一种节能窗的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种节能窗，该节能窗包括旋转窗框、平开窗框和固定窗框，所述的平开窗框安装于固定窗框内，旋转窗框框安装于平开窗框内；旋转窗框内安装有普通玻璃和吸热玻璃，普通玻璃、吸热玻璃及旋转窗框形成空气间层，吸热玻璃的上部和下部分别设有通风口；所述的通风口将空气间层内的空气与室内或室外的空气交换。夏季太阳辐射强时，开启吸热玻璃上下两端的矩形通风口，使吸热玻璃面朝向室外，对室内起到隔热降温作用；冬季光照条件较好时，开启吸热玻璃上下两端的矩形通风口，使吸热玻璃朝向室内，同理由于吸热玻璃的吸热效应和空气间层的热压通风作用，对室内起到加热增温作用。
【专利说明】一种节能窗
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑外围护结构节能【技术领域】，涉及对建筑外窗的节能优化，特别涉 及一种节能窗。
【背景技术】
[0002] 建筑能耗是社会能耗的重要组成部分，占到社会总能耗的30%以上。随着人民生 活水平的提高，建筑能耗所占比例会近一步增加，建筑节能已成为我国建设低碳经济、完成 节能减排目标、保持经济可持续发展的重要环节之一。建筑围护结构中，窗户作为采光通风 的重要手段之一，是围护结构热损失的大户。因此，窗户在建筑节能设计中占有极为重要的 地位。
[0003] 近年来我国窗户节能领域出现了很多新技术，使过去品种单一的窗户变得形式多 样，热工性能也更为复杂。为了解决大面积玻璃造成能量损失过大的问题，可将普通玻璃加 工成中空玻璃、镀膜玻璃、高强度LOW-E防火玻璃、采用磁控真空溅射放射方法镀制含金属 层的玻璃以及最特别的智能玻璃。对窗户的节能处理主要是考虑到夏季的遮阳隔热和冬季 的太阳能热利用与保温，即夏季需要减少进入室内的太阳辐射，以降低空调负荷；冬季需要 增加进入室内的太阳辐射，以降低采暖负荷。但现有的窗户节能技术尚不能够完全解决夏 季隔热降温和冬季加热增温之间的矛盾。
[0004] 综上所述，如何在夏季隔热与冬季保温基础上更好的利用太阳的光热资源，是本 领域研究人员所共同关注的热点。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中的缺陷和不足，本发明解决的是现有的建筑用窗不能利用室外自 然环境中的能量来为室内升温或降温的问题，达到在冬季为室内提供热量、在夏季降低室 内温度的目的。
[0006] 为实现上述任务，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种节能窗，该节能窗包括旋转窗框、平开窗框和固定窗框，其特征在于，所述的 平开窗框安装于固定窗框内，旋转窗框框安装于平开窗框内；
[0008] 旋转窗框内安装有普通玻璃和吸热玻璃，普通玻璃、吸热玻璃及旋转窗框形成空 气间层，吸热玻璃的上部和下部分别设有通风口；
[0009] 所述的通风口将空气间层内的空气与室内或室外的空气交换。
[0010] 进一步的，所述的旋转窗框可在平开窗框内旋转360°。
[0011] 具体的，所述的旋转窗框的高度为1200?1800mm，旋转窗框的宽度为600? 900mm〇
[0012] 更具体的，所述的吸热玻璃的厚度为6?10mm。
[0013] 优选的，所述的通风口为矩形的开口，通风口的长为300?900mm，通风口的宽为 50 ?150mm〇
[0014] 进一步的，所述的通风口上安装矩形转页，矩形转页控制通风口的开启和关闭。
[0015] 更进一步的，所述的矩形转页由吸热玻璃制成。
[0016] 特别的，所述的空气间层的厚度为9?16mm。
[0017] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0018] (1)本发明通过在平开窗框内设置的旋转窗框，不仅能使本节能窗在平面内推开， 而且在冬季关窗保温或夏季开空调关窗时，能通过旋转窗框的旋转实现保温或散热，有效 的节约能耗；
[0019] (2)通过在吸热玻璃上设置的上下通风口，当需要增温时将空气间层内的热空气 流入室内对室内进行加热，当需要隔热时使空气间层内的热空气流向室外降低室内的温 度，且通风口上设有矩形转页方便控制通风口的开合；
[0020] (3)通过对空气间层厚度、吸热玻璃厚度和通风口尺寸的筛选，使本节能窗达到了 最佳的节能效果，且通过模拟表明本节能窗与普通窗相比节能效果有了很大的提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1为本发明的节能窗整体结构示意图；
[0022] 图2为本发明的平开窗框和旋转窗框连接关系的示意图；
[0023] 图3为本发明节能窗的隔热降温原理示意图；
[0024] 图4为本发明节能窗的吸热增温原理示意图；
[0025] 图5为本发明节能窗的保温原理示意图；
[0026] 图6为实施例三中节能窗与普通窗逐时总传热量对比图；
[0027] 图7为实施例三中节能窗与普通窗逐时温差传热量与太阳辐射透射量对比图；
[0028] 图8为实施例三中节能窗逐时出风口供热量与风速数值图；
[0029] 图9为实施例三中节能窗与普通窗逐时室内温度对比图；
[0030] 图10为实施例四中节能窗和普通窗逐时总传热量对比图；
[0031] 图11为实施例四中节能窗和普通窗逐时温差传热量与太阳辐射透射量对比图；
[0032] 图12为实施例四种节能窗逐时出风口供热量与风速数值图；
[0033] 图13为实施例四节能窗与普通窗逐时室内温度对比图；
[0034] 图14为实施例五节能窗和普通窗逐时总传热量对比图；
[0035] 图15为实施例五节能窗逐时出风口散热量与风速数值图；
[0036] 图16为实施例五节能窗与普通窗逐时室内温度对比图；
[0037] 图17为实施例六节能窗和普通窗逐时温差传热量与太阳辐射透射量堆积图；
[0038] 图18为实施例六中节能窗逐时出风口散热量与风速数值图；
[0039] 图19为实施例六中节能窗与普通窗逐时室内温度对比图；
[0040] 图中标号分别表示：1-旋转窗框、101-通风口、102-锁槽、103-转页、104-吸热玻 璃、105-普通玻璃、2-平开窗框、201-旋转窗锁、202-平开窗锁、203-密封条、3-固定窗框、 4-合页、5-转轴。
[0041] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
【具体实施方式】
[0042] 本发明在平开窗框内安装一个旋转窗框，旋转窗框内设有可被加热的空气间层， 通过空气间层内空气的升温和阻隔作用实现室内温度的上升和保温；旋转窗框内安装有普 通玻璃和吸热玻璃，普通玻璃为普通无色平板玻璃，其具有良好的透光性能，对太阳中近红 热射线的透过率较高，但对室内壁面、地板、家具及织物反射产生的远红外长波热射线却有 效阻挡，故可产生明显的"温室效应"；吸热玻璃为能吸收大量红外线辐射能并保持较高可 见光透过率的平板玻璃，生产吸热玻璃的方法有两种：一是在普通钠钙硅酸盐玻璃的原料 中加入一定量的有吸热性能的着色剂；另一种是在平板玻璃表面喷镀一层或多层金属或金 属氧化物薄膜而制成。普通玻璃与吸热玻璃之间存在一个空气间层，吸热玻璃上下两端各 开有一个矩形通风口，通过通风口与空气间层内空气的流动实现增加或降低室内温度。
[0043] 旋转窗框在平开窗内360°的旋转，为吸热玻璃和普通玻璃位置的转换提供自由 的旋转度。
[0044] 为了控制通风口的开启和关闭，在通风口上安装转页，通过转页的开合来控制通 风口的开启和关闭，且转页也由吸热玻璃制成，使整体的吸热效果更好。
[0045] 另外，为了探讨吸热玻璃的厚度、通风口的面积及空气间层的厚度对本节能窗的 节能性能的影响，针对不同的地区进行了一系列的模拟计算后发现在吸热玻璃的厚度为 6?10_、通气孔的长为300?900mm和宽为150?50mm及空气间层的厚度为9?16_ 的尺寸范围内，本节能窗的节能效果较为理想。
[0046] 实施例一：节能窗的结构
[0047] 参见图1和图2,本实施例所述的节能窗包括旋转窗框1、平开窗框2、固定窗框3、 合页4和转轴5,平开窗框2的一侧通过上下两个合页4安装在固定窗框3内，平开窗框2 以两个合页4为轴旋转90°，旋转窗框1的中轴线与平开窗框2的中轴线重合，旋转窗框1 与平开窗框2通过放置在中轴线上的两个转轴5连接，旋转窗框1以转轴5为中线可在平 开窗框2内旋转360°，其中：
[0048] 旋转窗框1包括通风口 101、锁槽102、转页103、吸热玻璃104和普通玻璃105,吸 热玻璃104和普通玻璃105相互平行的安装在旋转窗框1上组成一个空气间层，该空气间 层内的空气可被吸热玻璃104吸收的热量加热而升温，为了使空气间层内的热空气形成热 对流达到降低或升高室内温度的目的，在吸热玻璃104的上部和下部对称的部位开有通风 口 101，该通风口 101可以是常用的几何形状中的一种，本实施例中的通风口 101优选为矩 形；
[0049] 另外，为了实现降温、升温及保温三个工作效果的随时转换，在矩形通风口 101上 安装矩形的转页103,转页103通过转轴安装在通风孔101的顶边上，转页103可沿转轴进 行90°的旋转，从而控制通风孔101的开合；
[0050] 同时，为了将旋转窗框1能固定在平开窗框2内，在旋转窗框1的坚直侧边内开有 锁槽102,平开窗框2上对应锁槽102的位置设有旋转窗锁201，可将旋转窗框1固定在平 开窗框2内，平开窗框2上还设有平开窗锁202,能降平开窗框2固定在固定窗框3内；
[0051] 进一步的，为了使本节能窗的密封效果更好，在旋转窗框1与平开窗框2的接合周 及平开窗框2与固定窗框3的接合周上均设有密封条203,且转页103由与吸热玻璃104相 同的材料制成。
[0052] 实施例一节能窗的工作原理为：
[0053] 参考图3,夏季室外温度高、太阳辐射强时，通过平开窗锁202关闭平开窗框2,调 节吸热玻璃104上下两个矩形转页103向外旋转90°，打开矩形通风口 101，转动旋转窗框 1，使吸热玻璃104朝向室外，普通玻璃105朝向室内，由于吸热玻璃104能够吸收太阳光谱 中的红外线部分，而普通玻璃105对吸热玻璃104发射的远红外长波热射线是无法透射的， 因此在两层玻璃之间的空气间层内形成了空气加热腔；由于热压作用，空气间层内的空气 升温后上升，从上部的矩形通风口 101排出，带走空气间层内的热量，室外温度稍低的空气 从吸热玻璃104下部矩形通风口 101补入空气间层内，通过上下两个通风口 101与空气间 层的巧妙配合，本节能窗将夏季室外的热量阻挡在了窗外，从而降低了室内的基础室温，节 约了空调能耗。
[0054] 参考图4,冬季白天阳光充足时，通过平开窗锁202关闭平开窗框2,转动旋转窗框 1，使吸热玻璃104朝向室内，普通玻璃105朝向室外，调节吸热玻璃104上下的矩形转页 6至开启状态，在两层玻璃之间的空气间层内形成了空气加热腔，太阳光穿过普通玻璃105 到达吸热玻璃104及空气间层，使空气间层内的空气被加热，由于热压作用，空气间层内的 空气被加热后上升，从上部的矩形通风口 101排进室内，室内的低温空气从吸热玻璃104下 部矩形通风口 101进入空气间层，这相当于将室内的低温空气循环加热的过程，从而增加 了室内的得热量，提高了室内的基础室温，节约了采暖能耗。
[0055] 参考图5,当冬季白天阳光匮乏及夜晚室外温度低时，通过平开窗锁202关闭平开 窗框2,转动旋转窗框1，使吸热玻璃104朝向室内，普通玻璃105朝向室外，调节吸热玻璃 104上下的矩形转页101至关闭状态，此时两层玻璃之间的空气间层不存在空气流动，相当 于增加了一层空气层热阻，使窗体的保温性能增加，减少了室内的热损失。
[0056] 其余过渡季节，可根据人体对热舒适及空气品质的要求来调节以满足人体对室内 环境的需求。
[0057] 为了更加精确的控制本节能窗对不同气象条件下的不同地区的室内温度的调节， 以拉萨市和西安市为例进行了模拟：
[0058] 影响节能窗热效率的主要因素有以下几个方面：（1)空气间层厚度；（2)吸热玻璃 厚度；（3)通风口尺寸。首先根据冬季节能窗处于吸热增温模式下进行窗体结构的优化设 计，利用Fluent软件对本发明的节能窗的传热过程进行了稳态的数值模拟，以获得热效率 最高时的节能窗设计参数；确定了窗体的结构参数后，再对窗体进行典型日非稳态工况下 的数值模拟，以获得其冬、夏季全天运行状态下的传热量及室内热环境情况。
[0059] 窗体物理模型、初始条件和边界条件的设置如下：
[0060] 1.窗体物理模型
[0061] 利用Gambit建立了多组不同规格的窗体模型，选用的单扇窗体高1800mm、宽 900mm，空气夹层厚度分别为6mm、12mm、16mm，普通玻璃厚度为6mm，吸热玻璃厚度分别为 6臟、8臟、ICtam,通风口宽 X 高尺寸分别为 30CtamX15Ctam、45CtamX10Ctam、90CtamX5Ctam。
[0062] 本发明的节能窗，选用的吸热玻璃组分如下表所示：
[0063] 表1吸热玻璃组分
[0064]
【权利要求】
1. 一种节能窗，该节能窗包括旋转窗框（1)、平开窗框（2)和固定窗框（3)，其特征在 于，所述的平开窗框（2)安装于固定窗框（3)内，旋转窗框框（1)安装于平开窗框（2)内； 旋转窗框（1)内安装有普通玻璃（105)和吸热玻璃（104)，普通玻璃（105)、吸热玻 璃（104)及旋转窗框（1)形成空气间层，吸热玻璃（104)的上部和下部分别设有通风口 (101); 所述的通风口（101)将空气间层内的空气与室内或室外的空气交换。
2. 如权利要求1所述的节能窗，其特征在于，所述的旋转窗框⑴可在平开窗框⑵内 旋转360°。
3. 如权利要求1或2所述的节能窗，其特征在于，所述的旋转窗框（1)的高度为1200? 1800mm，旋转窗框（1)的宽度为600?900mm。
4. 如权利要求3所述的节能窗，其特征在于，所述的吸热玻璃（104)的厚度为6? 10mm〇
5. 如权利要求3所述的节能窗，其特征在于，所述的通风口（101)为矩形的开口，通风 口（101)的长为300?900臟，通风口（101)的宽为50?150臟。
6. 如权利要求5所述的节能窗，其特征在于，所述的通风口（101)上安装矩形转页 (103)，矩形转页（103)控制通风口（101)的开启和关闭。
7. 如权利要求6所述的节能窗，其特征在于，所述的矩形转页（103)由吸热玻璃制成。
8. 如权利要求3所述的节能窗，其特征在于，所述的空气间层的厚度为9?16mm。
【文档编号】E06B3/40GK104453580SQ201410583242
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】刘艳峰, 周晓骏, 王登甲, 刘加平 申请人:西安建筑科技大学