節(jié)能玻璃窗投資成本分析研究

龐雨

摘要：在能源問題十分突出的當(dāng)今社會，為達(dá)到減低建筑能耗的目的，從而產(chǎn)生了節(jié)能窗。在關(guān)注節(jié)能窗的熱工性能的同時(shí)，人們也同樣會考慮投資成本的問題。本文以節(jié)能窗的玻璃系統(tǒng)為研究對象，討論影響其熱工性能的相關(guān)因素的重要性系數(shù)，進(jìn)一步分析其投資成本的問題。

Abstract： In today's society where energy issues are very prominent， in order to achieve the goal of reducing building energy consumption， energy-saving windows have emerged. While paying attention to the thermal performance of energy-saving windows， people will also consider the issue of investment costs. In this paper， the glass system of energy-saving window is taken as the research object， the importance coefficient of related factors affecting its thermal performance is discussed， and the problem of investment cost is further analyzed.

關(guān)鍵詞：建筑能耗；節(jié)能窗；投資成本

Key words： building energy-saving；energy-saving window；investment cost

中圖分類號：TU201.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）32-0050-03

0 引言

從第三次科技革命以來，能源便成為各個(gè)國家科技與經(jīng)濟(jì)命脈。這也是1972年第一次能源危機(jī)爆發(fā)的導(dǎo)火索之一。在此之后能源問題成為了世界性的問題。建筑作為能源消耗的主要產(chǎn)業(yè)之一，各個(gè)國家開始進(jìn)行建筑節(jié)能工作。

建筑外窗是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能最薄弱的部位之一，同時(shí)也是影響建筑能耗的主要因素之一。本文在分析影響建筑外窗能源消耗的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步研究各個(gè)因素性能的提升所帶來的投資增量。本文將重點(diǎn)研究建筑外窗玻璃系統(tǒng)的熱工性能以及其投資增量問題。

1 節(jié)能玻璃窗系統(tǒng)熱工性能的影響因素確定

本文主要研究各個(gè)因素對節(jié)能窗玻璃系統(tǒng)的熱功能性能的影響。首先采用因素分析法，也就是大家常說的經(jīng)驗(yàn)分析法，來確定若干個(gè)影響節(jié)能窗玻璃系統(tǒng)熱工性能的因素。他們分別是玻璃的厚度、Low-E膜種類、充盈氣體種類以及中空層厚度。

1.1 玻璃厚度

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的厚度δ（m）和圍護(hù)結(jié)構(gòu)所采用材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ（W/（m.k））是決定辭圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)K（W/（m2·°C））的重要參數(shù)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)通?？煞譃榉峭该鞑糠趾屯该鞑糠?，而玻璃則是透明部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)成。因此我們對其厚度于傳熱系數(shù)的影響進(jìn)行討論研究。

根據(jù)市面上幾種常用的玻璃厚度為3-6mm。將不同的玻璃厚度設(shè)置在雙層中空玻璃中和三層中空玻璃，在其他情況一致的條件下，分別計(jì)算出在雙層玻璃中玻璃厚度為3mm、4mm、5mm和6mm的情況下玻璃系統(tǒng)的傳熱系數(shù)以及在三層玻璃中玻璃厚度為3mm、4mm、5mm和6mm的情況下玻璃系統(tǒng)的傳熱系數(shù)、太陽得熱系數(shù)以及可見光透射比。

根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果，在雙層玻璃系統(tǒng)中，當(dāng)玻璃厚度為3mm時(shí)，傳熱系數(shù)為2.429W/m2K，當(dāng)玻璃厚度增加至6mm時(shí)，傳熱系數(shù)為2.395W/m2K。在三層玻璃系統(tǒng)中，當(dāng)玻璃厚度為3mm時(shí)，傳熱系數(shù)為1.815W/m2K，當(dāng)玻璃厚度增加至6mm時(shí)傳熱系數(shù)為1.787W/m2K，平均變化率為0.35%；太陽能得熱系數(shù)在雙層玻璃中太陽的的熱系數(shù)從3mm時(shí)的0.643降至0.600，在三層玻璃中從0.582降至0.533，平均變化率為2.6%?？梢姽馔干浔绕骄兓始s為1.7%。

1.2 Low-E膜種類

Low-E鍍膜層的種類繁多，不同鍍膜層因輻射率不同而導(dǎo)致傳熱系數(shù)不同，根據(jù)表1可見，影響Low-E膜保溫隔熱性能的主要是其長波輻射率。選取了雙層玻璃單層膜組合、三層玻璃單層膜組合、三層玻璃雙層膜組合分別對于不同輻射率的Low-E玻璃進(jìn)行模擬，分析玻璃系統(tǒng)傳熱系數(shù)與Low-E膜輻射率之間的關(guān)系。

雙層玻璃組合選取形式為5Low-E玻璃+12A+5白玻，三層玻璃單層膜選取形式為5白玻+12A+5Low-E玻璃+12A+5白玻，三層玻璃雙層膜選取形式為5Low-E玻璃+12A+5Low-E玻璃+12A+5白玻。模擬結(jié)果如表1所示。

根據(jù)模擬結(jié)果可見，相同玻璃組合的情況下，Low-E膜輻射率越低，玻璃組合的傳熱系數(shù)也越低。

1.3 充盈氣體種類

目前，在中空玻璃的充氣層通常采用的是空氣和惰性氣體，其中常用的惰性氣體有氬氣、氪氣及氙氣。模擬選用5mmLow-E玻璃+12mm氣體+5mm白玻+12mm氣體+5mm白玻的玻璃類型。

在同種工況下，充入空氣、氬氣、氪氣和氙氣時(shí)，玻璃組合根據(jù)模擬結(jié)果可見，空氣、氬氣、氪氣和氙氣分別為中空玻璃的充氣層時(shí)，玻璃組合的傳熱系數(shù)逐漸降低。

1.4 中空層厚度

充入中空層氣體相同的情況下，氣體層的厚度對玻璃系統(tǒng)的傳熱系數(shù)也有一定的影響。以5Low-E玻璃+氣體層+5白玻+氣體層+5白玻的組合為模型，分別充入空氣、氬氣和氪氣，逐步增加氣體層厚度，測定玻璃系統(tǒng)的傳熱系數(shù)。

如圖1結(jié)果所示，氣體層從5mm開始增長時(shí)，U值逐漸降低，當(dāng)U值達(dá)到最小值時(shí)，再增加氣體層厚度是U值不再減小，反而緩慢增大。其中，當(dāng)充入氣體為空氣時(shí)，U值達(dá)到最小值1.222W/m2K，氣體層厚度為14mm；當(dāng)充入氣體為氬氣時(shí)，U值達(dá)到最小值1.028W/m2K，氣體層厚度為12mm；當(dāng)充入氣體為氪氣時(shí)，U值達(dá)到最小值0.911W/m2K，氣體層厚度為8mm。

2 節(jié)能窗的成本分析

通過環(huán)比評分法對玻璃厚度、Low-E膜種類、充盈氣體種類及氣體層厚度進(jìn)行重要性分析，確定各因素的重要性系數(shù)。

2.1 影響因素的重要性分析

前文已經(jīng)確定所要研究的因素，分別為玻璃厚度、Low-E膜種類、充盈氣體種類及氣體層厚度，依次設(shè)定為E1、E2、E3及E4。

對相鄰兩因素的重要性進(jìn)行對比打分，此分值作為暫定的重要性系數(shù)。根據(jù)前文對相關(guān)因素的分析，因此，E1與E2進(jìn)行對比，E1的重要性是E2的0.2倍，將0.5記入表3第（2）欄相應(yīng)位置。以同樣的方法確定E2、E3暫定重要性系數(shù)，E2與E3對比為2.0倍，E3與E4對比為1.5倍。

對暫定重要性系數(shù)進(jìn)行修正。首先將E4的重要性系數(shù)定為1.0，作為修正系數(shù)記入表3第（3）欄相應(yīng)位置。根據(jù)第（2）欄可知，E3的暫定重要性是E4的1.5倍，故應(yīng)得E3的修正重要性系數(shù)為1.5×1.0=1.5，記入表3第（3）欄相應(yīng)位置。同理，E2的重要性是E3的2.0倍，故E2的修正重要性系數(shù)為2.0×1.5=3.0，記入表3第（3）欄相應(yīng)位置。同理，E1的修正重要性系數(shù)為0.6。再將第（3）欄中所有得分?jǐn)?shù)相加為6.1。

將第（3）欄中各因素得分分別處以第（3）欄的合計(jì)分?jǐn)?shù)，從上到下依次為0.098、0.492、0.246、0.164，即為各個(gè)因素的重要性因素，記入第（4）欄相應(yīng)位置。

2.2 投資成本分析

現(xiàn)在市面上使用最廣泛的雙層中空玻璃通常是由6mm厚的雙層玻璃和9mm的空氣層組成或者5mm厚的雙層玻璃和9mm的空氣層?；谏鲜龇治霾Ａ拥暮穸葘τ谥锌詹Ａ到y(tǒng)熱工性能的影響非常小，所以玻璃厚度可以選擇成本相對較低的5mm厚的玻璃。

Low-E膜對熱工性能影響最大。因此可以在原有的中空玻璃系統(tǒng)中增加Low-E膜。而不同種類的Low-E膜對熱工性能的影響同樣很大。在基于預(yù)算成本和地區(qū)對圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能要求的基礎(chǔ)之上，選擇輻射率越低的Low-E膜越好。

充盈氣體的種類對于熱工性能的影響僅次于Low-E膜，目前普遍采用空氣作為充盈氣體，有上述分析可知，惰性氣體可以明顯降低中空玻璃系統(tǒng)的傳熱系數(shù)。根據(jù)筆者收集到的有限信息，市面上空氣的價(jià)格氬氣的價(jià)格大約在10元/L左右，氪氣的價(jià)格大約是氬氣價(jià)格的十倍左右，氙氣的價(jià)格是氪氣的十倍以上。氙氣是其中效果最好的，但是基于成本和規(guī)范對于圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的要求，氬氣時(shí)最佳的選擇。

氣體層的厚度對中空玻璃的熱工性能也有一定的影響，在確定了充盈氣體種類的基礎(chǔ)之上，相當(dāng)于單價(jià)以確定，充盈氣體厚度對于成本的影響就只是數(shù)量上的增加。

3 總結(jié)

綜上所述，節(jié)能玻璃窗，在保證熱工性能的前提下，可在Low-E膜的選擇上適當(dāng)增加成本，盡量選擇輻射率低的Low-E膜。充盈氣體也應(yīng)增加成本，可選擇氬氣來替換空氣，在功能上氬氣要遠(yuǎn)勝于空氣，相對于其他兩種惰性氣體，成本也較低，充盈氣體厚度的成本可配合充盈氣體的種類適當(dāng)增加。而玻璃的厚度可選用常用，甚至減小其厚度以減少玻璃的使用量從而降低成本。

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