既有住宅平窗节能改造技术
孔凡亭      孔凡营

摘 要：节能窗罩由蓄热保温室和内置窗帘组成，属于最新国家专利，用于既有建筑门窗节能改造，简便易行，造价低廉，建筑节能效果显著，没有污染。
关键词：窗罩 节能 保温 遮阳 隔声

1.前言
众所周知，中国既有住宅建筑面广量大，绝大多数是单层玻璃窗户，建筑使用能耗高。既有建筑节能改造的重点是窗户，目前采取的措施是将原有窗户更换成新型节能窗户，既费时费力，影响住户正常生活，又因为新型节能窗户价格昂贵，旧窗拆下后又用途不大，导致节能改造成本太高，会有不少用户在经济上难以承受。笔者经过长期研究，设计出一种既保持原有窗户不动，又能使窗户节能显著，还能够显著降低节能改造成本的窗户节能改造技术。
2.技术方案
笔者研究的目的是，在原有窗户不动的前提下，通过在窗口外侧墙体上安装一个建筑节能窗罩，使窗户具有显著的冬保温夏隔热功能，并且在冬季白天还能够充分利用太阳辐射热取暖，夏季还能够遮阳，其技术方案是：
（1）建筑节能窗罩由蓄热保温室和内置窗帘组成，蓄热保温室由正面玻璃窗（站在室内向室外看）、侧面玻璃窗、保温顶板、保温底板组成，内置窗帘由内置保温帘和内置遮阳帘组成，东、西、北向窗户安装内置保温帘和内置遮阳帘，南向窗户只安装内置保温帘；
（2）正面玻璃窗和侧面玻璃窗相当于阳台窗，安装单层玻璃，正面玻璃窗有开启窗扇、固定窗扇以及纱窗，侧面玻璃窗可只用固定窗扇；
（3）保温底板和保温顶板可以用玻璃钢制成，通过角钢支架固定在墙体上；
（4）正面玻璃窗和侧面玻璃窗安装固定在保温底板和保温顶板之间；
（5）内置窗帘可以是电动的，也可以是手动的，可以是卷帘，也可以是拉帘，安装在原窗户外侧上方或者窗罩内顶板上；

1——墙体；2——原玻璃窗；3——底板斜支撑；4——底板平支撑；5——保温底板；6——内置保温帘；7——内置遮阳帘；8——正面玻璃窗；9——保温顶板；10——顶板平支撑；11——顶板斜支撑。

图1

正面玻璃窗和侧面玻璃窗型材以轻为宜，塑料、玻璃钢、铝合金以及塑钢等均可；所用玻璃可以是普通透明玻璃，侧面玻璃窗也可以用有机玻璃；
所有接缝都要进行密封，见图1。
建筑节能窗罩正面玻璃窗窗扇开启方式为平开或者推拉。
本方案已经申请国家发明专利，申请号200810016382.1，受法律保护。
3.方案分析
3.1建筑节能窗罩（以下简称窗罩）各部分的作用
窗罩由蓄热保温室和内置保温帘组成。
3.1.1蓄热保温室
它突出取暖作用，以便冬季白天阳光照射时能够充分利用太阳能取暖，对于节约采暖费用十分显著。另一方面，蓄热保温室又起保温隔热作用，它和原窗户构成双层窗户，使室内冬暖夏凉并提高窗户的隔音效果。蓄热保温室顶板在夏季兼做遮阳板，当关闭原窗户后，它即对房间起遮阳作用。
3.1.2内置保温帘
对于增强窗户的保温性能十分有效，同时能够提高窗户的隔音功能。
3.2窗罩的特点
构造简单，特别适合于既有建筑平窗节能改造，冬季取暖功能最佳，保温隔热、遮阳隔音俱佳。
3.3窗罩的节能效应
具有以下三大节能效应：
3.3.1暖棚效应
冬季白天，当阳光照射到窗户上时，打开原窗户，关闭窗罩，太阳能辐射热辐射能够从窗罩的三面进入室内，蓄热取暖，如同暖棚（蔬菜大棚）一般，是一台不需要花钱的采暖设备，而且是地地道道的绿色采暖设备。
3.3.2保温效应
在冬季，当白天无阳光时，关闭窗罩和原窗户，到了夜间就再拉上内置保温帘，保温效果优于普通双层窗户。
3.3.3隔热遮阳效应
在夏季，白天关闭窗罩和原窗户，整个窗户的隔热性能优于普通单层玻璃窗户。另外，蓄热保温室顶板对于室内起到遮阳作用，显著减少了太阳辐射热进入室内。
4.性能分析
4.1节能显著
首先看看单片透明玻璃和几种中空玻璃的主要光热参数，见表1。

表1 单片透明玻璃和几种中空玻璃的主要光热参数

为综合考虑不同玻璃窗全年节能情况及其相对能耗比，建立以下简单的计算模型：
玻璃模型：不考虑建筑构造，按照窗户单位面积计算：断热桥铝合金窗框，铝合金面积占25％，玻璃面积占75％；朝向取正南、正西两个方向。
热源形式：室外热源仅考虑太阳辐射；室内热源仅考虑暖气，夏季仅考虑空调。
气象参数：以北京地区为计算标准，室外冬季平均温度-1.6°、夏季平均温度30.2°；室内冬季18°，室内夏季26°，全天按24小时计算。
计算周期：冬季按11月到第二年3月计，共151天；夏季按2个月计，共62天。
晴朗系数：冬季晴朗系数为67％；夏季晴朗系数只有50％。
太阳辐射强度：对于南向玻璃窗，冬季阳光入射角小，可直接进入室内，辐射热能较强，有利于获取日光采暖；夏季阳光入射角大，照射阳光大部分被反射，获得的太阳辐射热能反而比冬季少。但是，西向玻璃窗夏季得热情况完全不同，下午受阳光长时间低角度照射的影响，太阳辐射强度比南向玻璃要高得多，西晒感觉强烈。
窗罩采用6mm透明玻璃，冬季每日日光得热近似按6mm透明玻璃计算（实际高于1.6957，因为三面玻璃受太阳能辐射热），冬季每日室内散热近似按遮阳型Low－E中空玻璃或者夏季型Low－E中空玻璃计算；夏季每日日光得热和夏季室内得热都近似按遮阳型Low－E中空玻璃计算（对于南向窗户，因为内层窗的存在，使得蓄热保温室顶板称为原窗户的遮阳板；对于东、西、北向窗户，内置遮阳帘遮阳）。
南向窗户计算结果见表2，西向窗户计算结果见表3。

表2 南向窗户玻璃的全年总能耗、能耗比及节能率 kwh

表3 西向窗户玻璃的全年能耗、能耗比及节能率 kwh

对于南向窗户，由表2可以看出，目前现有窗户能耗比最低的是冬季型Low－E中空玻璃窗，为6.86％，节能93％，满足节能65％要求。但既有建筑安装窗罩后，窗户全年总能耗为-60.98，能耗比-25.30，节能超过125％，远远高于65％要求，而实际节能还要更高一些，因为安装窗罩后，冬季室内散热要小于1.0490（因为是双层玻璃再加一层内置保温窗帘，而普通中空玻璃窗是两层玻璃），夏季实际日光得热和实际室内得热都小于表中所列（因为窗罩顶板遮阳或者内置遮阳帘的遮阳效果要好于Low－E玻璃），都会使节能明显高于125％。由此可见，既有建筑安装窗罩后，在冬季不但不耗能，而且是采暖设备，可以弥补外墙相当一部分散热。
对于西向窗户，由表3看出，冬季型Low－E中空玻璃窗、夏季型Low－E中空玻璃窗和遮阳型Low－E中空玻璃窗的能耗比相差不大，都不能满足节能65％要求。既有建筑安装窗罩后，全年总能耗77.03，全年能耗比18.94，节能81％，远远满足节能65％要求，而实际节能还会更高一些，因为冬季室内散热要小于1.0490（因为是双层玻璃再加一层内置保温窗帘，而普通中空玻璃窗是两层玻璃）。
东向窗户可以和西向窗户同样对待，北向窗户应该重点考虑冬季保温，兼顾夏季遮阳，也可采用本项技术。
4.2隔声降噪效果好
既有建筑安装窗罩后成为双层窗户并加有吸音材料（内置保温帘），隔声降噪效果明显提高，室内声环境质量改善。
4.4采光好
既有建筑安装窗罩后，由于窗户采用了双层透明玻璃，窗户透光率高于任何类型的Low－E中空玻璃窗。
对以上分析如有质疑，烦请拨打13864268349或者0532-86057594 ，真诚地欢迎各位同行与笔者磋商
5.结束语
建筑节能窗罩很好地解决了既有建筑窗户的保温隔热、遮阳以及冬季利用太阳取暖等问题，建筑节能效果显著，非常适合目前我国既有建筑窗户的节能改造，颇有意义。