空間文化中 窗的節能、智能及美觀實現有機結合

窗作為建筑圍護結構中的重要組成部分，其承擔了節能的重要任務。目前，已有的節能窗在材料和結構方面不斷更新換代，其密封性和耐用度逐步提升。但是，窗戶的智能化功能以及外觀設計并沒有明顯突破�，F對創新項目進行探索和研究，旨在以窗的節能為出發點，結合智能化技術，并對窗最終以藝術美觀的形式呈現提出觀點與建議，為空間文化中窗的節能、智能及美觀實現有機結合提供更多、更新的思路。

綠色節能、智能以及美觀，是當代社會生活中人們經常探討的話題，也是眾多設計師的工作目標。建筑是人們生活和工作的重要場所，其本身也是多種產品的集合體。圍繞節能、智能以及美觀的相關討論是當代建筑行業發展的重點議題。

窗，在建筑學意義上是指墻或屋頂上建造的洞口，用以使光線和空氣進入室內。據《資治通鑒》記載，早在隋代，洛陽皇宮紫微城內的觀文殿就出現了自動開合的窗戶�！墩f文解字》中記載：“在墻曰牅，在屋曰囪。窗，或從穴�！苯�年來，隨著環保意識的提升，“雙碳”政策的推行，綠色建筑的配套設施愈發科技化。窗作為建筑圍護結構中的重要組成部分，承擔了節能的重要任務。通常在一座建筑中，門窗面積占房屋建筑面積的比例約為七分之一，而門窗耗能卻占據了建筑耗能的二分之一以上。因此，分析窗的節能設計、智能化功能以及美觀設計既有意義又具有市場應用價值。

窗對建筑節能的重要意義與做法

在節能方面，社會能源消耗主要有建筑能耗、交通運輸能耗以及工業能耗，而建筑能耗作為三大能源消耗之首，發展潛力最大。發展低能耗建筑配套設施，可以大幅調整建筑節能的用能結構，從根本上減少二氧化碳的排放。節約能源是解決世界能源消耗問題以及全球溫室氣體排放問題的重大措施，其將會為減緩全球氣候變化作出重大貢獻。

隨著節能建筑的發展，門窗等配套設施也經歷了多次變革。我國的建筑外窗經歷了老式木窗、鋼窗、鋁合金門窗、斷橋鋁門窗、塑鋼門窗、鋁包木門窗以及節能窗7種不同形態的升級。德國節能窗的發展起步較早，而且其是超低能耗節能窗技術較為發達的國家。我國的很多節能建筑大多參照德國標準與技術建造。目前，我國自主技術改良、研發生產且市面較為常見使用的節能窗類型有PVC塑料窗、鋁包塑窗、斷橋鋁合窗、木包鋁窗以及玻纖增強聚氨酯窗。

在傳統認知中，建筑外窗具有隔絕室內外和保溫隔冷的作用，還具有一定的保護和節能作用。這些是窗的基本功能。由于材料質量和制作工藝的差別，窗具有隔絕溫度這一基本功能的效果有時差別也很大。在綠色建筑領域，這一難題得以解決，被動式建筑的節能效果顯著，故而利用科技和新型材料可以使得節能事半功倍。

目前，通過窗的節能設計提升建筑的能耗節約是業內普遍達成的共識，“被動式節能窗”成為被動式建筑不可或缺的配套設施。所謂被動窗是指符合國際被動式房屋認證的窗產品，整窗具有超強的隔熱保溫系數、超強的氣密性能，最大有效U值Uw=0.80W/(m²·K)，如果U值超過規定的0.80W/(m²·K)將無法保證被動式房屋的質量。因此，窗的保護與節能不僅起到傳統意義上的“隔絕”作用，在隔熱型材應用、玻璃質量、玻璃與型材的物理連接方式、五金件選配、密封條工藝、窗的比例尺寸以及窗的安裝工藝等各個環節也要做到科學嚴謹。例如，在五金件方面，環狀鎖點的鎖閉是密封的關鍵之處；而在安裝環節，按照正確的安裝流程，應當注重室內外防水隔、透氣膜的鋪設施工等，其是保證氣密性的關鍵所在。

窗的節能性能一般通過氣密性、水密性、抗風壓性和抗紫外線強度等指標衡量。例如，國內自主品牌森鷹窗業，其自主研發建造的被動式工廠通過使用被動式節能窗，將冬季室內溫度提升3—5℃、夏季室內溫度降低3—4℃，并在節能、防風雨、防塵防霾、防低溫結露以及耐火防盜等方面的性能優勢較為突出。另外，隨著我國建筑技術的發展以及人們生活水平的提高，國內自主品牌不斷發展壯大，門窗質量不斷提高，窗的構造也日趨復雜，可以更好地滿足用戶的需求。例如，檔次較高的產品采用Low-E玻璃、雙道橡膠密封條可以保證其最佳的保溫隔熱、防輻射性能，使人們在房間中更加舒適的同時達到最佳節能效果。

窗的智能化發展趨勢

智能技術在建筑中的運用既體現了建筑科技的發展和創新，也體現了多重領域融合發展的趨勢。智能化應用與建筑的綠色節能是相輔相成、相互促進的關系。在自然資源的循環利用以及提高建筑物使用效能等方面，智能建筑能有效監測環境，具有節能減排的功能，有利于實現現代建筑的綠色發展。

在智能化門窗研究方面，陳為軍等（2010）在遮陽防風、節能保溫、智能控制多功能鋁合金卷簾門等領域深入研究，在多功能遮陽、節能和防盜型組合窗等方面取得了技術進步；楊子靖、蘇俊維（2020）基于物聯網，針對傳統門窗功能單一和市面智能門窗選擇性少等問題對門窗智能啟閉器系統設計進行了分析研究；朱孜、鐘應（2021）對智能門窗發展狀況、智能門窗發展趨勢進行了梳理，重點分析了智能門窗發展的意義，論證其能有效將人與建筑融為一體，實現更安全、更環保節能、更便利、更舒適的高品質生活空間。

在應用方面，目前市面上常見的節能窗在材料和結構上不斷更新換代，其密封性和材料的耐用度性能逐步提升，但是窗戶的智能化功能以及外觀設計并沒有明顯突破。在智能化功能的研究和應用中，王佳宇等（2018）結合單片機技術與傳感器技術研究設計窗的控制系統，采用溫度、風速、雨滴和紅外等傳感器，控制窗的開啟，這種由技術提供支撐的設計構想為本項目提供了一定借鑒與思路。但是相關研究大多將重點放在門窗的開啟、防火防盜預警以及遠程監控操縱等方面，而有針對性地與節能環保相結合的實用性研究還有更多的突破空間。

在課題設計的構想和研究中，根據已有研究成果和技術圍繞節約能耗這一核心目標提出以下概念方案。

一是環境數據的監測顯示。人是建筑的使用者，通過窗這一連接外界的媒介讀取室內外環境數據，可以使人們直觀、快捷地了解生活環境和工作環境情況。數據內容包括溫濕度、風力、PM2.5、PM10、紫外線指數等常用數據，將LED屏幕鑲嵌于合適的監測窗位，連接互聯網客戶端，人們便可以在電腦軟件或手機App上隨時讀取數據。

二是傳感器搭載。應用傳感技術，如碰撞傳感器、光感傳感器、溫度傳感器以及人體紅外線傳感器等技術，根據環境監測數據判斷節能指標，適時提供使用建議，控制空調與新風系統以及窗的開啟和使用，達到節約能耗的目的。

三是Low-E玻璃搭配智能窗簾達到阻隔效果。Low-E玻璃的鍍膜可對中遠紅外線起到高反射作用，降低熱輻射，這是第一重節能防護。在監測數據顯示室內外溫差較大的情況下，智能窗簾的開啟和閉合可以形成第二道屏障。這不僅可以使目前市面上較為流行的智能電動窗簾很好地與節能目標相結合，還可以完善建筑的智能系統，讓智能的最終目的指向節能、環保與健康。

窗的藝術設計使建筑更具藝術性

將藝術審美與實用功能合理搭配是使建筑成為藝術品的關鍵所在。我國著名建筑理論學者吳煥加曾在書中寫道：“建筑藝術存在于房屋之中，建筑的藝術性以實用工程物為載體�！辈徽撌侵袊鴤鹘y建筑和園林中窗的別致造型，還是西方古典教堂中的彩色玫瑰花窗，都表明窗既是建筑中不可或缺的用于采光與通風的洞口結構，也是建筑物外觀的審美著眼點。

由此可見，窗的藝術設計很早便已出現。先秦時期，《考工記》記載：“天有時，地有氣，材有美，工有巧。合此四者，然后可以為良�！辈拿拦で墒切纬闪嘉锏谋匾獥l件，這也是當代設計既節能環保又具備科技智能的建筑門窗的生產理念。根據調研國內品牌窗市場和調查用戶反饋，品牌實力強、技術先進的節能門窗廠家非常注重材料選用和生產工藝。例如，選用高透亮且環保的Low-E玻璃、進口可焊接非金屬間隔條、GFRP（玻璃纖維增強塑料）等；制作中配套高精度生產線，不論是斷橋鋁合金窗、鋁包木窗還是高玻纖聚氨酯窗，都要保證生產工藝精良嚴密。同時，對門窗成品的安裝施工也有嚴格的流程標準，要保證在安裝過程中不對產品造成損傷。

在市場現有產品的基礎上，本項目組做出了概念設計的提案，主要體現在以下方面。

一是注重與建筑空間環境整體風格的搭配。眾所周知，環境設計以及裝飾風格經過不斷發展形成了一些固定的搭配模式。當下較為常見的建筑空間設計風格有新中式風格、現代簡約風格、歐式簡約風格、侘寂風格或美式風格等。而窗框的顏色、質感，窗框分隔形式以及窗欞的樣式等，也會影響建筑空間環境整體風格的呈現。

二是對于窗框的選擇不拘泥于直角矩形，還可以適當選用圓角矩形。首先，人眼對所接收的圖形信息會有所篩選，對圓角矩形的認知會優于直角矩形。由于人眼結構中辨識力最強的部位會優先識別圖形的視覺中心，因此圓角矩形會使人更易識別。其次，生活中的棱角或尖角非常鋒利，無形中給人一種壓迫感，而圓角可以避免給人造成尖銳角度的冰冷感，使人感覺到溫暖。窗可以為人們帶來舒適感和安全感，所以圓角矩形可以作為窗框的優先選擇。

三是顏色可以進行適當突破。在木窗作為主要窗材的年代，人們翻新窗戶的主要做法就是用油漆粉刷。人們可以根據自己的喜好調配漆的顏色。在塑鋼窗取代木窗之后的一段時間內，窗框顏色由常見的白色逐步轉為深色。其中，建筑配套的固定選擇搭配是其發生轉變的原因之一。但是當客戶有更換窗戶的需求并且希望進行個性化搭配時，由于顏色樣板的選擇范圍較小，則無法滿足其需求。因此，只有創新設計窗與建筑空間的搭配風格，才能更好地滿足不同客戶的多樣化需求。

“雙碳”戰略的提出具有重要歷史意義和可持續發展意義。2022年8月18日，科技部、國家發展改革委、工業和信息化部、生態環境部、住房城鄉建設部、交通運輸部、中科院、工程院、國家能源局共同研究制定的《科技支撐碳達峰碳中和實施方案（2022—2030年）》中提出，大力支持和鼓勵創新綠色低碳科技，提高我國產業競爭力。

立足于窗，運用智能化科技，大力推廣綠色低碳生活方式，將節能、智能與美觀三者實現有機結合。這既是為助力國家碳達峰碳中和戰略目標的實現，也是順應消費升級趨勢，以服務生活作為建筑設計的核心主題，更是傳承中華民族勤儉節約傳統美德和弘揚社會主義核心價值觀的重要體現。

本文的研究目的在于提供創新設計思路，力求設計一款在傳統門窗基礎上具有智能化性能的新型節能建筑配套設備，且功能實用，用戶操作方便，以打造舒適的宜居空間為設計理念，化繁為簡。節能設計體現了人們對綠色健康生活的追求，智能化性能體現了節能門窗設計師從人性化的角度出發，讓節能化、智能化和美觀化的生活理念真正走進當代生活。

本文為2022年度大學生創新創業訓練計劃校創立項項目，項目編號2022cxcy082。

（作者單位：浙江科技學院）