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夏季遮陽冬季取暖—至慧高效節能翻轉門窗的設計開發

隨著《中華人民共和國節約能源法》和《民用建筑節能條例》的貫徹落實,國內對建筑節能的要求不斷提高,節能環保意識逐漸深入人心。注重建筑行業的綠色節能環保,有效實現建筑工程的生態效益,是新形勢下國家以及全民對環境質量提出的更高要求。

一般建筑中通過門窗流失的能量基本在45%~50%左右,冬季門窗的散熱量占據建筑耗能的37%,而夏季通過門窗進入室內的熱量高達53%。目前市場上陸續推出并不斷升級各種單一遮陽隔熱的玻璃產品,其中不乏價格昂貴、采用電致變色的魔幻產品。這些產品基本能夠不同程度地滿足夏季遮陽隔熱的要求。對于玻璃本身沒有遮陽功能的門窗,有些還需要額外增加外遮陽或內遮陽,增加了建筑的成本,遮陽的同時也阻隔了可見光,既擋住了光線又擋住了窗外的風景。

青島至慧新材料科技有限公司研制的STG是一種溫致變色遮陽玻璃,它不需要電源和電控裝置,而是吸收太陽光熱自主變色。該產品使用至慧科技專利產品——溫致變色遮陽PVB膠膜STI生產夾膠玻璃,并與常規玻璃深加工配置如鋼化、半鋼化、中空、真空、Low-E等配套使用,組成一腔或多腔的中空或真空玻璃,為客戶提供整套遮陽玻璃解決方案。

STI可吸收太陽光中85%左右的紅外線及99.5%以上的紫外線,首先實現遮陽隔熱功能。同時利用吸收的太陽光熱產生變色,動態調節可見光透射比,減少強烈太陽光形成的炫目,可保證室內光線舒適。STG充分發揮STI的優勢,并結合普通建筑玻璃的應用,讓窗戶實現遮陽、隔熱、保溫、通透、節能的效果,并避免了普通Low-E玻璃因反射太陽光而形成的光污染,也不需要其它內外遮陽設施。

STI動態調節可見光透過率,調節寬度STI-B1:約15個百分點;STI-B2:約27個百分點。這進一步提高了遮陽效果——遮陽系數降低約0.1

圖1為STI-B1分別在25406080的可見光透過率光譜曲線。

圖1

  圖2為(6超白+0.76B1+6超白)STG-B1玻璃在2565時的光譜曲線。

圖2

至慧玻璃優異的夏日遮陽性能已逐漸被國內外客戶所認可,文闡述的新設計的翻轉窗實現了至慧玻璃的另一個特性功能——冬季取暖。

1、設計思路:

在常規的STG玻璃應用中,為起到遮陽隔熱的作用,STI夾膠層一般放在外面(如圖3,單腔隔熱),STI吸收的紅外線熱量會隨空氣流動而散發。Low-E和中空層對熱量起到反射和阻隔作用,以減少能量向室內的輻射。

圖3圖4


對有更高要求的場合,可采用三玻兩腔的玻璃結構(如圖4),同時也可采用雙Low-E結構,這樣隔熱效果會更好。

這種STG玻璃做成固定扇或開啟扇,實現了夏季遮陽,不足之處是冬季在人們需要取暖、希望陽光能夠進入室內的時候,它仍然是遮陽的。有太陽的時候,它的外層玻璃仍然是很熱的,果把玻璃的吸熱面翻轉到室內,讓STI吸收的熱能向室內釋放,則可以最大限度地利用太陽的能量達到冬季取暖的目的。

要將玻璃翻轉過來,并保證無論冬季夏季都能正常使用,需要比較特殊的翻轉窗。現有的各類翻轉門窗產品,有的可以翻轉到175°左右,主要目的是便于門窗清潔;有的因為結構方式的原因,難以徹底解決門窗密封問題。目前還沒有一種門窗能夠真正達到夏季遮陽隔熱和冬季采光取暖一體化的效果。

至慧翻轉窗的設計理念源自至慧玻璃,沒有翻轉窗,至慧玻璃只能實現夏日遮陽這一個優勢。在不同的季節將玻璃翻轉過來(如圖5),可同時實現夏日遮陽和冬日取暖。尤其在部分夏季炎熱、冬季寒冷又沒有集中供暖的區域,至慧翻轉窗可借助太陽的光熱,在炎熱的夏季為其呈現陰涼,并在寒冷的冬季為他們送去溫暖。

圖5

2、方案確定:

經過各種方案的設計和樣品的對比試驗,翻轉窗最終選定了圖6所示的中心旋轉方式,并據此設計了鋁型材和滑動密封結構(如圖7)。

                                        圖6                                                     圖7

  出于安全考慮,經過試驗在旋轉軸上加裝適當的阻尼器,可防止窗扇意外轉動。為此設計的轉軸安裝結構(如圖8),可將轉軸和阻尼器結合到一起。

圖8圖9

密封結構的傳動先后設計了電控傳動方式(圖9、齒輪齒條傳動方式(圖10)以及曲柄連桿傳動方式(圖11),并在設計之初考慮了上下滑塊及滑塊間的連桿可以共用。

圖10圖11

這樣,翻轉窗整體結構包括全新設計的斷橋鋁合金型材、固定安裝的外框、安裝在外框上可拆卸的窗扇、溫致變色玻璃、活動式隔熱密封及鎖止裝置、電動或手動密封傳動裝置、轉軸及阻尼裝置等(如圖12)全部設計完成。參照某設計院的建筑設計中固定扇的大小,目前翻轉窗的設計尺寸W1230*H1450mm,可根據不同的設計尺寸進行修改。利用翻轉窗替代目前建筑窗戶中的固定扇,玻璃約有1.2平,夏季用來遮陽,冬季翻轉過來,相當于室內放一個1.2平的暖氣片。這樣在冬季白天只要有太陽,至慧玻璃吸收的太陽熱量就會一直向室內釋放。晚上則可發揮其保溫隔熱性能。

圖12

其中:1—外框,2—扇,3—密封膠條,4—密封托桿,5—外框轉軸固定支架及阻尼裝置,6—密封底座,7—密封傳動裝置,8—溫致變色遮陽玻璃,9—窗扇轉軸固定支架

3、可選配置:

按照目前70mm鋁合金的設計,至慧翻轉窗可安裝玻璃厚度最大為36mm

安裝單腔玻璃最低配置厚度24.5mm4mm+STI0.76+4mm+12A+4mm)。

如果玻璃面積較大,可使用5mm厚的玻璃加單腔隔熱,即玻璃總厚度約27.5mm(5mm+STI0.76+5mm+12A+5mm)

以上兩種也可選擇中空厚度16A

如果對隔熱隔音要求較高,建議采用雙腔玻璃配置,總厚度約為34.5mm4mm+STI0.76+4mm+9A+4mm+9A+4mm)。

以上均可根據客戶要求,增加Low-E、真空、填充惰性氣體等配置。

至慧翻轉窗代替固定扇,可與目前最常用的平開內倒窗結合,產生多種組合方式,如1翻轉+1平開內倒(圖13),1翻轉+2平開內倒(圖14),2翻轉+1平開內倒,2翻轉+2平開內倒及并列多個翻轉窗等等,分別適用于臥室、陽臺、陽光房、寫字樓等不同場合。平開內倒部分不能翻轉,只實現變色遮陽和保溫隔音效果。

圖13圖14

4、熱工參數對比:

(為便于計算和比較,以下配置統一采用5mm玻璃)

從熱工參數的對比中基本能看出溫致變色遮陽玻璃在夏天和冬天翻轉前后遮陽及取暖效果的變化。


5、結論:

至慧翻轉窗不管哪一面玻璃朝外,均可以根據實際環境需要,自主調節室內光線強度,保證室內光線充足而柔和。夏天時,將可感知氣候變化的溫致變色遮陽玻璃置于室外,可將超過70%左右的太陽能阻止在室外,減少空調的使用。冬天時,通過門窗的翻轉將可感知氣候變化的溫致變色遮陽玻璃置于室內側,可以吸收太陽能得熱,將超過60%的太陽能轉化為黑體輻射熱釋放于室內,充分利用太陽能達到取暖的目的,減少其它主動取暖能耗。自主性高、造價低、節能效率高、門窗翻轉方便,并克服了傳統內外遮陽影響視線的問題,把人們通過玻璃實現夏季遮陽和冬季取暖的愿望變成了現實。翻轉窗的整體結構及專門設計各零部件已申請國家專利。


青島至慧新材料科技有限公司 謝心忠




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