武昌工学院武汉430065
摘要：建筑外窗对室内环境的影响复杂多样，为更好的实现采光、通风、隔热、保温等功能，对外窗的设计也提出了更高的要求。文章从建筑设计的角度出发，围绕外窗布置位置、面积大小及窗户选型等进行分析，以期达到实现良好的自然通风和建筑节能的目的。
关键词：建筑外窗；自然通风；建筑节能
前言：建筑外窗是建筑围护结构的重要组成部分，担负着采光、通风、隔热、保温等重要功能，是建筑实现自然通风和绿色节能的重要单元。随着现代社会的快速发展，人们对居住建筑的美观及舒适性要求越来越高，而窗户的各功能在实现过程中又往往存在冲突和矛盾，对于夏热冬冷地区，夏季人们希望减少太阳辐射，而冬季又希望加大太阳辐射量。因此，建筑外窗在设计过程中应充分考虑各功能实现因素，平衡各种需求，最大化发挥其价值。文章将从外窗布置位置、面积大小及窗户选型三个方面进行阐述。
1.外窗布置位置及方向
外窗的布置位置及方向直接影响着室内自然通风的效果。要取得良好的通风效果，使气流在室内分布均匀，就要求房间要设置合适的进风口和出风口。《住宅设计规范》要求，住宅卧室、起居室应有良好的自然通风。在住宅设计中应合理布置上述房间外墙开窗位置、方向，有效组织与室外空气直接流通的自然风。卧室、起居室应组织相对外墙窗间形成对流的穿堂风或相邻外墙窗间形成流通的转角风。
1.1为组织良好的室内自然通风，窗户的朝向应取决于来流方向，也就是要考虑室外的主导风向。当房间在相对的两面墙上设置外窗开口时，若风向垂直于进风口，虽能形成对流的穿堂风，但主要气流往往垂直流向出风口，除在出风口引起局部紊流外，对整个房间的影响面较小，发生气流短路，气流分布不均。当风向入射角偏斜45°，产生的室内平均风速最大，气流分布也更好。目前建筑布局一般都会选择建筑朝向与主导风向成30°~60°的夹角。因此，对于坐北朝南的建筑往往都会尽量在南北向布置外窗，可以有效组织穿堂风。同时，由于东西向窗户对夏季的能耗影响较大，故应尽量避免东西向窗户的设置。
1.2室内纵墙应有一定的通风窗，尽量在相对的两面墙上设置进、出风口。比如卧室的外窗与卧室门应尽量错开布置，以免气流短路，同时也避免对人体造成吹风感，影响人体健康。而对于厨房、卫生间，其在夏季是热、湿源，由于其空间本身较小，则可以将进、出风口正对布置，这样可减少气流阻力，尽快排走热、湿空气。
1.3房间中应高低窗搭配设置，增加进出风口的高差，可达到利用热压原理改善自然通风的效果。
1.4以武汉地区为例，住宅建筑基本可分为南北通透和全朝南两种户型。对于南北通透的户型一般都可以组织较好的穿堂风，尤其对于高层住户而言，通风效果非常明显。对于单一朝向的户型，当户门关闭时，无论窗户以何种方式开启，室内风速均变化不大。而当户门开启时，室内风速明显增大。而人们出于对私密性的要求，一天之中基本不会开启户门。为此，可以选择带有可开启扇的入户门，并且开口位置可适当高些，这样可以在满足人们对私密性要求的同时有效提高通风效果。
2.窗户面积
窗户的尺寸大小不仅涉及到建筑的采光和通风效果，还与建筑能耗密切相关。近年来，落地式大窗户越来越受到人们的追捧。大窗户设计不仅能满足人们对冬季阳光的需求，更能提高房间的空间视觉效果。但同时由于窗户接受太阳辐射过多以及密封性等问题，又会造成建筑能耗过高的现象。
2.1.建筑设计中，通常用窗墙面积比来描述窗户的设置大小。一般来讲，建筑的窗墙面积比越大，则采暖和空调的能耗也越大。《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》规定窗墙比的限值为，北向0.4，东、西向0.35，南向0.45，并允许其中一个房间的窗墙比为0.6。夏季太阳辐射在东西向最大，东南（西南）向次之，东北（西北）向又次之，南向更次之，北向最小。在没有任何外遮阳措施的情况下，东西向窗户的能耗要大大多于南北向。因此，应尽量减少东西向窗户的设置，同时可加大南向窗户的面积。
2.2对夏热冬冷地区，无论是夏季还是过渡季，人们都有开窗通风的需求。设计大的落地式的偏南向窗，一来可以满足人们的视觉需求；二者，南窗大有利于冬季日照，减少冬季热负荷；再者，偏南向多处于夏季及过渡季的主导风向，可以增大进风口的尺寸，加大室内通风换气量，大大提高室内舒适度，减少室内的空调开启时间，降低夏季能耗。
但有研究表明南向窗墙比，与采暖热负荷呈反比，与空调冷负荷呈正比。南向大窗户在夏季会增加室内冷负荷，这一点似乎与人们希望夏季加大通风量散热的愿望矛盾，但从居民使用习惯来讲，夏季非酷热时节，人们还是倾向于开窗散热。因此，窗户设计还是应以大窗户为主。为降低空调负荷，可以采取设置可收缩式外遮阳、卷帘、百叶及选择传热系数低的玻璃窗等措施。
2.3从用户的实际使用考虑，基本上所有家庭都会在窗上加设窗纱，尤其在夏季对避免蚊虫叮咬非常必要，但这样就会大大减弱风力，而很多住户又会封阳台，基本上下部的窗玻璃不能打开，这就更加降低了夏季窗户的有效开启面积，因此，阳台封玻璃时，下部应设置成可开启式。
2.4北向窗户的窗墙比取值越小则能耗越小，北向窗墙比与能耗成正比。因此，北向应在满足采光和通风要求的前提下尽量减少窗户面积。
3.窗户选型
窗户的选型除了要考虑通风效果外，更主要应考虑其对建筑能耗的影响。而窗户的气密性、传热系数、遮阳系数等是反映其能耗的重要指标。
3.1室外空气会通过门、窗缝隙渗透到室内，尤其在冬季，冷风渗透量过大会造成冬季热负荷的极大增强，而窗户密封性的好坏直接关系到空气渗透量的大小。相关数据表明，当房间换气次数从1.6次/h降低到节能标准的1.0次/h，建筑全年能耗降低13.79%，其中夏季制冷能耗降低0.43%，冬季供暖能耗降低24.98%，可见外窗气密性对冬季节能的潜力是巨大的。在选择窗户类型时，应选择密封性较好的窗户。
3.2传热系数是影响窗的节能效果的最重要的因素，传热系数越大，通过窗的能量散失就越大，越不利于保温隔热，建筑能耗就越高。当外窗传热系数由4.7w/㎡?k降到2.2w/㎡?k时，建筑节能率则由5.59%增加到11.52%，其中，夏季空调节能率由4.99%降到3.61%，冬季供暖节能率由6.25%增加到20.29%。供暖能耗随传热系数K值的减小而显著降低，夏季制冷能耗则随K值的减小而变化不大。从全年的节能性来看，应尽量选择传热系数小的窗户。如可以采用保温隔热效果均较好的Low-E中空玻璃。
3.3冬季太阳辐射可以透过玻璃向室内传递热量，减少供暖热负荷，节约冬季能耗，但是夏季，过多的太阳辐射又会造成夏季空调能耗的增加，因此，夏季应采取有效的遮阳措施。研究表明，当遮阳系数SC由0.7降到0.2时，建筑全年的节能率由0.57%增加到7.01%，其中夏季空调节能率由2.30%增加至31.67%，冬季供暖节能率则由-0.88%降低到-13.64%。可见，遮阳措施的采用对建筑节能效果非常显著，尤其对夏季能耗的降低意义重大。因此，为了降低夏季能耗的同时不增加冬季能耗，可以采取可收缩式外遮阳，夏季时打开遮阳，冬季则收起遮阳。
3.4从外窗开启方式来看，以武汉地区为例，目前居住建筑中使用的外窗多为平开窗和推拉窗。其中新建建筑中以平开窗居多。在满足相同的采光要求的情况下，推拉窗的两扇窗户最多只能打开一半，而平开窗则可全部开启，其开窗面积要比推拉窗大，通风效果较优，同时，平开窗还可以有挡雨的效果。另外，从保温、隔热效果上来看，平开窗也优于推拉窗。因此，应尽量采用平开窗、上悬窗等。
4.总结
建筑外窗是人居环境与自然界交互的桥梁，收纳自然之气，也影响着室内居住环境。在窗户设计中，可采取增大南向窗户设置、减少东西向窗户设置、卧室门窗错开布置、厕所及厨房门窗正对布置、采用有可开启扇的入户门、设置收缩式外遮阳、选择保温隔热性能好的Low-E中空玻璃等措施，以实现良好的自然通风，改善室内热湿环境，降低建筑能耗的目的，也更能达到人们对于舒适性居住环境的需求。
参考文献：
[1]胡贵华，李玉云.武汉既有居住建筑外窗改造的技术经济分析[J].建筑热能通风空调，2015.34（1）
[2]赵启彬.对自然通风在住宅建筑设计应用要点分析[J].商品与质量，2013.4
[3]吕书强.窗户位置和尺寸对住宅室内自然通风的影响及效果评价[D].天津大学，2010.5