mm×1500 mm，采用THERM&WINDOW软件对样窗的传热系数和遮阳系数进行模拟计算，通风器部分采用同样尺寸和构造的铝合金方管替代。为方便计算，铝合金方管和塑钢型材忽略边缘线传热系数。整窗传热系数按式（1）计算：

式中：Ut、Ug、Uf、Uv——分别为整窗、窗玻璃、窗框、铝合金方管的传热系数，W/（m2·K）；

At、Ag、Af、Av——分别为整窗、窗玻璃、窗框、铝合金方管的面积，m2；

Lφ——玻璃区域边缘长度，m；

Ψ——窗框和窗玻璃之间的线传热系数，W/（m·K）。

玻璃、型材和通风器的传热系数模拟计算结果见表3。

表3 样窗传热系数模拟计算结果

按式（1）整窗传热系数计算结果为1.6 W/（m2·K）。

太阳光透射比按式（2）计算：

式中：gt、gg、gf、gv——分别为整窗、窗玻璃区域、窗框、通风器替代物的太阳光总透射比。

整窗遮阳系数SC=gt/0.87，计算结果见表4。

表4 整窗遮阳系数模拟计算结果

3 性能分析

3.1 节能性能分析

衡量门窗节能效果的主要指标是传热系数K和遮阳系数SC。传热系数K表示通过窗户的室内外热交换量，遮阳系数SC表示透过窗户进入室内的太阳能热量。传热系数K越小，表示通过窗户的热量传递越少，遮阳系数SC越大，表示通过窗户进入室内的太阳能热量越高。

窗户的玻璃系统采用5CL+19A+5CL+10Ar+5CL的配置，玻璃系统和整窗的遮阳系数测试结果见表5。

表5 窗户遮阳系数和传热系数检测结果

3.2 隔声性能分析

隔声量是指入射到试件上的声功率与透过试件的投射声功率之比。GBJ 11821—1988《民用建筑噪声隔声设计规范》规定了民用建筑室内允许噪声级，共分为4级，三级是最低标准，“特级”根据特殊要求确定。一般单层玻璃窗户可以降噪25 dB左右，双层玻璃窗户在此基础上最多可以再降噪10 dB，3层玻璃窗户最多可降噪42 dB[2]。

保温、遮阳、新风一体化窗因为引入了通风器，整窗的隔声性能会受到影响，隔声的薄弱部位在通风器与型材的接缝处，以及通风器的通风口。经测试，当通风器完全打开时，整窗可以降噪25 dB；当通风器的通风口完全关闭时，整窗可以降噪35dB。引入通风器后，整窗的隔声性能有所降低。GB50118—2010《民用建筑隔声设计规范》规定了住宅外窗的空气声隔声性能应不小于25 dB，交通干线两侧卧室和起居室的窗户隔声性能不应小于30 dB。但是此样窗的隔声性能依旧能够符合GB 50118—2010的规定和产品预期隔声量设计值大于等于30 dB。

3.3 通风性能分析

对于动力通风器的通风性能，是指在0压差下，开启状态下的通风量。本次研发的保温、遮阳、通风一体化窗安装了动力通风器，通风器有自然回风口和动力出风口。动力通风口靠近电机一侧，当电机启动时，会向室内引入新风。当室内气压略高于室外侧时，产生微正压通风，此时远离电机一侧的自然回风口开始工作，向室外排风。通风器的通风量取决于通风器的电机功率大小。对于本次研发的一体化窗的通风器，通风量采用通风口的平均风速进行计算，经测试，通风器的通风量为59.44 m3/h。

3.4 气密性、水密性、抗风压性能分析

根据DGJ32/J 71—2014的规定，居住建筑外窗气密性等级不得小于6级，水密性等级不得小于3级，高层建筑抗风压等级不得小于6级。经测试，整窗的气密性为6级，水密性为3级，抗风压性能为9级，符合DGJ32/J 71—2014规定要求。

3.5 自噪声性能分析

测试动力通风器的噪声时，将其水平放置在半消声室中央、出风口中心位置离地面1.5 m高，进风口和出风口均处于自由空间，在220 V电压下运行10 min后进行测试，取其离出风口中心位置水平方向1 m处的声压级。GB/T 28198—2011《窗用动力通风器》规定通风量大于50 m3/h的通风器其噪声等级不得大于38 dB。测试结果动力通风器的噪声为37 dB，符合规定要求。

4 结语

对保温、隔热、新风一体化窗进行了设计及样窗制作，并且对整窗的保温和隔热性能进行了理论计算，最后对一体化窗进行了节能、隔声、通风、气密性、水密性和抗风压的性能测试，对比预期设计结果均能达到相关要求。下一步将对各配件及窗整体构造进行优化，对这种功能窗的节能及提高室内环境的效果进行试验，为其工程应用奠定基础。