淺議建筑外窗的發(fā)展

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摘要：建筑外窗古已有之，從古代兼具實(shí)用性與藝術(shù)性的木窗發(fā)展到了現(xiàn)代材質(zhì)更多、性能更好的個(gè)性化階段。國際外窗業(yè)雖有諸多不同，但在追求建筑節(jié)能方面是相同的?，F(xiàn)代建筑外窗的性能包括保溫性能等9個(gè)方面，以香港路某工程為例，對(duì)外窗進(jìn)行了綜合設(shè)計(jì)，以符合該項(xiàng)目建筑品質(zhì)的要求。文章最后對(duì)當(dāng)前建筑外窗行業(yè)的從管理、研發(fā)、市場(chǎng)三方面的問題進(jìn)行了梳理并提出了解決辦法，以求建筑外窗行業(yè)在科學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)下的協(xié)調(diào)、健康、可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：建筑外窗；外窗性能；科學(xué)發(fā)展觀；外窗設(shè)計(jì)

建筑外窗，作為建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，有人居以來就有了。人類最早的住所是天然巖洞，洞穴的瞭望口上的草蓋應(yīng)視為最早的窗?！按啊痹诠艥h語中是象形文字，本作“囪”(cōng),象天窗形,即在屋上留個(gè)洞,可以透光,也可以出煙(后來灶上的煙筒也叫“囪”)。后加“穴”字頭構(gòu)成形聲字，本義是“天窗”。

一、建筑外窗的歷史發(fā)展

中國古代建筑外窗受檐廊的保護(hù)，對(duì)防雨要求不高，對(duì)隔聲和保溫主要靠?jī)?nèi)層窗板和內(nèi)簾。唐代以前以直欞窗為多，固定不能開啟。宋代起可開關(guān)的窗漸多，中懸窗、外開上懸、內(nèi)開下懸等窗開始使用，僅以木條支撐或掛鉤固定，沒有現(xiàn)代平開窗的上懸五金系統(tǒng)。宋代起大量使用的格子窗，在格子上糊以白紙，剪彩紙?zhí)谄渖?，增加裝飾效果。明清以后，門窗文化成為重要的建筑裝飾藝術(shù)門類，尤其是明清時(shí)期的花窗花板，集富貴之相、儒雅之風(fēng)于一身，雕工精美又具有文化內(nèi)涵。門窗體現(xiàn)了房屋主人的審美情趣，成為身份地位和財(cái)富象征。

建筑外窗在近代的發(fā)展圍繞著材質(zhì)的變革大致經(jīng)歷了五個(gè)階段，早期的木窗階段；以鋼窗為代表的階段；以鋁合金為主的階段；以塑料窗為代表的階段。這些階段的建筑外窗或者受制工業(yè)水平和木材處理技術(shù)的限制，加工精度難以保證；或者由于加工企業(yè)認(rèn)識(shí)上、經(jīng)營上和技術(shù)的局限等，徘徊在粗加工、低質(zhì)量的狀況，都沒有得到長足的發(fā)展。伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們對(duì)居住品質(zhì)提高及個(gè)性時(shí)尚的追求，建筑外窗進(jìn)入了一個(gè)新的階段，出現(xiàn)了傾注現(xiàn)代工藝和技術(shù)特色的純木外窗、鋁包木外窗、節(jié)能鋁合金外窗和優(yōu)質(zhì)的塑料外窗等各種建筑外窗。除了有更多材質(zhì)的選擇，還可以根據(jù)建筑風(fēng)格的需要制作成各種樣式，外觀改變的同時(shí)保溫、隔音等性能也有了很大提高，從而提高了建筑品質(zhì)。

門窗業(yè)在國際上有歐式系統(tǒng)和美式系統(tǒng)兩大陣營。從材質(zhì)上講，純木、鋁合金、塑料各占30%的市場(chǎng)份額；從開啟上講，歐式系統(tǒng)以內(nèi)平開下懸為主，多用環(huán)繞扇體的多鎖點(diǎn)設(shè)計(jì)，而美式窗以手搖外開及上下提拉為主；從立面來看，歐式窗寬度方向小而高度方向大，而美式窗則寬度方向大而高度方向小。歐洲以德國為代表的企業(yè)以提供系統(tǒng)為主，上游企業(yè)如型材、五金等企業(yè)規(guī)模龐大。而以美國為代表的美式門窗企業(yè)，則從設(shè)計(jì)、制造、銷售全程服務(wù)，門窗企業(yè)的規(guī)模很大。發(fā)達(dá)國家的門窗特別關(guān)注節(jié)能與隔音性能，很多地區(qū)通過立法要求門窗要用多層的中空低輻射玻璃來提升節(jié)能水平。發(fā)達(dá)國家的門窗基材的導(dǎo)熱系數(shù)從1977年的3.5W/㎡·K到1995年的2.0W/㎡·K，又到2001年的1.6 W/㎡·K。不到30年的時(shí)間里，導(dǎo)熱系數(shù)降低了60%，而推動(dòng)這種發(fā)展的源動(dòng)力就是“節(jié)能”的要求。

二、現(xiàn)代建筑外窗的設(shè)計(jì)制造是科學(xué)發(fā)展觀的理論實(shí)踐

從建筑外窗的發(fā)展概況中可以清楚的看出，建筑外窗發(fā)展的每一次變革都是伴隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步產(chǎn)生的。若脫離了科技進(jìn)步、觀念更新和新型建材的研發(fā)，高性能的新型外窗就難以產(chǎn)生。通過對(duì)大量工程實(shí)例的調(diào)研、分析，筆者認(rèn)為，建筑外窗的性能主要包括以下幾個(gè)方面：（1）抗風(fēng)壓性；（2）空氣滲透性；（3）雨水滲漏性；（4）保溫性；（5）空氣聲隔聲性；（6）采光性；（7）耐久性；（8）隔熱性；（9）美觀性。需要特別提出的是保溫和隔熱是有區(qū)別的，保溫是指外窗在冬季幾十度的溫差條件下，阻止室內(nèi)向室外的溫差傳熱；隔熱是指外窗在夏季隔離太陽輻射熱和阻止室外向室內(nèi)的溫差（<10℃）傳熱，其中因太陽輻射產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)比因溫差產(chǎn)生的熱量大。但對(duì)外窗性能的要求往往是相互矛盾的。比如現(xiàn)代派的建筑風(fēng)格要求外窗“大洞口、低窗臺(tái)、大固定、小開啟”。這樣的外窗設(shè)計(jì)對(duì)建筑的采光、觀景是有利的，但同時(shí)卻加大了建筑能耗，不利于隔音和通風(fēng)。因此，外窗設(shè)計(jì)除了在各種性能要素間尋找平衡之外，針對(duì)性的采用高科技技術(shù)，揚(yáng)長避短，設(shè)計(jì)出具有復(fù)合功能的建筑外窗系統(tǒng)才是提高建筑性能的必經(jīng)之路。

現(xiàn)以青島香港路北側(cè)的某高檔住宅為例，根據(jù)工程的特點(diǎn)對(duì)其外窗的性能進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)，以求達(dá)到最佳的建筑性能。該工程為高檔住宅項(xiàng)目，距海不足千米。對(duì)建筑品質(zhì)的要求較高，應(yīng)有良好的室內(nèi)空氣環(huán)境；較低的室內(nèi)噪音；良好的觀海視野；建筑部品良好的操作性；良好氣密性和水密性；近海高氯離子濃度下的耐久性；近海建筑的抗風(fēng)性。在外窗的設(shè)計(jì)中針對(duì)性的采取不同措施加以應(yīng)對(duì)，主要包括以下幾個(gè)方面。

1、小面積開啟窗扇的設(shè)計(jì)

高檔住宅恒溫、恒濕、潔凈、清新的空氣環(huán)境無法單純依靠直接的室內(nèi)外空氣交換來滿足，建筑必須設(shè)置具有空氣過濾、調(diào)溫、調(diào)濕功能的空調(diào)系統(tǒng)。因此外窗的通風(fēng)功能就相對(duì)次要，可以采用小面積的開啟窗扇。開啟面積可以確定為整窗面積的8%-10%。減小開啟窗扇的面積可以減少窗框，加大玻璃的面積，有利于觀海的視野寬廣。

窗扇開啟方式采用平開下懸的開啟方式，采用一道硬密封和兩道軟密封形成的密封結(jié)構(gòu)。窗扇關(guān)閉后，幾乎沒有空隙，很難形成對(duì)流，熱量流失比較小，同時(shí)大大提高了窗的氣密性和水密性。外窗附件選用香港堅(jiān)朗不銹鋼五金件，造型優(yōu)美，操作靈活，安全可靠，建筑部品的良好質(zhì)感和操作方便性也是提高居住品質(zhì)的一個(gè)重要方面。

2、玻璃的綜合設(shè)計(jì)

小開啟的外窗設(shè)計(jì)使玻璃的面積大約占窗面積85%左右，玻璃的性能很大程度上決定了外窗的性能。本項(xiàng)目外窗設(shè)計(jì)的玻璃原片采用雙銀LOW-E玻璃，這種玻璃對(duì)可見光有較高的透射率，對(duì)紅外線（尤其是中遠(yuǎn)紅外）有很高的反射率，具有良好的隔熱性能。外窗熱損失還會(huì)通過中空玻璃內(nèi)部間隔氣體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生。如果間隔層太小，通過空氣傳導(dǎo)方式的傳熱就很多。如果空氣的間隔層太大，那么在暖側(cè)玻璃表面的暖空氣就會(huì)上升而冷側(cè)玻璃表面的冷空氣就會(huì)下降，形成對(duì)流，從而形成了玻璃的熱傳導(dǎo)。能夠達(dá)到最小對(duì)流熱損失的中空玻璃間隔層厚度應(yīng)該是在12-16mm之間。如果充入特殊氣體如氬氣、氪氣就可以進(jìn)一步減少熱損失。因此該項(xiàng)目雙層玻璃間隔定為12mm，內(nèi)充氬氣。其傳熱系數(shù)可達(dá)到1.5 W/㎡·K左右。針對(duì)隔音性能，本設(shè)計(jì)除了加強(qiáng)外窗的氣密性外，中空玻璃采用了不同厚度的二塊玻璃組成，避免共振以獲得更好隔音性。

3、金屬百葉外遮陽板設(shè)計(jì)

目前普遍采取室內(nèi)遮陽其實(shí)是一種低效的遮陽方式，紫外線通過玻璃射到遮陽簾上，又使織物或者金屬簾成了一個(gè)熱源，實(shí)際熱已經(jīng)進(jìn)入室內(nèi)了。而外遮陽能在第一時(shí)間阻擋熱量、紫外線等強(qiáng)烈光線于室外，隔熱節(jié)能效果內(nèi)遮陽效果截然不同。

4、美觀、保溫、耐久的外窗框設(shè)計(jì)

除卻玻璃之外，對(duì)外窗性能影響最大的就是窗框，窗框的好壞直接影響到外窗的保溫性、隔音性、氣密性、水密性以及耐久性、美觀等多個(gè)方面。本項(xiàng)目采用斷熱鋁合金窗框，鋁材表面采用陽極氧化、粉末噴涂表面處理。這種表面處理方案不僅能使窗框型材抵抗多種酸、堿化學(xué)物質(zhì)的腐蝕而且具有RAL色系的200多款不同顏色可以選擇。并且根據(jù)室內(nèi)外裝修的色彩不同選擇內(nèi)外型材的不同顏色。鋁材間的斷熱條采用嵌入技術(shù)，用由聚酞胺66和玻璃纖維(PA66GF25)合成斷熱條，與鋁合金型材在外力擠壓下嵌合組成斷熱鋁型材，機(jī)械性能好、隔熱效果佳。實(shí)驗(yàn)測(cè)定這種窗框的傳熱系數(shù)為1.8～3.5 W/㎡·K，大大低于普通鋁合金型材140～170 W/㎡·K。

5、外窗的抗風(fēng)壓性能演算

窗框?qū)ㄖ獯暗目癸L(fēng)壓性能有著決定性作用，本項(xiàng)目所在地重現(xiàn)期為10年的基本風(fēng)壓為0.45 KN/㎡、重現(xiàn)期為100年的基本風(fēng)壓為0.7 KN/㎡，地面粗糙度為C類，頂層高度為海拔100米。根據(jù)外維護(hù)結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載計(jì)算公式ωk=βgzμzμzω0，本項(xiàng)目頂層的風(fēng)荷載為1.1 KN/㎡，所選外窗的設(shè)計(jì)風(fēng)載為1.5～2.8 KN/㎡，設(shè)計(jì)剛度L/180～L/300。因此，本設(shè)計(jì)外窗抗風(fēng)壓性能符合需要。

三、以科學(xué)發(fā)展觀理論為指導(dǎo)，推進(jìn)建筑外窗的設(shè)計(jì)與制造

科學(xué)發(fā)展觀的內(nèi)涵是“堅(jiān)持以人為本，樹立全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的發(fā)展觀，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和人的全面發(fā)展”。只有堅(jiān)持以人為本，圍繞著人們居住的需要，根據(jù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展水平，運(yùn)用新的工藝和材料，采用科學(xué)的方法，才能推進(jìn)建筑外窗的更新發(fā)展。面對(duì)當(dāng)前建筑外窗發(fā)展的現(xiàn)狀，應(yīng)從管理、研發(fā)、市場(chǎng)三方面促進(jìn)建筑外窗行業(yè)的進(jìn)步，從而促進(jìn)建筑品質(zhì)的發(fā)展，達(dá)到和諧發(fā)展的社會(huì)和歷史要求。

1、外窗行業(yè)管理的問題與應(yīng)對(duì)

建筑外窗的行業(yè)管理應(yīng)逐步建立起分層次的制度體系，不僅僅從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范層面進(jìn)行指導(dǎo)和管理，更應(yīng)逐步擴(kuò)展到基本法律、行政及地方法規(guī)、規(guī)章及標(biāo)準(zhǔn)和微觀制度等四個(gè)方面的內(nèi)容。建筑外窗作為建筑的組成部分，其制度管理體系目前還主要是依托綠色建筑的制度體系。但綠色建筑的制度體系本身也存在諸多需要解決的問題，制度體系建設(shè)在操作層面上，結(jié)合建筑行業(yè)與不同地區(qū)特點(diǎn)形成的行政與地方法規(guī)、規(guī)章與標(biāo)準(zhǔn)體系尚待完善，特別是包含綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的可操作性強(qiáng)的各種標(biāo)準(zhǔn)、地方實(shí)施細(xì)則成為當(dāng)前綠色建筑制度體系建設(shè)中的薄弱環(huán)節(jié)。 在規(guī)章與標(biāo)準(zhǔn)層面，將《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》所確定的基本原則與綠色建筑的微觀制度相結(jié)合的恰當(dāng)方式仍在摸索的過程中；規(guī)章、標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)實(shí)市場(chǎng)的結(jié)合度也有待提高。 在微觀制度層面，建筑整體能效標(biāo)識(shí)體系的建立尚需時(shí)日；供熱體制改革改造成本的銷納機(jī)制、熱計(jì)量技術(shù)、熱價(jià)的確定與收費(fèi)辦法都還未形成成熟方案；合同能源管理理念在建筑領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用仍面臨著諸如信息、管理、信用等諸多障礙。 面對(duì)諸多問題，除了繼續(xù)完善標(biāo)準(zhǔn)和政策外，在制度執(zhí)行思路上應(yīng)從以強(qiáng)制性推動(dòng)為主向強(qiáng)制性手段與激勵(lì)性措施并重的方向發(fā)展，制度與市場(chǎng)機(jī)制的協(xié)同關(guān)系應(yīng)得到加強(qiáng)除了政府通過強(qiáng)制性的法律手段和激勵(lì)性的財(cái)稅政策進(jìn)行推動(dòng)之外，社會(huì)的監(jiān)督也應(yīng)成為另一股不可或缺的力量。

2、外窗產(chǎn)品研發(fā)的問題與應(yīng)對(duì)

建筑外窗的性能直接影響到建筑物的美觀、安全、環(huán)保等諸多方面，需要多領(lǐng)域相互合作。但目前國內(nèi)缺乏產(chǎn)品研發(fā)的激勵(lì)機(jī)制，市場(chǎng)管理混亂造成企業(yè)之間無序競(jìng)爭(zhēng)多，企業(yè)生存困難；就門窗制造企業(yè)本身而言，技術(shù)水平和經(jīng)營發(fā)展觀念比較落后，研發(fā)投入少，市場(chǎng)推廣投入少，造成難以出現(xiàn)高性能建筑外窗產(chǎn)品。因此，除政府應(yīng)有相應(yīng)的管理機(jī)制外，建筑外窗企業(yè)的研發(fā)應(yīng)注重建筑外窗設(shè)計(jì)、制作、安裝和施工驗(yàn)收全過程的系統(tǒng)化技術(shù)，不僅要滿足建筑外窗功能性要求，又要提高節(jié)能效果。作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及到能源、環(huán)境、建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)、材料等諸多相關(guān)領(lǐng)域，因此需要不同專業(yè)的技術(shù)人員密切合作，高校、科研單位和門窗企業(yè)緊密配合。

3、外窗市場(chǎng)方面的問題與應(yīng)對(duì)

市場(chǎng)及宏觀調(diào)控方面，目前的建筑外窗研發(fā)體系多以型材廠為龍頭企業(yè)，門窗廠以組裝門窗為主，研發(fā)技術(shù)力量不足。國外引進(jìn)的產(chǎn)品不能滿足我國大面積氣候條件。建筑外窗設(shè)計(jì)、制作、安裝和施工驗(yàn)收環(huán)節(jié)缺乏系統(tǒng)性，標(biāo)準(zhǔn)不配套。缺少統(tǒng)一的設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不考慮安裝要求，而驗(yàn)收規(guī)范要求過于簡(jiǎn)單，使門窗生產(chǎn)廠家無所適從。惡劣的市場(chǎng)環(huán)境導(dǎo)致低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)，劣質(zhì)產(chǎn)品充斥市場(chǎng)。面對(duì)建筑外窗行業(yè)發(fā)展的不利市場(chǎng)環(huán)境，政府、生產(chǎn)企業(yè)和開發(fā)商應(yīng)多方合作，保障外窗行業(yè)統(tǒng)籌發(fā)展。政府除規(guī)范市場(chǎng)、保障市場(chǎng)有序競(jìng)爭(zhēng)外，還應(yīng)建立有利于新產(chǎn)品研發(fā)和推廣的鼓勵(lì)性政策和措施。生產(chǎn)企業(yè)也應(yīng)更新觀念，研究市場(chǎng)，加大市場(chǎng)推廣投入。開發(fā)商應(yīng)建立與生產(chǎn)企業(yè)的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，及時(shí)反饋市場(chǎng)信息和新產(chǎn)品在使用中的問題，促進(jìn)生產(chǎn)企業(yè)改進(jìn)產(chǎn)品性能。

建筑外窗行業(yè)的發(fā)展是建筑行業(yè)發(fā)展的重要一環(huán)。在新形勢(shì)下，建筑業(yè)的發(fā)展迎來新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，建筑外窗行業(yè)的改革與發(fā)展也必須保證和諧的步伐，而科學(xué)發(fā)展觀的實(shí)質(zhì)就是要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)入以人為本、全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的軌道。因此，全面理解、準(zhǔn)確把握科學(xué)發(fā)展觀的主要內(nèi)涵和基本要求，用科學(xué)發(fā)展觀做指導(dǎo)，才能促進(jìn)建筑外窗行業(yè)協(xié)調(diào)、健康、可持續(xù)的發(fā)展。