貼膜隔熱玻璃建筑節(jié)能效果模擬分析

楚洪亮，孫詩兵，萬成龍

貼膜隔熱玻璃建筑節(jié)能效果模擬分析

楚洪亮1，孫詩兵2，萬成龍3

（1.中國建筑發(fā)展有限公司，北京100195；2.北京工業(yè)大學(xué)，北京100124；3.中國建筑科學(xué)研究院，北京100013）

貼隔熱膜是既有建筑玻璃結(jié)構(gòu)節(jié)能改造的重要方法之一，其節(jié)能效果的研究對(duì)于既有建筑幕墻門窗節(jié)能改造具有重要意義。采用軟件對(duì)某貼膜隔熱玻璃進(jìn)行建筑節(jié)能效果研究，結(jié)果表明，在夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)，與普通中空玻璃窗比較，貼膜隔熱中空玻璃窗可有效減少典型建筑的空調(diào)耗電量，從而降低整個(gè)建筑的能耗。

建筑節(jié)能；貼膜隔熱玻璃；建筑能耗

0　引言

玻璃幕墻、建筑外窗是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能的薄弱環(huán)節(jié)，成為建筑節(jié)能的重要研究對(duì)象。玻璃作為建筑幕墻和外窗的的重要組成部分，約占建筑幕墻或外窗總面積的70%以上，是室內(nèi)熱環(huán)境的重要影響因素。

目前，節(jié)能型建筑玻璃已得到了建筑行業(yè)的高度重視。其中，鍍膜玻璃（包括低輻射玻璃和陽光控制玻璃）已逐步成為玻璃幕墻、建筑外窗必須選用的產(chǎn)品，在新建建筑中逐漸得到應(yīng)用和普及。但是，對(duì)于絕大多數(shù)既有建筑而言，玻璃幕墻或建筑外窗仍然是原來的普通平板玻璃，貼膜節(jié)能改造已日益成為既有玻璃幕墻和外窗進(jìn)行節(jié)能改造的重要手段之一。

本文通過對(duì)某貼膜隔熱玻璃進(jìn)行典型建筑節(jié)能效果模擬，以確定貼膜對(duì)建筑節(jié)能效果的影響。采用貼膜隔熱玻璃300～2500 nm的透射比、前反射比、后反射比作為計(jì)算的基礎(chǔ)，計(jì)算包括3個(gè)方面的內(nèi)容：（1）玻璃光學(xué)熱工性能計(jì)算，研究膜層位置不同時(shí)貼膜隔熱玻璃與對(duì)應(yīng)的普通玻璃的節(jié)能效果；（2）整窗的光學(xué)熱工性能計(jì)算，研究普通玻璃和貼膜隔熱玻璃在典型鋁合金窗的節(jié)能效果；（3）貼膜玻璃窗建筑節(jié)能計(jì)算，研究普通玻璃和貼膜隔熱玻璃的典型窗在我國夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)典型城市的建筑節(jié)能效果。

1　隔熱膜性能介紹

分析選用的隔熱膜，貼在5 mm厚單層透明玻璃上，按照標(biāo)準(zhǔn)［1-3］要求的方法進(jìn)行測試，測試結(jié)果分別為：可見光透射比0.68，可見光反射比（貼膜面）0.06，紫外線透射比0.02，太陽光直接透射比0.46，太陽光直接反射比（貼膜面）0.06，遮陽系數(shù)0.65，表面發(fā)射率（貼膜面）0.87。以下所有模擬計(jì)算均以此為依據(jù)進(jìn)行。

2　玻璃光學(xué)熱工性能計(jì)算

計(jì)算5+12A+5中空玻璃的玻璃光學(xué)熱工性能，以相同配置的透明玻璃為參照，并考慮膜層位置對(duì)光學(xué)熱工性能的影響。

采用符合JGJ/T 151—2008《建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程》的軟件進(jìn)行計(jì)算，邊界條件設(shè)置為：（1）冬季條件：室內(nèi)空氣溫度Tin=20℃，室外空氣溫度Tout=-20℃，室內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)hc，in=3.6W/（m2·K），室外對(duì)流換熱系數(shù)hc，out=16 W/（m2·K），室內(nèi)平均輻射溫度Trm，in=Tin，室外平均輻射溫度Trm，out=Tout，太陽輻射照度Is=300 W/m2；（2）夏季條件：室內(nèi)空氣溫度Tin=25℃，室外空氣溫度Tout=30℃，室內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)hc，in=2.5W/（m2·K），室外對(duì)流換熱系數(shù)hc，out=16W/（m2·K），室內(nèi)平均輻射溫度Trm，in=Tin，室外平均輻射溫度Trm，out=Tout，太陽輻射照度Is=500 W/m2；（3）遮陽系數(shù)、太陽光總透射比采用夏季標(biāo)準(zhǔn)條件。

5+12A+5中空玻璃、5（貼膜1#位置）+12A+5、5（貼膜2#位置）+12A+5、5+12A+5（貼膜3#位置）、5+12A+5（貼膜4#位置）中空玻璃光學(xué)熱工性能計(jì)算結(jié)果見表1。

表1　5+12A+5中空玻璃光學(xué)熱工性能計(jì)算結(jié)果

從表1可以看出：

（1）與5+12A+5普通中空玻璃比較，5（貼膜1#位置）+12A+5、5（貼膜2#位置）+12A+5、5+12A+5（貼膜3#位置）、5+12A+5（貼膜4#位置）中空玻璃可見光透射比均降低24.9%，太陽能總透射比分別降低36.2%、36.2%、15.2%、14.8%，紫外線透射比均降低96.0%，冬季傳熱系數(shù)無明顯變化，遮陽系數(shù)分別降低36.3%、36.2%、15.1%、14.7%。

（2）貼膜玻璃膜層位置不同時(shí)節(jié)能效果不同，傳熱系數(shù)與膜層位置關(guān)系為：1#＜4#＜3#＜2#，各項(xiàng)數(shù)值差異較??；遮陽系數(shù)SC與膜層位置關(guān)系可排列為：1#＜2#＜3#＜4#，且1#和2#之間無明顯差異，3#和4#之間無明顯差異，1#和2#位置優(yōu)于3#和4#位置較多。在做整窗和典型建筑節(jié)能計(jì)算時(shí)，采用1#位置和4#位置進(jìn)行模擬，1#位置節(jié)能性能（傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)）最優(yōu)；4#位置為室內(nèi)側(cè)，是既有建筑節(jié)能改造最常見的貼膜改造位置。

3　整窗光學(xué)熱工性能計(jì)算

計(jì)算56系列內(nèi)平開隔熱鋁合金窗的光學(xué)熱工性能，采用符合JGJ/T 151—2008的軟件進(jìn)行。采用某品牌56系列內(nèi)平開隔熱鋁合金窗，窗尺寸為1450 mm（長）×1450 mm（寬），分格及尺寸見圖1。

分別采用5+12A+5、5（貼膜1#位置）+12A+5、5+12A+5（貼膜4#位置）中空玻璃的56系列內(nèi)平開隔熱鋁合金窗熱工性能計(jì)算結(jié)果見表2。

圖1　計(jì)算用外窗模型分格及尺寸

表2　56系列內(nèi)平開隔熱鋁合金窗光學(xué)熱工性能計(jì)算結(jié)果

從表2可以看出，與5+12A+5普通中空玻璃比較，采用5（貼膜1#位置）+12A+5中空玻璃時(shí)鋁合金窗傳熱系數(shù)、可見光透射比、遮陽系數(shù)分別降低0、24.8%、36.0%；采用5+12A+5（貼膜4#位置）中空玻璃時(shí)鋁合金窗傳熱系數(shù)、可見光透射比、遮陽系數(shù)分別降低0.3%、24.8%、15.3%。

4　貼膜玻璃窗建筑節(jié)能計(jì)算

貼膜玻璃窗建筑節(jié)能計(jì)算擬采用分屬于不同氣候區(qū)的2個(gè)典型城市（上海、廣州），每個(gè)典型城市選取的外窗均采用56系列內(nèi)平開隔熱鋁合金窗，玻璃采用5+12A+5中空玻璃、5（貼膜2#位置）+12A+5中空玻璃和5+12A+5（貼膜4#位置）中空玻璃。貼膜玻璃窗各參數(shù)采用“整窗光學(xué)熱工性能計(jì)算”中的計(jì)算結(jié)果。

擬采用典型的居住建筑作為模型，見圖2。建筑朝向：南；建筑結(jié)構(gòu)類型：砌體結(jié)構(gòu)；體形系數(shù)：0.35；建筑面積：1531.18 m2；建筑體積：4287.30 m3；建筑表面積：1486.23 m2；建筑層數(shù)：6；建筑物高度：16.80 m。

圖2　典型建筑模型示意

選取2個(gè)典型城市：上海位于北緯31.00°、東經(jīng)121.00°，屬于夏熱冬冷地區(qū)（Ⅲ區(qū)）；廣州位于北緯23.06°、東經(jīng)113.15°，屬于夏熱冬暖地區(qū)（南區(qū)）。

依據(jù)國家和地方相應(yīng)節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，采用建筑建筑節(jié)能設(shè)計(jì)與分析軟件進(jìn)行計(jì)算。考慮到計(jì)算目的是為了比較貼膜隔熱玻璃和普通玻璃的節(jié)能效果，與圍護(hù)結(jié)構(gòu)其它構(gòu)件的熱工參數(shù)關(guān)系不大，為了簡化計(jì)算，其它構(gòu)件的熱工參數(shù)統(tǒng)一設(shè)定，見表3。

表3　圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)設(shè)定

4.1上海市

上海市典型建筑的能耗以年耗電量為指標(biāo)，年總耗電量包括采暖耗電量和空調(diào)耗電量2部分［4-5］。計(jì)算結(jié)果見表4。

表4　上海市典型建筑的年耗電量計(jì)算結(jié)果kW·h/m2

從表4可以看出，在設(shè)定的參數(shù)下，上海市典型建筑的總耗電量隨著遮陽系數(shù)的降低而減少，采暖耗電量因各類型傳熱系數(shù)相近而無明顯變化，空調(diào)耗電量隨遮陽系數(shù)降低而減少。

與普通中空玻璃鋁合金窗相比，貼膜中空玻璃鋁合金窗膜層位于2#位置時(shí)，總耗電量和空調(diào)耗電量可分別降低8.8%和19.0%；貼膜中空玻璃鋁合金窗膜層位于4#位置時(shí)，總耗電量和空調(diào)耗電量可分別降低4.1%和8.6%。

4.2廣州市

廣州市屬于夏熱冬暖地區(qū)（南區(qū)），僅考慮夏季空調(diào)能耗，以空調(diào)耗電量為指標(biāo)［6-7］。計(jì)算得到，廣州市典型建筑空調(diào)耗電量：5+12A+5中空玻璃為30.19 kW·h/m2，5（貼膜2#位置）+ 12A+5中空玻璃為25.44 kW·h/m2，5+12A+5（貼膜4#位置）中空玻璃為28.04 kW·h/m2?？梢钥闯觯谠O(shè)定的參數(shù)下，廣州市典型建筑的空調(diào)耗電量隨著遮陽系數(shù)降低而減少。與普通中空玻璃鋁合金窗相比，貼膜中空玻璃鋁合金窗膜層位于2#、4#位置時(shí)，總耗電量可分別降低15.7%和7.1%。

5　結(jié)論

（1）傳熱系數(shù)與膜層位置關(guān)系為：1#＜4#＜3#＜2#，各項(xiàng)數(shù)值差異較小，即膜層位置對(duì)傳熱系數(shù)無明顯影響；遮陽系數(shù)SC與膜層位置關(guān)系可排列為：1#＜2#＜3#＜4#，且1#和2#之間無明顯差異，3#和4#之間無明顯差異，1#和2#位置優(yōu)于3#和4#位置較多，膜層位于外片玻璃時(shí)遮陽系數(shù)比內(nèi)片玻璃低較多。

（2）在夏熱冬冷地區(qū)（典型城市取上海市），與普通中空玻璃窗比較，貼膜隔熱中空玻璃窗可減少整個(gè)典型建筑的空調(diào)耗電量達(dá)19.0%。

（3）在夏熱冬暖地區(qū)（典型城市取廣州市），與普通中空玻璃窗比較，貼膜隔熱中空玻璃窗可減少整個(gè)典型建筑的空調(diào)耗電量達(dá)15.7%。

（4）最優(yōu)貼膜膜層位置為第1面，即中空玻璃外片的外側(cè)，但室外側(cè)貼膜壽命較短；室內(nèi)側(cè)（即第4面）貼膜雖為最常見的既有玻璃構(gòu)造節(jié)能改造方法，確實(shí)能有效降低建筑的空調(diào)能耗，但貼膜的節(jié)能效果并未得到充分體現(xiàn)。

總之，貼隔熱膜可有效降低我國夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)既有建筑普通中空玻璃的能耗，使用時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)哪游恢眉笆┕し椒?，以達(dá)到最優(yōu)的節(jié)能效果。

［1］GB/T 2680—94，建筑玻璃可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比及有關(guān)窗玻璃參數(shù)的測定［S］.

［2］ISO 9050：2003（E），建筑玻璃可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比和玻璃相關(guān)參數(shù)的測定［S］.

［3］ASTMC 1371-04a，用便攜式輻射計(jì)確定室溫下材料輻射率的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法［S］.

［4］DGJ 08-205—2011，居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［5］DG/TJ 08-206—2002，住宅建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能應(yīng)用技術(shù)規(guī)程［S］.

［6］DBJ 15-50—2006，夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［7］JGJ 75—2003，夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］.

Simulation on the building energy-saving effect of the filmed insulating glass

CHU Hongliang1，SUN Shibing2，WAN Chenglong3
（1.China State Construction Development Co.Ltd.，Beijing 100195，China；2.Beijing University of Technology，Beijing 100124，China；3.China Academy of Building Research，Beijing 100013，China）

Using the insulating film is an important method for energy saving renovation of existing buildings glass structure and the analysis on the building energy-saving effect of which is of great significance for the construction curtain wall windows and doors energy-saving reform.The energy saving effect of the building with the filmed insulating glass is studied through analysis software.The results show that the air condition power consumption of the building with the filmed insulating glass is a lot less than that of the building with common hollow glass both in HSCW area and HSWW area.And then the whole building energy consumption is reduced.

building energy saving，filmed insulating glass，building energy consumption

TU111.4+8

A

1001-702X（2015）12-0024-03

北京市科技計(jì)劃課題（Z141100006014054）

2015-06-24；

2015-08-03

楚洪亮，女，1983年生，黑龍江綏化人，碩士，主要從事建筑節(jié)能及綠色建筑等方面的研究。