引言
建筑構(gòu)件中耗熱量比例最高的是外窗,其傳熱損失與冷風(fēng)滲透損失約占供暖總能耗的60%,因此建筑玻璃系統(tǒng)對建筑節(jié)能的影響很大,而其在建筑節(jié)能中資金支出也較大。 真正達(dá)到國家節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的塑鋼窗價(jià)格比較高,如塑鋼單玻窗、塑鋼雙玻窗、塑鋼中空玻璃窗的每平方米造價(jià)分別達(dá)到250、350、450元,塑鋼低輻射中空玻璃窗則更加昂貴,因此我國節(jié)能玻璃的用量僅占建筑玻璃的30%左右,而且是以控制夏季陽光透射的單層吸熱玻璃和熱反射玻璃為主,中空玻璃的用量仍比較少,與西方發(fā)達(dá)國家相比有較大差距。隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,節(jié)能玻璃的應(yīng)用將日益普及。 1、低輻射玻璃的節(jié)能原理 太陽溫度約為5800K,其輻射的主要能量集中在0.2~2μm的波長范圍內(nèi),其中可見光和近紅外光區(qū)段能量占很大比重,必須減少這兩個(gè)區(qū)段的太陽輻射能量進(jìn)入室內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)夏季建筑節(jié)能。 常規(guī)的遮陽型節(jié)能玻璃主要指吸熱玻璃、熱反射玻璃、低輻射玻璃,其太陽輻射的透射性能比較。
吸熱玻璃主要是通過吸收將太陽輻射能量先轉(zhuǎn)化為熱能(玻璃自身溫升)然后再以對流、輻射的形式向室內(nèi)外散發(fā),減少了透過玻璃的日射得熱實(shí)現(xiàn)夏季建筑節(jié)能,其主要分為兩類: 1.1、本體著色 在無色透明平板玻璃的配合料中加入特殊的著色劑,采用浮法、平拉法等工藝生產(chǎn)。 1.2、表面鍍膜 在玻璃表面噴鍍吸熱和著色的氧化物薄膜。熱反射玻璃是鍍膜玻璃,其表面鍍有金屬、非金屬及其氧化物等薄膜,通過這些膜層對太陽光能的反射作用以阻擋夏季太陽光進(jìn)入室內(nèi)。熱反射玻璃還具有良好的鏡面映像效果,可以美化街景和建筑立面,但選用不當(dāng)會(huì)引發(fā)光污染。 低輻射玻璃也是一種鍍膜玻璃,其遮陽性能與熱反射玻璃相同。低輻射玻璃不僅具有顯著的遮陽性能,由于其傳熱系數(shù)K值小于其它類型的節(jié)能玻璃,其保溫性能也比較優(yōu)異。 低輻射玻璃的溫差傳熱節(jié)能機(jī)理較為復(fù)雜。玻璃系統(tǒng)的得(失)熱包括兩部分:太陽輻射得熱和玻璃本身的“對流換熱”部分。實(shí)際玻璃系統(tǒng)與室內(nèi)外空氣之間的換熱過程為大空間復(fù)雜換熱,玻璃內(nèi)外表面“對流換熱”包含對流和輻射兩部分。玻璃表面輻射率越低,其輻射換熱熱阻就越大,玻璃的傳熱系數(shù)就越小。 普通白玻在太陽輻射的可見光和近紅外光區(qū)段都具有很高的穿透率,即太陽輻射中的絕大部分能量都能透過。而冬季供暖室內(nèi)溫度約為18~20℃,根據(jù)維恩位移定律: λmT=2.8976×10-3 即室內(nèi)壁體紅外輻射的最大單色輻射波長約為10μm,此時(shí)普通白玻對于λ>3μm的常溫物體紅外輻射穿透率已很小,室內(nèi)紅外輻射不會(huì)穿透玻璃流向室外,被動(dòng)式太陽房和太陽能集熱器就是利用普通白玻的這一性質(zhì)。 可見普通白玻自身已具有良好的保溫性能,但普通白玻的表面輻射率比低輻射玻璃大,仍會(huì)有一部分紅外輻射被玻璃本體吸收后再向室外進(jìn)行“對流換熱”,造成室內(nèi)熱量損失。 表面輻射力低的低輻射玻璃不僅能夠阻止室內(nèi)紅外輻射的透出,同時(shí)其反射能力比普通白玻還要強(qiáng),相當(dāng)于增加了玻璃系統(tǒng)本身的“對流換熱”熱阻(由導(dǎo)熱基本方程可知低輻射膜必須設(shè)在對流換熱熱阻小的一側(cè)才能有效增加傳熱熱阻,提高保溫性能)。 例如:3mm厚普通白玻的表面輻射率為ε=0.84,外表面換熱系數(shù)為23.3W/(m2・℃),內(nèi)表面換熱系數(shù)為8.7W/(m2・℃),總傳熱系數(shù)K=6.2W/(m2・℃);3mm厚低輻射玻璃的內(nèi)表面膜層輻射率ε=0.088,內(nèi)表面換熱系數(shù)可降為4.14W/(m2・℃),外表面換熱系數(shù)不變,總傳熱系數(shù)減少為K=3.47W/(m2・℃),單層低輻射玻璃ε=0.088)的傳熱量僅為單層普通玻璃(ε=0.84)的0.56倍。 因此在可見光區(qū)段透射率高、近紅外區(qū)段透射率低、傳熱系數(shù)小的低輻射玻璃比較適合北方寒冷地區(qū)使用。 從表中比較可以看出,低輻射玻璃在傳熱系數(shù)降低的同時(shí),由于低輻射膜還同時(shí)具有遮陽性質(zhì)導(dǎo)致其夏季太陽輻射得熱的減少,全年綜合節(jié)能性能比較優(yōu)異。與其它節(jié)能玻璃相比,其對室內(nèi)采光的影響也比較小。 2、低輻射中空玻璃窗的逐時(shí)傳熱 由于玻璃很薄、熱容量很小,對于時(shí)間間隔為1h的動(dòng)態(tài)空調(diào)負(fù)荷計(jì)算視為無遲后傳熱,可按穩(wěn)態(tài)方法進(jìn)行建筑玻璃系統(tǒng)的逐時(shí)傳熱分析。分別為某地區(qū)冬季(南向)和夏季(西向)低輻射玻璃的逐時(shí)傳熱計(jì)算結(jié)果。 冬季室外0∶00~23∶00逐時(shí)空氣溫度(℃)為:-5.35,-7.19,-8.29,-9.34,-10.27,-11.05,-11.65,-12.04,-11.8,-10.52,-8.57,-6.33,-4.21,-2.56,-1.65,-1.57,-1.72,-2.03,-2.44,-2.94,-3.48,-4.02,-4.53,-4.98。 8:00~16:00南向太陽逐時(shí)輻射照度(W/m2)為:47,311,506,618,654,614,498,298,36。 夏季室外0∶00~23∶00逐時(shí)空氣溫度(℃)為:26.77,25.4,25.4,24.32,24.23,23.25,23.07,25.19,27.6,29.65,32.4,34.65,35.9,36.65,37.1,37.55,36.2,35.05,34,32.115,31.5,29.57,28.43,27.5。 6∶00~18∶00西向太陽逐時(shí)輻射照度(W/m2)為:2,83,109,135,151,158,162,362,542,661,692,630,445。冬夏室內(nèi)溫度分別為18、26℃。 從中可以看出,在冬季無日照時(shí)刻(主要是夜間)低輻射中空玻璃窗的耗熱量最小、保溫性能最好,但在冬季日照時(shí)刻建筑物南向房間普通中空玻璃窗向室內(nèi)的凈傳熱量(計(jì)入太陽輻射熱量)為最高,低輻射玻璃窗由于其遮陽性導(dǎo)致其向室內(nèi)傳熱 量降為最低。因此在冬季日照時(shí)刻(主要是白天)建筑物南向房間普通中空玻璃的節(jié)能效果最佳。 低輻射玻璃窗的遮陽性能和較小的傳熱系數(shù)使其在夏季日照時(shí)刻向室內(nèi)凈傳熱量為最低。但由于夏季空調(diào)房間室內(nèi)外空氣溫差波幅較冬季顯著減小,使低輻射中空玻璃窗的傳熱系數(shù)小的節(jié)能優(yōu)勢在夏季非日照時(shí)刻并不顯著。 在以夏季空調(diào)為主的南方地區(qū),低輻射中空玻璃窗的節(jié)能效果主要靠其遮陽性能,這與其它遮陽型節(jié)能玻璃是一樣的,因此南方地區(qū)采用低輻射中空玻璃窗的節(jié)能效果與其它節(jié)能玻璃相比差距較小。低輻射玻璃最適合于北方寒冷地區(qū)的東、西、北三個(gè)朝向的外窗,如果低輻射玻璃窗應(yīng)用于南向?qū)⒂绊懡ㄖ锒镜奶柲芾谩?/p> 3、低輻射玻璃的熱舒適性 在溫差傳熱下(不計(jì)太陽輻射)低輻射玻璃系統(tǒng)的逐時(shí)溫度,其室內(nèi)外空氣溫度的計(jì)算條件同圖2。 從中可以比較出低輻射玻璃與普通玻璃的冬夏季保溫性能差異。由于單層低輻射玻璃的低輻射膜層(換熱熱阻)設(shè)在玻璃內(nèi)表面上,因此單層低輻射玻璃的溫度更接近于室外環(huán)境溫度,夏季比普通白玻偏高、冬季比普通白玻偏低,熱舒適性降低,冬季窗體內(nèi)表面結(jié)冰的可能性增加。 而雙玻系統(tǒng)的情況正好相反,低輻射中空玻璃的內(nèi)玻溫度在冬夏季都比普通中空玻璃更接近于室內(nèi)環(huán)境溫度,這表明低輻射中空玻璃在非日照時(shí)間的熱舒適性和隔熱保溫性能均優(yōu)于普通中空玻璃。 4、結(jié)語 玻璃幕墻廣泛應(yīng)用于公共建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中,玻璃幕墻具有透射和反射性質(zhì),可創(chuàng)造出明亮的室內(nèi)光環(huán)境、內(nèi)外空間交融的效果,在建筑形式上有很強(qiáng)的表現(xiàn)力,成為現(xiàn)代城市建筑的一種標(biāo)志。玻璃幕墻作為建筑的主要維護(hù)構(gòu)件既是影響能耗的關(guān)鍵部位,又是影響室內(nèi)舒適度的重要因素。 |