节能玻璃性能分析.docx

1、节能玻璃性能分析节能玻璃性能分析及应用时间：2007年5月22日 策划： 其它:关键词：气候区 节能玻璃隔热系数遮阳系数1气候区域划分根据GB50176-93居用建筑热工设计规范，我国气候分五个区域：严寒地区，寒冷地区，夏热冬冷地区，夏热 冬暖地区，温和地区。1.1严寒地区和寒冷地区严寒地区一月份平均气温低于 -10 C,寒冷地区一月份平均气温在 -10C，累年日平均温度低于或等于 5C的天数，一般都在90天以上，部分地区最低温度可达 -20 C以下。我国严寒和寒冷地区主要包括东北、华北和西北地区。典型的城市有齐齐哈尔、哈尔滨、沈阳、北京、天津、长春、呼和浩特、太原、石家庄、银川、乌鲁木齐，本

2、文中详细论 述沈阳及北京的情况。1.2夏热冬冷地区夏热冬冷地区一月份平均温度小于 10C，最低也能达到-5C,七月份平均温度高达 28C，最高温度可达 38C，冬夏两季漫长，春秋两季过渡不明显，日照充足。大致范围分布在陇海线以南，南岭以北，四川盆地以东的长江中下游 地区。典型的城市有上海、杭州、武汉、长沙、南昌，本文具体论述上海的情况。1.3夏热冬暖地区夏热冬暖地区一月份平均气温在 10C,七月份平均气温2529C,最高温度可达40C,年平均温度高达20C,夏长冬短，春秋季不明显，全年日照充足。主要分布在南岭以南的华南地区，典型城市有广州、深圳、厦门、海口，本 文将详细论述广州的情况。1.4温

3、和地区温和地区一月份平均气温 013 C,七月份平均气温 1825 C,全年平均温度在 15C左右，夏天很少超过 30 C，四季如春，分布在云南贵州一带，典型的城市：昆明。2节能玻璃无论商用大厦还是民用住宅，大面积的玻璃幕墙应用已经成为现代建筑的一个时尚。这大大增加了制冷制热的费用，中国建筑能耗已经达到全社会总能耗的 27%。针对我国复杂的气候情况，我们开发了多种不同的节能玻璃可以有效地减低制冷制热费用，同时提供一个良好居住的环境。2.1节能玻璃参数及其意义在使用节能玻璃的同时，面对一大堆的参数，而又不知道其中意义，或对这些概念有一定的误解，单方面地注重 某一个特定参数。在下面对一些节能玻璃应

4、用中经常用到的参数做详细的解释。2.1.1隔热系数U值辐射率e值玻璃表面的热辐射率，决定玻璃表面的对热辐射线的吸收及本身辐射热辐射的能力，一般的离线 Low-E玻璃的辐射率低于0.15，大部分都在0.1左右，而在线Low-E标称值为0.25，实际上更高，已经不能称为低辐射玻璃了。热绝缘系数R玻璃系统的热绝缘系数，是玻璃系统阻隔因温度差引起的热量流动的能力，包括玻璃系统本身的热阻及不同物质之间的界面换热绝缘系数， 其中界面换热系数跟材料本身热绝缘系数， 气体对流情况及材料表面的辐射率有很大关系，其计算方法跟电阻类似。当玻璃系数由几个串联的物体组成时， 热绝缘系数最大的物体决定整个系统的热绝缘系数

5、， 这就是中空玻璃的保温性能大大优于普通单片玻璃的原因， 非流动的空气热绝缘系数比玻璃大得多。 还有一种情况是系统由几个并联的物体组成，其中热阻最小的物体决定整个系统的热阻，在墙体上安装的普通玻璃会导致整个系统的热阻降低，节能性变差。隔热系数U值隔热系数U值是热绝缘系数 R的倒数。R值越大，U值越少，玻璃系统的性能越优秀。现在一般厂家的宣传册上 给出的U值都是根据NFRC2000标准外界条件计算出的。在欧洲和中国用 K值表示，只是外部标准条件不一样，但同样表示玻璃系统的隔热性能。从图2.1.1-1 一月份中国平均气温分布图和图 2.1.1-2七月份中国平均气温分布图中看出， 三北地区一月份大部

6、分都处于0C以下，更有极端的东北地区在 -35 C以下。七月份三北地区很大部分也在 20 C以下，四川西南部分地区仍处于5C左右。因此在这些地区需要很低隔热系数的玻璃，防止室内热量流失。在中国南方地区全年大部分时间都处于 25C以上，因此这些地方也很低隔热系数的玻璃，防止外部热量流入室内。因此 U值越低越好。o eo* tor no* w ia(r mite环Fn- r (otr na- utr nr2.1.2遮阳系数SC值太阳光辐射透过率 Tsoi指波长为250nm到2500nm的太阳光直接透过玻璃与总辐射量的对比。由少量的紫外线， 47%的可见光，51%近红外组成，是环境热量的主要来源。太

7、阳辐射得热系数 g值(SHGC)是指通过玻璃系统太阳光能量的与总太阳辐射的比，除直接之外还加上吸收再向室内散发的热量。所以其值大于Tsol 值：g = t + a x i其中t为直接透过率，a为吸收率，a=1-Tr ,i为向室内散发的比例，小于 1。遮阳系数SC指玻璃系统与没有采取任何遮阳的 3mm白玻的遮阳方面的对比，取 3mm白玻的太阳辐射得热因子(SHGF)为0.87,即卩比=SHGC二莒SHGF 0.87从图2.1.2-2年日照时间分布图中可以看出我国除湖南四川贵州部分地区外，大部分地区日照还是比较充足的，在 中国的三北地区日照时间还要高于低纬度的南方地区， 但南方地区日照强度大于三北

8、地区。 因此，遮阳是必须考虑的,特别是南方地区。一般情况下，北方制热支出占节能的支出的大部分，所以只考虑冬天制热问题，因此需要高的遮阳 系数使阳光尽量地进入室内以减少制热支出。 而在南方地区则刚好相反， 而在夏热冬冷的长江中下游地区则要在遮阳上取一个最恰当的点，使节能支出最小。2.1.3可见光透过率 VT指玻璃系统在波长为 380nm到波长为780nm之间的直接透过与人眼明视觉光谱光视效率加权积分与直接辐射与人眼明视觉光谱光视效率加权积分比值，人眼对波长为 550nm左右的黄绿光最为敏感。图 2.1.3-1光谱光视效率分布211光诸光眇fc率分布计算公式:7807X0弼卜工2陀）山 翔|其中D

9、入为标准光源分布T为玻璃系统在波长入的透过V（入）为在入光视效率在欧美一般都要求玻璃有高的透过率，良好的自然采光，而不考虑视线遮蔽效果。而在国内，一般更注重视线遮蔽效果。使玻璃整体上看上去一致，不能因透过率过高而被外部看到室内情况导 致大楼整体效果破坏，所以不宜单纯追求过高的透过率。2.2节能玻璃种类和特点节能玻璃多种都样，发展历史从最简单的吸收玻璃到现在的光谱可选择性的低辐射玻璃。下面简单介绍一下各种 玻璃2.2.1吸收玻璃（abs）在玻璃中添加一些金属离子或某些物质，使玻璃曾现出一些颜色，加强对光线的吸收。也降低阳光直接辐射，起 到一定的节能效果。但存在着很大的缺点：着色玻璃对阳光范围内没

10、有选择性，在降低阳光的透过的同时也降低可见光透过。其玻璃表面跟普通玻璃一样，没有任何低辐射，吸收的热量没有任何遮拦地散到室内，因此使遮阳效果大打折 扣，而且在冬季其性能还不如普通白玻。在夏天由于大量吸热玻璃本身温度会升高发烫，温度可高达 50C，本身辐射率高，会引起人的不适感。222反射玻璃（SC）在玻璃表面镀金属薄膜及一些干涉层，使玻璃制品能反射更多的太阳辐射，以达到遮阳的效果，并具有丰富的颜 色。但热反射玻璃同着色玻璃一样，不具备光谱选择性，在降低太阳辐射的同时也降低了可见光透过。而且在近红 外部分透过有上升趋势，表面辐射率比较高，隔热效果差部分产品夏天时温度高，不具备低辐射特性，会引起人

11、的不适感。2.2.3低辐射玻璃又称低辐射玻璃，一般在其表面镀一层高电导率的金属， 如Ag，降低表面热辐射率，形成低辐射玻璃，又称Low-E玻璃。低辐射玻璃同反射玻璃最大区别是具有光谱选择性，它能够在降低太阳辐射透过的同时，保持很高的可见光透过 率。有这么几种常见的 Low-E玻璃:传统高透Low-E玻璃（LE）具有高的可见光透过率，高的阳光透过率，适合北方采热地区使用。遮阳型Low-E玻璃（SE）有遮阳效果，同时可见光透过降低，适合南方炎热地区使用。双银Low-E玻璃（DLE）有遮阳效果，同样的遮阳双银 Low-E玻璃其透过率比单银 Low-E玻璃高，适合南方炎热地区使用可钢化Low-E玻璃与

12、前三种概念交叉，改善膜层理化性能，可再进行热处理。2.2.4性能对比光线冷暖指数光线冷暖指数指透过玻璃系统的阳光给人体的感受，计算公式为：SCDx值越低透过玻璃系统的阳光可见光部分越多，给人感觉越凉快。在某些资料出现光热比概念（LSG，Light to Solar Gain ratio ），与Dx刚好相反，但同为衡量一种玻璃性能而引入, 数值上相反LSG越大透过玻璃系统的阳光可见光部分越多。从图224-1中可以看出：全部Low-E玻璃Dx在1.0线以下，其中以双银 Low-E最低，低达0.6高透Low-E和遮阳Low-E在0.85左右。遮阳系数随透过率变化比较大，调节相当有限。白玻原片，着色玻

13、璃，热反射玻璃 Dx大于1.0，低的遮阳系数是是以牺牲可见光透过为基础的。其中有个紫色的点落到 1.0以下，这个特殊的点是 6mm的绿玻，由于其特殊性质，其太阳光谱的透过曲线前部 分与Low-E类似，在短红外有很大吸收率，是一种很好的低辐射镀膜原片。3实例分析3.1沈阳3.1.1气候分布图气候特点沈阳地处欧亚大陆东岸，中纬度地带，气候类型属于温带大陆性季风气候。主要特点是：冬冷夏暖，寒冷期长；全年日照充足，比较平均，四季分明。年平均气温为 8.1 C ,冬季寒冷，平均气温-9.1 C。最低气温=0的日期平均为51天，寒冷期较长。冬季极端最低气温为-30.6C （出现在55年1月2日）,夏季平均

14、气温22.3C极端最高气温为 38.3C （出 现在52年7月18日），但高温时段一般持续较短，而且昼夜温差较大，所以感觉并不炎热。3.1.2分析由于可以不考虑夏天制冷问题，所以遮阳对节能并不重要，所以只考虑 U值，在下面中选择单银低辐射玻璃和双银低辐射玻璃，但是在冬天阳光比较充足，因此高的遮阳有利于减少冬天制热费用，而双银虽然有低的 U值，但其遮阳系数Sc比较低，其性能效果相消，因此只有通过模拟计算结果才能判断其性能。3.1.3结果选择房子模型建筑面积为 60m2,墙体面积为180m2，采用高绝热性材料， 窗户面积86m2占总墙体面积的48%，每 个面12%，计算采用NFRC2001标准，冬

15、季室内温度为 21C，夏季室内温度为 24C。 见表1 : Flo为单片6mm浮 法，“ +号表示中空，abs表示着色玻璃，Le表示低辐射，Die表示双银，ar表示充氩气。 A!丿Flo*Fto+FIn1 jp+iloleii r+fliidle+nr+fiahtc+ir+rbt,799a ia?o”饰& 7290.7UQ,7R5SC队o.血a 62?0.1370. 96a 440, boV5.821罔2.6881.7J551.622LEI3t. 37i.伽lEvAififtK1A932715579I761U660058236019&S301MI1134733gi百師空nnil刚G671456

16、U7riilr hc4itirtrjI0W72*59(53kriLlc mdii叱im64%湖78*ratdlc+fluhr+ar+nohlt+lr+flnVI卿】0, MHa, 7290,别50. 7HQ+7290.7M0+78bSC0, 3160.60,4-180, 1130.59BO.diO.6t5. S22L7ML741L662L5L11.371.431Healing5586331H3H30283292C&olinEg735他71L06IL02MZ711221S36ull7UI715547254713145544M1352r*tr hrftHnul(XK59%ee%曲59%rate c

17、 oo liny,LOW7SW59%5鉄佩rate all10M96*63164%63丽I&9%5S%模拟结果表明，夏季制冷费用大概只占 25%。由于平均日照时间长，冬季采暖阳光辐射尤其重要，比起沈阳，北京更适合用高透的低辐射玻璃。热反射不但没有节能性，反而障碍阳光进入。增加冬季的取暖费用。Hie表示咼透 Low-E。3.2.5结论中国华北寒冷地区，适宜采用高透 Low-E玻璃，在一些日照时间并没有北京长的地方最好采用双银 Low-E玻璃。如果考虑夏季舒适性，则采用双银 Low-E玻璃，可以降低夏季阳光辐射带来的不舒适感，而且在节能性上与高透Low-E玻璃相当。如考虑视线遮蔽，则只能牺牲部分性

18、能，采用低透和更低辐射率的单银 Low-E玻璃或双银Low-E玻璃。3.3上海3.3.1气候分布图332气候特点16 C左右。126天，夏天约有110天，春、秋两季相4C。冬天寒冷，夏天炎热，全年日照不足，上海属北亚热带季风气候，温和湿润，春秋较短，冬夏较长，年平均气温 一年四季变化分明是上海气候的特征。冬、夏长，春、秋短，冬天约有加约130天。7、8月份气温最高，月平均约 28C； 1月份最低，月平均约 并集中在夏季，春秋冬不足。3.3.3分析由于其气候的特殊性，高温和日照时间曲线峰值重叠的，所以只考虑夏天遮阳和冬天的隔热系数即可，因此我们 要求低的隔热系数和较低的遮阳系数，采用 Low-E

19、玻璃。3.3.4结杲选择房子模型建筑面积为 60m2,墙体面积为180m2，采用高绝热性材料， 窗户面积86m2占总墙体面积的48%，每个面12%，计算采用NFRC2001标准，冬季室内温度为 21 C,夏季室内温度为 24C。见表3, sdle表示遮阳型双银。Hoiw rkislr+flaskr+ir+fltodlr+ar+rkwlk+ir+floVTQr阳】0. MB0.7290.0,?H0. S15O.TM0.177SC0一彌0.60-10T 4430.441OP 268U5h EI2?札机91列1.711+協1,37L33344162U2233322772123刑2313Cwline2

20、2K1098iTfi?14361435U16wall55143&893769371235693499MOOrare heaitiit!；IE54%6052%rate cooling5強79%65%69%!33M733LS3OQ4II531a347138723633133300rite ti*出l iiHgJOMIM3n4離低r制“如帼蛊孰临7%6?%titr ill)731621传统的高透Low-E玻璃已经不适合炎热地区，如果需要高的透过率只有采用双银 Low-E玻璃。单片热反射可以使用，有一定的节能效果，但可见光透过极低，自然采光差，玻璃温度高给人不舒适感。性能最好的玻璃是，最优异的节能效果

21、，良好的视线遮蔽效果的阳光控制 Low-E玻璃。充惰性气体效果不明显，不推荐345结论中国炎热地区可以采用单片热反射玻璃，遮阳系数越低越好，如要求比较好的采光可采用双银 Low-E玻璃，要求并不高，并要求有遮蔽效果可采用遮阳型 Low-E玻璃，效果最好的为遮阳双银 Low-E玻璃，有一定的自然采光和视线遮蔽效果。3.5其他温暖地区春城昆明，冬无严寒，夏无酷暑，四季如春，年平均温度 15C，冬季平均温度 8-9C，夏天平均温度18-19 C。但昼夜温差大，特别是冬春两季，在夏天也有一雨便成冬的感觉。所以昆明宜采用隔热性能好，遮阳系数适中的 Low-E中空玻璃，这样即使昼夜温差大也可以保证室内温度

22、恒定。遮阳系数也不宜过高，考虑夏天会造成过热；但也不能太 低，阳光还是主要的热量来源，可以在白天吸收热量晚上释放，减少加热支出。西北地区由于比较干燥，植被少，气候调节能力差，导致冬天严寒，夏天酷暑，昼夜温差极大，白天炎热，晚上寒冷，宜 采用高隔热性能的玻璃制品，防止室内温度波动过大，低的遮阳系数，防止白天阳光直射。所以遮阳 Low-E玻璃是最佳选择。4结论由于模拟计算的气候统计数据是 1971年到2000年的平均数据，跟全球气候变高可能有点出入。现代节能玻璃的隔热系数可以达到墙体相当的水平，并且其在太阳光热利用方面比较有优势。根据我国具体情况不同，模拟分析计算得出最佳配置，并且在同一气候区不同

23、气候的城市也要详细分析。可以具体根据某一特点地点的房型，气候，经济估算节能支出的收回年限参考文献1夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准 JGJ134-2001 S ，中华人民共和国行业标准2夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准 JGJ75-2003 S ，中华人民共和国行业标准3民用建筑节能设计标准 JGJ26-95S ，中华人民共和国行业标准4建筑气候区划标准 GB50178-93S ，中华人民共和国国家标准5建筑玻璃可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比，紫外线透射比及有关窗玻璃参数测定 GB/T2680-94, 中华人民共和国国家标准6郎四维，我国居住建筑节能设计标准的现况与进展 C ，建筑节能 40，9-207曲南，采暖地区居住建筑的节能设计达标评审 C ，建筑节能 40，130-1358丁力行，夏热冬冷地区建筑节能综合评价指标体系研究 C，建筑节能40, 147-1559王倩，低辐射镀膜玻璃的节能原理及应用 J，节能技术2003年9月，第5期，21-2210董子忠，Low-E镀膜玻璃的热工性能J，保温材料与建筑节能 2003年3月，6-1011林海燕,应用 DOE-2 程序分析计算建筑能耗 C ,建筑节能