空间文化中 窗的节能、智能及美观实现有机结合

窗作为建筑围护结构中的重要组成部分，其承担了节能的重要任务。目前，已有的节能窗在材料和结构方面不断更新换代，其密封性和耐用度逐步提升。但是，窗户的智能化功能以及外观设计并没有明显突破。现对创新项目进行探索和研究，旨在以窗的节能为出发点，结合智能化技术，并对窗最终以艺术美观的形式呈现提出观点与建议，为空间文化中窗的节能、智能及美观实现有机结合提供更多、更新的思路。

绿色节能、智能以及美观，是当代社会生活中人们经常探讨的话题，也是众多设计师的工作目标。建筑是人们生活和工作的重要场所，其本身也是多种产品的集合体。围绕节能、智能以及美观的相关讨论是当代建筑行业发展的重点议题。

窗，在建筑学意义上是指墙或屋顶上建造的洞口，用以使光线和空气进入室内。据《资治通鉴》记载，早在隋代，洛阳皇宫紫微城内的观文殿就出现了自动开合的窗户。《说文解字》中记载：“在墙曰牅，在屋曰囱。窗，或从穴。”近年来，随着环保意识的提升，“双碳”政策的推行，绿色建筑的配套设施愈发科技化。窗作为建筑围护结构中的重要组成部分，承担了节能的重要任务。通常在一座建筑中，门窗面积占房屋建筑面积的比例约为七分之一，而门窗耗能却占据了建筑耗能的二分之一以上。因此，分析窗的节能设计、智能化功能以及美观设计既有意义又具有市场应用价值。

窗对建筑节能的重要意义与做法

在节能方面，社会能源消耗主要有建筑能耗、交通运输能耗以及工业能耗，而建筑能耗作为三大能源消耗之首，发展潜力最大。发展低能耗建筑配套设施，可以大幅调整建筑节能的用能结构，从根本上减少二氧化碳的排放。节约能源是解决世界能源消耗问题以及全球温室气体排放问题的重大措施，其将会为减缓全球气候变化作出重大贡献。

随着节能建筑的发展，门窗等配套设施也经历了多次变革。我国的建筑外窗经历了老式木窗、钢窗、铝合金门窗、断桥铝门窗、塑钢门窗、铝包木门窗以及节能窗7种不同形态的升级。德国节能窗的发展起步较早，而且其是超低能耗节能窗技术较为发达的国家。我国的很多节能建筑大多参照德国标准与技术建造。目前，我国自主技术改良、研发生产且市面较为常见使用的节能窗类型有PVC塑料窗、铝包塑窗、断桥铝合窗、木包铝窗以及玻纤增强聚氨酯窗。

在传统认知中，建筑外窗具有隔绝室内外和保温隔冷的作用，还具有一定的保护和节能作用。这些是窗的基本功能。由于材料质量和制作工艺的差别，窗具有隔绝温度这一基本功能的效果有时差别也很大。在绿色建筑领域，这一难题得以解决，被动式建筑的节能效果显著，故而利用科技和新型材料可以使得节能事半功倍。

目前，通过窗的节能设计提升建筑的能耗节约是业内普遍达成的共识，“被动式节能窗”成为被动式建筑不可或缺的配套设施。所谓被动窗是指符合国际被动式房屋认证的窗产品，整窗具有超强的隔热保温系数、超强的气密性能，最大有效U值Uw=0.80W/(m²·K)，如果U值超过规定的0.80W/(m²·K)将无法保证被动式房屋的质量。因此，窗的保护与节能不仅起到传统意义上的“隔绝”作用，在隔热型材应用、玻璃质量、玻璃与型材的物理连接方式、五金件选配、密封条工艺、窗的比例尺寸以及窗的安装工艺等各个环节也要做到科学严谨。例如，在五金件方面，环状锁点的锁闭是密封的关键之处；而在安装环节，按照正确的安装流程，应当注重室内外防水隔、透气膜的铺设施工等，其是保证气密性的关键所在。

窗的节能性能一般通过气密性、水密性、抗风压性和抗紫外线强度等指标衡量。例如，国内自主品牌森鹰窗业，其自主研发建造的被动式工厂通过使用被动式节能窗，将冬季室内温度提升3—5℃、夏季室内温度降低3—4℃，并在节能、防风雨、防尘防霾、防低温结露以及耐火防盗等方面的性能优势较为突出。另外，随着我国建筑技术的发展以及人们生活水平的提高，国内自主品牌不断发展壮大，门窗质量不断提高，窗的构造也日趋复杂，可以更好地满足用户的需求。例如，档次较高的产品采用Low-E玻璃、双道橡胶密封条可以保证其最佳的保温隔热、防辐射性能，使人们在房间中更加舒适的同时达到最佳节能效果。

窗的智能化发展趋势

智能技术在建筑中的运用既体现了建筑科技的发展和创新，也体现了多重领域融合发展的趋势。智能化应用与建筑的绿色节能是相辅相成、相互促进的关系。在自然资源的循环利用以及提高建筑物使用效能等方面，智能建筑能有效监测环境，具有节能减排的功能，有利于实现现代建筑的绿色发展。

在智能化门窗研究方面，陈为军等（2010）在遮阳防风、节能保温、智能控制多功能铝合金卷帘门等领域深入研究，在多功能遮阳、节能和防盗型组合窗等方面取得了技术进步；杨子靖、苏俊维（2020）基于物联网，针对传统门窗功能单一和市面智能门窗选择性少等问题对门窗智能启闭器系统设计进行了分析研究；朱孜、钟应（2021）对智能门窗发展状况、智能门窗发展趋势进行了梳理，重点分析了智能门窗发展的意义，论证其能有效将人与建筑融为一体，实现更安全、更环保节能、更便利、更舒适的高品质生活空间。

在应用方面，目前市面上常见的节能窗在材料和结构上不断更新换代，其密封性和材料的耐用度性能逐步提升，但是窗户的智能化功能以及外观设计并没有明显突破。在智能化功能的研究和应用中，王佳宇等（2018）结合单片机技术与传感器技术研究设计窗的控制系统，采用温度、风速、雨滴和红外等传感器，控制窗的开启，这种由技术提供支撑的设计构想为本项目提供了一定借鉴与思路。但是相关研究大多将重点放在门窗的开启、防火防盗预警以及远程监控操纵等方面，而有针对性地与节能环保相结合的实用性研究还有更多的突破空间。

在课题设计的构想和研究中，根据已有研究成果和技术围绕节约能耗这一核心目标提出以下概念方案。

一是环境数据的监测显示。人是建筑的使用者，通过窗这一连接外界的媒介读取室内外环境数据，可以使人们直观、快捷地了解生活环境和工作环境情况。数据内容包括温湿度、风力、PM2.5、PM10、紫外线指数等常用数据，将LED屏幕镶嵌于合适的监测窗位，连接互联网客户端，人们便可以在电脑软件或手机App上随时读取数据。

二是传感器搭载。应用传感技术，如碰撞传感器、光感传感器、温度传感器以及人体红外线传感器等技术，根据环境监测数据判断节能指标，适时提供使用建议，控制空调与新风系统以及窗的开启和使用，达到节约能耗的目的。

三是Low-E玻璃搭配智能窗帘达到阻隔效果。Low-E玻璃的镀膜可对中远红外线起到高反射作用，降低热辐射，这是第一重节能防护。在监测数据显示室内外温差较大的情况下，智能窗帘的开启和闭合可以形成第二道屏障。这不仅可以使目前市面上较为流行的智能电动窗帘很好地与节能目标相结合，还可以完善建筑的智能系统，让智能的最终目的指向节能、环保与健康。

窗的艺术设计使建筑更具艺术性

将艺术审美与实用功能合理搭配是使建筑成为艺术品的关键所在。我国著名建筑理论学者吴焕加曾在书中写道：“建筑艺术存在于房屋之中，建筑的艺术性以实用工程物为载体。”不论是中国传统建筑和园林中窗的别致造型，还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与通风的洞口结构，也是建筑物外观的审美着眼点。

由此可见，窗的艺术设计很早便已出现。先秦时期，《考工记》记载：“天有时，地有气，材有美，工有巧。合此四者，然后可以为良。”材美工巧是形成良物的必要条件，这也是当代设计既节能环保又具备科技智能的建筑门窗的生产理念。根据调研国内品牌窗市场和调查用户反馈，品牌实力强、技术先进的节能门窗厂家非常注重材料选用和生产工艺。例如，选用高透亮且环保的Low-E玻璃、进口可焊接非金属间隔条、GFRP（玻璃纤维增强塑料）等；制作中配套高精度生产线，不论是断桥铝合金窗、铝包木窗还是高玻纤聚氨酯窗，都要保证生产工艺精良严密。同时，对门窗成品的安装施工也有严格的流程标准，要保证在安装过程中不对产品造成损伤。

在市场现有产品的基础上，本项目组做出了概念设计的提案，主要体现在以下方面。

一是注重与建筑空间环境整体风格的搭配。众所周知，环境设计以及装饰风格经过不断发展形成了一些固定的搭配模式。当下较为常见的建筑空间设计风格有新中式风格、现代简约风格、欧式简约风格、侘寂风格或美式风格等。而窗框的颜色、质感，窗框分隔形式以及窗棂的样式等，也会影响建筑空间环境整体风格的呈现。

二是对于窗框的选择不拘泥于直角矩形，还可以适当选用圆角矩形。首先，人眼对所接收的图形信息会有所筛选，对圆角矩形的认知会优于直角矩形。由于人眼结构中辨识力最强的部位会优先识别图形的视觉中心，因此圆角矩形会使人更易识别。其次，生活中的棱角或尖角非常锋利，无形中给人一种压迫感，而圆角可以避免给人造成尖锐角度的冰冷感，使人感觉到温暖。窗可以为人们带来舒适感和安全感，所以圆角矩形可以作为窗框的优先选择。

三是颜色可以进行适当突破。在木窗作为主要窗材的年代，人们翻新窗户的主要做法就是用油漆粉刷。人们可以根据自己的喜好调配漆的颜色。在塑钢窗取代木窗之后的一段时间内，窗框颜色由常见的白色逐步转为深色。其中，建筑配套的固定选择搭配是其发生转变的原因之一。但是当客户有更换窗户的需求并且希望进行个性化搭配时，由于颜色样板的选择范围较小，则无法满足其需求。因此，只有创新设计窗与建筑空间的搭配风格，才能更好地满足不同客户的多样化需求。

“双碳”战略的提出具有重要历史意义和可持续发展意义。2022年8月18日，科技部、国家发展改革委、工业和信息化部、生态环境部、住房城乡建设部、交通运输部、中科院、工程院、国家能源局共同研究制定的《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022—2030年）》中提出，大力支持和鼓励创新绿色低碳科技，提高我国产业竞争力。

立足于窗，运用智能化科技，大力推广绿色低碳生活方式，将节能、智能与美观三者实现有机结合。这既是为助力国家碳达峰碳中和战略目标的实现，也是顺应消费升级趋势，以服务生活作为建筑设计的核心主题，更是传承中华民族勤俭节约传统美德和弘扬社会主义核心价值观的重要体现。

本文的研究目的在于提供创新设计思路，力求设计一款在传统门窗基础上具有智能化性能的新型节能建筑配套设备，且功能实用，用户操作方便，以打造舒适的宜居空间为设计理念，化繁为简。节能设计体现了人们对绿色健康生活的追求，智能化性能体现了节能门窗设计师从人性化的角度出发，让节能化、智能化和美观化的生活理念真正走进当代生活。

本文为2022年度大学生创新创业训练计划校创立项项目，项目编号2022cxcy082。

（作者单位：浙江科技学院）