一种适合北方近南向窗口的可变构造设计方案★

王天鹏

(兰州交通大学建筑与城市规划学院，甘肃兰州 730070)

0 引言

传统窗的基本功能与特点决定了外窗是传递室内外热量最多的构件。北方地区的建筑为节约能耗、减少室内冷热负荷，已采取了很多节能措施，归纳起来主要有增大热阻和设置固定式遮阳装置两类方法，但两类方法尚存在一定的问题。第一，增大窗户总热阻主要包括改变采用空腹断桥式窗框构造、双层及多层中空玻璃构造、低导热系数的窗框材料、低辐射高反射性玻璃、加强窗框与窗扇间和窗扇与玻璃间接缝的密闭性等措施［1-4］。此类措施都是对窗本身进行改造，一定程度上提高了窗的总热阻，但相对于实体保温墙体，窗的总热阻仍然较小，外窗相对于墙体仍然是形成热桥的主要部位。第二，在北方地区设置固定遮阳装置［5，6］也存在一定的问题。遮阳虽减少夏季太阳辐射得热，减少了空调制冷负荷，但同时也降低了室内采光量，遮挡了冬季的一部分太阳辐射得热量，增加了采暖负荷，不利于节能保温。

为了协调天然采光、热工节能(冬季纳阳保温、夏季遮阳隔热)，甚至防风沙、防爆等多种功能需求的应用特点，现代建筑窗系统采用可变性、活动式的构造设施是势在必行的设计思路。

本文旨在设计一种能够灵活实现上述功能需求、构造可行且便于实施维护的窗口设施。

1 构造方案

总体设计思路是在窗口外安装活动式的集纳阳、遮阳、保温、防爆于一体的板状设施。该构造设施由上、下两块板组成。上部板两侧安装三角滑轴，滑动轨道可固定于外墙面，从而实现板的上下推拉平移;同时并能旋转90°呈水平状态开启，如图1a)所示。下部板两侧安装三角固定转轴固定于外墙面，板可实现90°旋转呈水平状态或垂直状态，如图1b)所示。上、下两块板采用轻质多层叠合构造，如图2所示。

图1 上、下部板安装三角滑动转轴示意图

图2 板的断面构造层次示意图

2 多功能需求的实现

对于中国北方大部分地区居住建筑和公共建筑中接近南向的窗口，该可变设施可灵活方便地实现下述四种功能状态。

2.1 冬季白天纳阳保温

北方冬季白天情况下，希望通过建筑窗口更多的获得太阳辐射得热，提高室温和热舒适度，降低采暖能耗，故而将上部板(遮阳板)旋转至垂直状态并滑移至最上端，便于太阳直射辐射无阻挡的射入室内，下部板(纳阳板)呈水平状态，利用板的上表面的反射特性提高进入室内的太阳反射辐射量，从而最大限度的利用太阳热能，如图3所示。

图3 冬季白天纳阳保温状态

2.2 夏季白天水平遮阳隔热

北方夏季白天正午前后时间段内，太阳高度角较大，宜采用水平式遮阳方式，此时将上部板旋转呈水平状态并滑移至最上端，下部板依然呈水平状态，保证最大限度的获得天然采光的同时实现有效地遮挡窗口正上方入射的太阳直射辐射。此外，还可以取得良好的立面阴影效果，增强建筑物的立体感，如图4所示。

2.3 夏季白天挡板遮阳隔热

北方夏季白天上午日出后和下午日落前时间段内，太阳高度角会比较小，适宜采用挡板式遮阳方式，此时将上部板旋转呈垂直状态并且滑移至最下端，下部板呈水平状态，保证获得一定天然采光的同时有效地遮挡斜射至窗口的太阳直射辐射，如图5所示。

图4 夏季白天水平遮阳隔热状态

图5 夏季白天挡板遮阳隔热状态

2.4 全封闭保温隔热、隔声、防风沙、防爆

如图6所示，上部板旋转呈垂直状态并滑移至最下端，下部板上翻至垂直状态，两板对缝处以及板四周与墙面接缝处均应做好密封处理，如加设弹性密封条，整个系统呈全封闭状态。该状态在实际应用中可实现多种目的:

1)对于居住建筑，可提高夜间室内保温隔热与隔声效果，保证热舒适性和安静的环境，提高人的睡眠质量，并有防盗功能;

2)对于公共建筑，在提高夜间室内保温隔热的节能作用的同时，更重要的是可实现防盗、防爆、防砸等功能，尤其是对于银行、商业、大使馆类建筑等;

3)气候环境的变化使得沙尘天气经常光顾北方城市，该设施全封闭状态下可有效地阻挡细密的沙尘侵入室内。

图6 全封闭保温隔热、隔声、防风沙、防爆状态

3 结语

本文提出的可变式窗口多功能构造设施安装方便，构造简单可靠，适合于任何尺寸的带窗下墙的独立窗洞口，为建筑外窗适应多种功能需求提供了有益的参考。

［1］ 王 林.提高断热铝合金窗节能效果的措施［J］.门窗，2009(4):54-57.

［2］ 郑非艺.既有建筑外窗节能改造研究［J］.山西建筑，2012，38(26):211-212.

［3］ 齐典伟，王万江，胡 毅，等.采暖居住建筑实施节能65%目标——窗节能措施探讨［J］.建筑节能，2010(3):17-18.

［4］ 曾 红，吴思睿.建筑外窗节能技术及适用性研究［J］.新型建筑材料，2012(11):14-15.

［5］ 杨仕超，周 荃.建筑遮阳技术在绿色建筑中的应用研究［J］.建设科技，2012(15):30-33.

［6］ 葛晓天.建筑遮阳技术的应用与推广［J］.墙材革新与建筑节能，2009(5):51-52.