T它们会漏雨水,在阳光明媚的日子里烘烤房间,在冬天的天空中散发热量。为什么会有人想要天窗?我猜是因为天窗给黑暗的空间带来了光明、欢乐和新鲜空气,也因为它们可以成为引人注目的建筑焦点。此外,天窗已经走过了漫长的道路。新型玻璃和内置遮阳伞等配件可以最大限度地减少热量问题,今天的工厂供应的闪光已经大大降低了泄漏的风险。
今天的天窗涵盖了从固定的丙烯酸泡泡到在第一滴雨时自动关闭的电动屋顶窗户。天窗或屋顶窗户,有时被称为可操作的版本,可以放置在倾斜或平坦的屋顶上。与几乎任何类型的屋顶材料兼容的闪光套件是可用的。
对于距离屋顶20英尺或更高的房间,管状天窗或光隧道可以将来自屋顶收集器的自然光输送到管道通风口一样的地方(边栏第59页)。一些复杂的版本机组使用光纤电缆将光线输送到内部装置。
可供选择的制造商数量有限
许多公司生产天窗和屋顶窗户,但只有少数几家是全国性企业。丹麦公司威卢克斯(Velux)主导着现成的住宅天窗市场。总部位于缅因州的瓦斯科(Wasco)位居第二,但该公司认为自己是高端定制天窗领域的领导者。其他制造商,如Tam、Columbia和suntek,是更强大的地区力量。Fakro是一家主要的欧洲制造商,迄今为止还没有在美国取得重大进展,但你可以在当地的大卖场找到它的高端产品。窗户制造商安徒生(Andersen)、马文(Marvin)和佩拉(Pella)过去都生产天窗,但近年来已经退出了这一业务。
玻璃可以是玻璃的,也可以是塑料的
各种塑料和玻璃都用于天窗玻璃。丙烯酸或聚酯Bonate塑料的成本比玻璃低,但不耐划伤,长时间暴露在阳光下可能会变脆和变色。聚碳酸酯具有更高的抗冲击性,并且比丙烯酸更贵。框架由木材、PVC或铝制成。塑料天窗被制造成各种形状——圆顶、矩形、圆形、椭圆形、三角形——这些都是玻璃难以复制的。
更昂贵的天窗是用玻璃制成的,制造商现在提供了各种各样的玻璃选择。这样的选择使天窗更容易与特定的屋顶位置或特定的气候区相匹配。
正如窗户制造商稳步提高了多窗格设计、低辐射涂层和惰性气体填充装置的性能一样,天窗制造商也在扩大他们的产品。低发射率(low-e)涂料通过将特定波长的热量反射回建筑物来提高能源效率。多个窗格形成一个(或多个)空间,充满惰性气体,如氩气。这些空间提供绝缘价值,惰性气体比空气表现更好。
Wasco制作了几个三层玻璃天窗。Fakro也是如此,该公司还制作了一个有四层玻璃的天窗。Fakro的美国经理Waldemar Szalus说,这个单元的r值为10,相当于u系数为0.1。(u系数越低,机组的绝缘值越高。)Fakro说这是业内最好的。但请记住,欧洲和北美的窗口是用不同的协议进行测试的,因此u因子不能直接比较。
其他制造商坚持使用双层玻璃。Velux就是其中之一,该公司在英国提供三层玻璃天窗,但在美国没有。
威卢克斯美国公司的全国产品经理罗斯·范德马克说:“我们的入口是水平玻璃,可以这么说,是一个低e 3(意味着有三层低e涂层)氩气填充。这是一种非常非常节能的玻璃,所以我们从一个高水平开始。你会得到一个很好的u系数,一个很好的太阳热增益系数,因为我们不是从透明玻璃或单一的低e涂层开始的。”
u系数为0.37的双层玻璃天窗与u系数为0.1的四窗格组件之间的性能差异,大致相当于R-2.7的墙壁与R-10的墙壁进行比较。其中一种阻挡热量流动的效果几乎是另一种的四倍。不过,只有几扇天窗带来的差异远不如一幢房子有很多窗户带来的差异那么大,这也许可以解释为什么双层玻璃单元远远最常见。
Wasco首席执行官杰夫·弗兰克说:“如果你计算一下三层玻璃和双层玻璃在供暖或制冷费用上的差异,你每年可以节省11美元。”“如果你为此支付250美元或300美元的溢价,你的回报就远远超出了预期。如果你要在R-30的屋顶上开一个洞,那么r值是3.2还是5有关系吗?从能源的角度来看,这并没有太大区别。”
精明的设计师寻找的是针对特定安装的u系数、太阳能热增益和可见光透射率的最佳组合。关于天窗的最好的信息来源是国家开窗评级委员会(nfrc.org),该委员会维护了一个数据库,可以根据制造商或天窗类型进行搜索。
与屋顶斜坡相匹配的天窗
天窗可以直接安装在屋顶平台上,也可以安装在路边。为了确保天窗防水,制造商通常规定最小屋顶角度为15°,与3-in-12的俯仰角相同。在较浅的屋顶上,天窗可以安装在倾斜的路缘上,以达到必要的倾角(图左)。
安装角度由屋顶坡度或单独倾斜的路沿决定,也会影响天窗为建筑提供多少热量,这是一个主要的能源考虑因素。低斜度的天窗在夏天太阳高的时候会让更多的热量进来,而在冬天太阳更接近地平线的时候会让更少的热量进来。这种影响在北方气候更为明显。
正如美国能源部所指出的,这与大多数人想要达到的效果完全相反。该部门建议,为了获得最佳的太阳能增益,天窗应安装在等于场地纬度加5°至15°的斜坡上。例如,在北纬38°的旧金山将朝南的天窗倾斜43°至53°,可以减少夏季的太阳能吸收量,并在冬季获得最佳的能量回报。
![天窗必须倾斜至少15°。](https://s3.amazonaws.com/finehomebuilding.s3.tauntoncloud.com/app/uploads/2013/09/29125007/H238gi2wasco-300x300.jpg)
生活在能源短缺的环境中
在寒冷的气候条件下,从天窗获得的冬季热量是一个加分项。然而,在夏天,你可能会觉得自己像一只呆在孟买油锅里的鸡,而且你还会看到更高的制冷成本。因为天窗是直接面向天空的,它们可以比同样大小的垂直窗户吸收更多的热量。加州能源委员会表示2英尺。4英尺。采用单层玻璃的天窗每年将增加240kwh的冷却所需能源。更好的上光效果会降低。
夏季不必要的热量增加是一个问题,但冬季热量损失也是一个问题。根据加州能源委员会的数据,在寒冷的天气里,天窗通常比垂直安装的相同大小的窗户多损失35%到45%的热量。
“这是因为热空气上升,”委员会说。“当房子里的热空气上升到天花板时,它会接触到天窗的冷表面。空气冷却下降,形成大气流哦,那会大大降低舒适度。天窗越接近水平,影响就越显著。”
除了对流,委员会说,天窗还通过辐射损失热量,比垂直安装的窗户更明显。当天窗安装在路边顶部时,损失会被放大,这增加了暴露在寒冷夜空下的总表面积。
工程师兼能源顾问马克·罗森鲍姆(Marc Rosenbaum)说:“我不会把天窗主要用来收集太阳能取暖,因为它们在夏天收集的太阳能还是会比冬天多。”
创新的玻璃和框架选择
制造商向市场推出的功能包括...
紧急出口。侧面铰链的屋顶窗户可以用作阁楼的紧急出口。屋顶的窗户也在底部铰链,并在火灾时自动打开,以通风建筑物的烟雾(这两个设计都是由Fakro设计的)。
自动关闭。一些遥不可及的天窗可以电动打开和关闭。有些一下雨就自动关闭。
Extradurable玻璃。虽然规范要求天窗必须安装安全玻璃,但还有更可靠的选择。抗飓风和抗冲击玻璃可用于高风险的沿海地区。在担心积雪太厚的地区,你可以购买特殊的防雪玻璃。
内置的阴影。各种各样的活动遮阳帘和百叶窗可以阻挡或过滤光线。威卢克斯
提供太阳能(光伏)版本,并说它的遮光百叶窗将能源性能提高了45%。
太空时代的绝缘。卡伯特公司(Cabot Corp.)生产的一种半透明绝缘材料Lumira气凝胶(Lumira Aerogel)几乎完全由空气制成,据说是迄今为止生产的最轻的固体。它的r值是每英寸8。采用气凝胶的天窗发出漫射、不发光的光,同时限制热损失。气凝胶目前在商业建筑中的应用比在住宅产品中更广泛,可能是因为生产成本高。对于大型商业建筑来说,当采光和空调成本降低时,会产生巨大的能源差异分解。
工作方向影响业绩
因为太阳的角度和方向会改变一天中,天窗的位置对太阳能吸收有很大影响。
朝这个方向的北天窗带来了均匀的光线。虽然它们最不可能过热,但它们对太阳能的贡献也不大。
西这样的天窗带来了下午的阳光和温暖,这在一月的晴天可能是受欢迎的,但在七月就完全不受欢迎了。
东朝向日出的方向,朝东的天窗带来了早晨的阳光,而不会有太多不必要的下午热量增加的风险。
南朝向这边的天窗可以获得最多的太阳能。考虑整体遮阳以避免不必要地增加夏季空调负荷。
没有屋顶通道?没有问题。
在某些地方,不能安装传统的天窗。在这种情况下,管状天窗可能是一个不错的选择。
由许多公司制造的管状天窗由塑料顶部的铝制外壳组成在屋顶上收集光线,一个高反射管道,和一个安装在天花板上的扩散器。虽然光输出随着距离的增加而下降,但扩散器可以离屋顶相当远。例如,Solatube公司的SolaMaster系列可以使管道长度达到50英尺。
集热器就像管道通风口一样射入屋顶,灯管可以在通往扩散器的路上绕过障碍物。Wasco说10英寸。假设正午阳光充足,一根管子48英寸,SkyTube能发出相当于三个100w灯泡的光。长。14。在同样的条件下,一个灯管产生的光相当于5个100瓦的灯泡。灯管可以配备电灯泡,可以作为夜灯使用。
Parans太阳能照明将这一概念更进一步。每个帕拉斯屋顶接收器都被编程为白天跟踪太阳,可以连接多达6根光纤电缆。这些电缆将光线从屋顶输送到三、四层楼以下的房间。各种各样的扩散器可供选择,包括安装在天花板上的固定装置,看起来像传统的灯。
![反光的管](https://s3.amazonaws.com/finehomebuilding.s3.tauntoncloud.com/app/uploads/2013/09/29125016/H238gi7Wasco-300x300.jpg)