李春福
广东田边建筑五金制品有限公司
摘要：建筑通常是由基础、墙、楼板、屋顶、楼梯、门窗组成，窗户有着举足轻重的地位。窗户的采光、通风、围护、防护、观景等功能决定了建筑室内环境的好坏，间接地影响着人们的生活和工作。随着当今生态节能观念的普及，现代建筑越来越注意建筑的能耗问题，建筑外窗的生态节能技术对整个建筑的节能效果影响很大，窗户的生态节能无疑是一个重要发展方向。外窗又可以说是建筑的眼睛，有着画龙点睛的作用，通过窗户的组合可以使建筑立面充满活力；此外，建筑外窗蕴含着丰富的文化内涵，窗户可以作为一种带有文化意义的元素符号运用到建筑设计中，影响着建筑的造型。
关键词：建筑外窗；功能性
随着社会发展，人们对生态节能的重视程度不断提升，对现代建筑能耗问题的关注越来越大，外窗的生态节能设计对建筑节能具有重要意义。作为建筑的眼睛，外窗又是建筑表现的一个重要手段，外窗的形式丰富多样，对建筑的造型设计有着重要的作用。此外，建筑外窗可以作为是历史文化的载体，研究窗户所承载的民俗文化、历史信息，并将其在现代建筑设计中表现出来，也有着重要意义。
一、建筑外窗的功能性研究
1、建筑外窗的通风功能
外窗的出现起源于室内的排烟，也就是通风要求。原始人类在屋顶开口，用来将室内篝火产生的烟气排到室外，这种通风口就是窗的原型。通风对改善室内空气质量、热湿环境有着重要作用，绝大生物的生存是离不开空气
的，由于人的活动，建筑室内空气会经常受到污染，为了保证人体健康，必须及时换气，确保室内新鲜空气的供应。“柯布西耶在其《走向新建筑》中所提出的住宅指南也明确指出每个房间都要有换气扇。”
随着科技的进步，建筑通风方式除了自然通风外，还有机械通风，而与机械通风相比，自然通风仍是最经济、有效的空气净化手段。自然通风与围护结构的形式有很大关系，窗户的开启方式、开窗的面积大小、窗的位置，都影
响着建筑的通风效果，一般情况下，在炎热地区，例如我国的南方地区，夏季炎热且时间较长，人们为了调节室温，建筑开窗面积一般较大，更易通风散热，还常设有一些天井，形成对流过堂风，带走室内多余热量。在寒冷地区，例如我国的东北部以及西北部，冬季气温低，窗户为热量散失主要构件，要求开窗面积不能过大，满足建筑节能要求。
2、外窗的自然通风对室内环境的影响
通风功能是建筑外窗的基本功能之一，采取合理地通风换气方式是保障建筑室内空气质量的重要手段，建筑室内存在着多种污染物，及时有效的通风对改善室内空气质量，保护人们身体健康有重要意义。自然通风的对室内环境的影响主要有：1、进行室内外空气交换，提供新鲜空气，排出室内污染物。2、带走建筑室内多余热量，降低机械降温负荷。3、对人体进行生理降温，维护人们身体健康。
3、外窗的自然通风产生条件
建筑自然通风的动力来源于内外环境的热压和风压。一般建筑正立面产生正风压，建筑侧面和背面形成负风压区。穿堂风是建筑利用风压达到自然通风效果的常用手法，对夏季室内通风降温有很好效果，但在冬季热损失很大，我国南方地区常利用穿堂风进行室内温度调节；热压是热对流所产生的空气流动。通常情况下，建筑进深小的利用风压通风，进深大利用热压通风。“利用风压和热压实现自然通风时应注意以下条件：1、建筑外部的风环境。2、建筑朝向。3、阳光、墙体热容量等各种热效应产生的气流影响。4、建筑物的高度或通风房间在建筑物内所处的位置。”根据以上条件，综合考虑，合理的布置建筑平面和开窗形式，送风入室，可有效降低建筑能耗。
4、现代建筑外窗自然通风的设计要点
随着人们对生态节能概念的关注，自然通风越来越注为人们重视。建筑设计中，建筑外窗的通风性能由可开启的窗扇决定，窗扇的面积、位置以及开启形式对通风性能均有影响。这就要求我们在外窗设计时，要有针对性的开窗、选择窗型，以达到最佳的自然通风效果。
5、建筑外窗的采光功能
自然光线中具有不同的光谱成分，这些光谱对人体健康有着重要作用。例如紫外线有利于骨骼吸收维生素，对预防佝偻病有显著效果，同时还具有杀菌消毒的作用，可以治疗某类皮肤病或是消灭室内病菌。“明亮、愉悦的光振奋人的精神，使我们心理上感到满足……因此自然光线是不能完全由人工光来代替的，建筑的采光也是必须的。”人类一直在追求着合理有效的采光方式，而外窗无疑是建筑的主要自然采光构件。但由于建筑外窗的复杂性以及自然光的多样性，我们并不只能单纯的增大窗户面积来获得光量，要充分考虑建筑功能要求，室外环境等各方面的因素，进行建筑外窗设计，以满足建筑的采光要求。
二、外窗采光方式和采光性能
1、侧向采光
侧向采光是建筑外窗的主要采光形式之一，是最为常用的采光方式，它的优点是光线均来自一侧投射，光线的方向性明显，可以使室内的人或物形成良好的光影造型。建筑室内的采光效果同外窗洞口的朝向、大小、位置有很大关系。常用的侧窗形式如图1。
图1 不同形式窗的光线分布
如图（a）、（b）所示，高而窄的侧窗与低而宽的侧窗相比，面积相等的条件下，前者照射深度较大，后者照射范围较大。如果侧窗之间的墙面较宽，平行与窗墙方向的光照分布不均匀，墙面背后会出现“阴影区”，窗之间的墙面和地板会显的昏暗，如图（c）所示。带型高侧窗相对于普通带型侧窗，其照射深度较大，但窗下墙面区域较暗。如图（d）。凸窗常用于住宅和旅馆客房，有开阔的视野和充足的光照范围，但由于凸窗的顶板遮挡了一部分天空，其照射深度比普通侧窗要小。如图（e）所示。转角窗具有两个采光面，可以增加房间日照时间，缓和墙与窗的亮度对比，而且可以获得多方向的视野，增添室内空气趣味，通常以飘窗的形式出现的住宅建筑里。如图2，为参与的实际项目，利用高侧窗，为室内提供较远的照射深度，近墙处的光照则由入口的玻璃门窗提供，且西侧的外窗设有遮阳百叶，防止西晒，南侧外窗玻璃选用镀膜玻璃。
图2 B工程实例剖而（参与项目）
2、顶部采光
顶部采光也是建筑的一种重要采光方式，常见用于工业厂房、博物馆类型建筑中。此采光方式可以获得比较均匀、稳定的光线，有平天窗、矩形天窗、锯齿形天窗等方式。
3、新型采光方法
新型采光方法可以理解为窗在采光功能形态上的拓展，常见方法有光导纤维法、棱光导纤维是一种中新型材料，利用纤维的特殊性能，光可以输送到任何需要的地方。“此外还有棱镜组多次反射法、导光管法等可以将集光器收集的太阳光传送到需要采光的部位。”通过上面几种方法，可以发现，对光进行选择性吸收，间接利用自然光是建筑采光的一种全新理念，但其最终目的，仍是创造适合人们生活的室内生活环境。
4、调节光照强度
建筑外窗一方面要提供充分的照明，另一方面要控制房间进光量，防止室内产生眩光或导致夏季室内热辐射温度过高等负面影响。我国传统的民居建筑中，外窗的窗棂花格子对阳光有遮挡作用，犹如遮阳格栅，减少室内的太阳辐射量。而现代建筑中，外窗通常采用特殊玻璃，如镀膜玻璃、有色玻璃等，将一部分阳光进行过滤，以减轻阳光对室内的直射，避免眩光的产生，营造一个光线柔和的室内环境。除此之外，在建筑外墙设置遮阳设施也是一个很好的选择，通过遮阳构件来调控射入室内太阳光强度，以确保建筑室内环境亮度分布均匀。遮阳构件的位置选择影响遮阳效果，通常南北向外窗采用水平遮阳，遮挡高度角较大的阳光，而对于来自两侧且高度角较小的阳光则采用垂直遮阳。在现代建筑中，设计师通常将外窗的遮阳和窗造型结合起来设计。
三、铝合金窗五金配件选择原则
3.1 根据载荷大小选择
门窗的设计一般应从抗风压、水密性、气密性、保温、隔热、隔声性能来考虑。因此，选择铝合金窗五金配件时，首先要考虑抗三性功能。根据国家外窗设计施工、验收规定及各地区的有关规定，在正常情况下门窗均应严格遵守抗风压性能设计规定。例如标准中规定门型材截面主要受力部位最小实测壁厚应不小于 2.0mm；窗型材截面主要受力部位最小实测壁厚应不小于 1.4mm；窗构件由风荷载作用力产生的最大挠度值应满足 u max ＜[u]，同时应满足绝对挠度值不大于 15mm（u max 为构件最大弯曲值，[u]为构件弯曲允许挠度值）。窗镶嵌单层玻璃时，[u]＜L/120；门窗镶嵌夹层玻璃、中空玻璃时，[u]＜L/180（L为窗扇的宽度）。从门窗的抗风压计算来看，锁点越多门窗的抗风压性能越强，对抗风压要求较高的建筑，应选择多的锁点结构。门窗的抗三性功能与锁点的配置方式也有很大的关系，只有在锁点均匀分布的情况下，才会使多点锁起最有效的作用；从构件弯曲最大挠度值来看，锁点比较靠近窗最大受力构件的中点部位，才能有效防止窗的构件弯曲变形；无论给窗配单边多点锁、还是多边多点锁，都要根据窗的洞口大小，合理配置锁点的分布距离。
3.2 根据使用功能选择
门窗的功能不同，五金件配件的类型不同。门窗的功能主要由门窗的类型决定。门窗五金件按窗型可分为平开、推拉、平开上悬、推拉上悬、推拉折叠等形式，同时还有一些特殊的窗形五金件，如天窗、中悬窗、屋顶斜窗五金件等。内平开窗用五金件的基本部件有：上、中铰链（框，扇二种），框用下轴承，扇用下转轴，传动器，锁座，执手，转向角，连杆等。外平开窗用五金件的基本部件有：传动器、磨擦铰链、锁座，铰链，风撑，外开专用执手等。平开上悬窗五金件基本部件有：传动器，角传动器，顶杆，斜拉杆，连杆，上、下铰链，锁座，执手等；推拉窗五金件零部件主要有：传动器，半圆锁，锁座，滑轮，缓冲块，限位块，铝滑轨等。还有对各类门窗都适用的功能五金配件。现代建筑除要求门窗具有开启功能以外，还应具有隔音、隔热及气密性和水密性等特点，这就要求五金配件本身的质量要高，结构要合理。除此之外，还要采用多种不同材料性质的辅助材料，如橡胶压条、弹性衬垫等。现代建筑的发展，已使门窗五金配件不再局限于铰链、插销、把手、锁一类传统产品。如用橡胶材料制作的用于安装玻璃的U 型软板，两侧各有一向上延伸的凸出物，这样将软板和玻璃一同放人型材的凹槽内，即可使软板收缩，从而紧固玻璃，并在玻璃两侧的表面上形成一斜坡状，以防止水的浸人。因此，应根据门窗的功能，选择相应的五金配件。
结语：作为建筑的重要构成要素，外窗是对建筑整体设计的具体反映，本文对建筑外窗的研究：一方面可以加深对建筑外窗的理解，使人们对带窗的的认识从本体上升到一定的理念范畴。另一方面，通过对建筑外窗的功能、技术、艺术的研究，为今后外窗设计提供基本指导和资料参考作用。
参考文献：
[1]张艳，孙铭岳，窗在中国的发展史[J]，山西建筑 2010/03
[2]潘华，通过窗口看建筑（D），南京：东南大学，2005：03-04
[3]潘嘉来编著，中国传统窗棂[M]，北京：人民美术出版社，2004：14-15
论文作者:李春福
论文发表刊物:《基层建设》2016年2期
论文发表时间:2016/5/28
标签：建筑论文; 采光论文; 室内论文; 门窗论文; 自然论文; 功能论文; 构件论文; 《基层建设》2016年2期论文;