三銀Low-E玻璃工程案例實(shí)際能耗分析

徐兵 徐長(zhǎng)青

（1. 中國(guó)南玻集團(tuán)股份有限公司 蘇州 215200；2. 中國(guó)南玻集團(tuán)股份有限公司 深圳 518067）

0 引 言

玻璃作為幕墻的主要圍護(hù)材料之一，直接決定了建筑節(jié)能性能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，建筑物中通過(guò)門窗散失的熱量約占整個(gè)建筑采暖或制冷能耗的50%，而通過(guò)玻璃流失的熱量就占整個(gè)窗戶的80%左右。建筑玻璃越來(lái)越大量的使用，使得玻璃節(jié)能成為了建筑節(jié)能的最難點(diǎn)。因此，不斷提高建筑玻璃的熱工性能至關(guān)重要。

建筑玻璃熱工性用K值和Sc兩個(gè)指標(biāo)衡量，K值即保溫性能，主要由玻璃結(jié)構(gòu)決定；Sc即隔熱能力，主要由玻璃材料表面性能（是否有Low-E膜、是何種Low-E膜）決定。經(jīng)過(guò)多年升級(jí)換代，Low-E膜性能已有很大提升，Sc已不能準(zhǔn)確衡量玻璃節(jié)能性能，更甚至在一定程度上限制了建筑節(jié)能玻璃的選用，造成了制冷/采暖成本的浪費(fèi)。本文以實(shí)際項(xiàng)目案例，就玻璃“透熱量”與建筑節(jié)能展開(kāi)討論，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比，闡述在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中用gIR取代Sc的合理性和必要性。

1 關(guān)于遮陽(yáng)系數(shù)Sc的定義及節(jié)能設(shè)計(jì)說(shuō)明

遮陽(yáng)系數(shù)Sc是在給定條件下，玻璃、門窗或玻璃幕墻的太陽(yáng)光總透射比，與相同條件下相同面積的標(biāo)準(zhǔn)玻璃（3 mm厚透明玻璃）的太陽(yáng)光總透射比的比值。

根據(jù)JGJ/T 151—2008《建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程》中對(duì)遮陽(yáng)系數(shù)Sc的定義可知， 遮陽(yáng)系數(shù)包涵了全部太陽(yáng)光能量，即2%的紫外光、47%的可見(jiàn)光和51%的近紅外光，如圖1所示。

圖1 中空玻璃可見(jiàn)光反射比示意圖

事實(shí)上，太陽(yáng)光能量即太陽(yáng)輻射能，但不同于太陽(yáng)輻射熱能。太陽(yáng)光能中的熱能絕大多數(shù)是波長(zhǎng)大于780 nm的紅外輻射熱能。380 nm波長(zhǎng)內(nèi)紫外線不直接產(chǎn)生熱量，380～780 nm波長(zhǎng)的可見(jiàn)光能只有極少量能夠轉(zhuǎn)變?yōu)槿梭w可感知的“熱能”，相關(guān)研究給出的可見(jiàn)光能量轉(zhuǎn)化為熱能的比例約5%，最多不超過(guò)10%，也就是說(shuō)多達(dá)47%的可見(jiàn)光能基本不產(chǎn)生熱能，不需要制冷消耗，而遮陽(yáng)系數(shù)Sc包含了太多“非熱量”。

對(duì)于整個(gè)建筑，透過(guò)玻璃窗進(jìn)入的太陽(yáng)輻射得熱形成的逐時(shí)冷負(fù)荷（CLC）按式（1）計(jì)算：

式中：CLC——透過(guò)玻璃窗進(jìn)入的太陽(yáng)輻射形成的逐時(shí)冷負(fù)荷，W；

CcIC——透過(guò)無(wú)遮陽(yáng)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)輻射冷負(fù)荷系數(shù)；

Cz——外窗綜合遮陽(yáng)系數(shù)，CZ＝CwCnCs；

Cw——外遮陽(yáng)修正系數(shù)；

Cn——內(nèi)遮陽(yáng)修正系數(shù)；

Cs——玻璃修正系數(shù)；

DJmax——夏季日射得熱因數(shù)最大值；

Fc——窗玻璃凈面積，m2。

式（1）外窗綜合遮陽(yáng)系數(shù)（Cz），即GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》外窗綜合遮陽(yáng)系數(shù)（SD）。在此公式定義下，只要降低遮陽(yáng)系數(shù)，即可阻隔室外太陽(yáng)輻射能進(jìn)入室內(nèi)，減少空調(diào)用電消耗。同時(shí)表明，只要其他節(jié)能參數(shù)（可見(jiàn)光透射比、K值、遮陽(yáng)系數(shù)Sc）相同，同一建筑選擇用不同類型的Low-E節(jié)能玻璃，應(yīng)該具有完全相同的節(jié)能性能。

很明顯，“太陽(yáng)光總透射比”或者“太陽(yáng)能總透射比”不同于“太陽(yáng)紅外熱能總透射比”，基于“遮陽(yáng)系數(shù)”進(jìn)行的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)，與建成建筑的實(shí)際能耗狀況相差甚遠(yuǎn)。

在JC/T 2304—2015《建筑用保溫隔熱玻璃技術(shù)條件》全新定義了gIR，采用780～2500 nm波長(zhǎng)的太陽(yáng)紅外熱能總透射比——即gIR，比遮陽(yáng)系數(shù)Sc或者太陽(yáng)能總透射比SHGC能夠更合理、更科學(xué)、更準(zhǔn)確地衡量Low-E玻璃隔絕太陽(yáng)輻射熱能的能力，有利于正確引導(dǎo)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)和建筑節(jié)能產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。

表1是四種不同類型鍍膜產(chǎn)品，同為6＋12A＋6標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)中空玻璃的太陽(yáng)光譜透過(guò)曲線，外觀顏色接近，可見(jiàn)光透射比接近，但遮陽(yáng)系數(shù)差異巨大，gIR值也不盡相同。

表1 光學(xué)性能近似的不同鍍膜產(chǎn)品性能

圖2為中空玻璃太陽(yáng)光譜透過(guò)曲線。

圖2 中空玻璃太陽(yáng)光譜透過(guò)曲線

從圖2可以看出，相同可見(jiàn)光透射比下，三銀的遮陽(yáng)系數(shù)Sc最小，太陽(yáng)紅外光總透射比gIR更小，只允許極少量的太陽(yáng)熱量透過(guò)，真正的將太陽(yáng)光過(guò)濾成“冷光源”，進(jìn)而降低夏季室內(nèi)空調(diào)制冷費(fèi)用。

根據(jù)GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》簡(jiǎn)化而來(lái)的玻璃能耗模擬計(jì)算表，依照上述四種產(chǎn)品，設(shè)定相同的氣候條件（表2），對(duì)同一建筑模型分別以Sc和gIR計(jì)算建筑能耗，進(jìn)一步對(duì)建筑能耗進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3、表4。

表2 建筑能耗氣候條件

表4 玻璃能耗模擬計(jì)算（g IR衡 量）

因?yàn)闊岱瓷淠さ墓?、熱選擇性差（選擇系數(shù)r＜1），擋光不隔熱，無(wú)論以遮陽(yáng)系數(shù)Sc還是太陽(yáng)紅外熱能總透射比gIR來(lái)計(jì)算，同一建筑的電耗總量都接近（10%左右的電耗差異主要來(lái)自Sc與gIR的數(shù)值差異），而單銀/雙銀/三銀Low-E因?yàn)樵絹?lái)越高的光、熱選擇能力，能夠明顯降低建筑能耗。

同樣因?yàn)長(zhǎng)ow-E膜透光但阻隔太陽(yáng)紅外熱能，相對(duì)于熱反射產(chǎn)品，可以大幅降低建筑能耗。并且無(wú)論是以Sc還是gIR來(lái)衡量，三銀Low-E都具有最好的節(jié)能性能，其建筑能耗最低。

2 相同遮陽(yáng)系數(shù)，不同Low-E間的隔熱能力差異在實(shí)際工程上的電耗的體現(xiàn)

長(zhǎng)沙與上海、蘇州、武漢等地均屬夏熱冬冷地區(qū)，冬季冷，夏季炎熱，建筑節(jié)能設(shè)計(jì)遵循相同的標(biāo)準(zhǔn)要求，即遮陽(yáng)系數(shù)Sc、保溫系數(shù)K值要求相同。選取玻璃結(jié)構(gòu)、顏色外觀、可見(jiàn)光透射比等接近的產(chǎn)品，以長(zhǎng)沙中機(jī)國(guó)際大廈項(xiàng)目建模，對(duì)比雙銀、三銀Low-E節(jié)能（特別是夏季隔熱能力）的差異。中機(jī)國(guó)際大廈實(shí)際玻璃配置及參照配置參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 中機(jī)國(guó)際大廈實(shí)際玻璃配置及參照配置參數(shù)

從表5中可以看出，遮陽(yáng)系數(shù)Sc接近（偏差不到10%），而太陽(yáng)紅外熱能總透射比gIR相差50%。由此可以推斷，以遮陽(yáng)系數(shù)Sc來(lái)核定，雙銀比三銀Low-E的建筑能耗高10%左右，而若以太陽(yáng)紅外熱能總透射比gIR來(lái)核定，雙銀將比三銀Low-E的建筑能耗高50%左右。

中機(jī)國(guó)際項(xiàng)目為中國(guó)南玻集團(tuán)在湖南地區(qū)的第一個(gè)批量三銀Low-E項(xiàng)目，地處湖南省長(zhǎng)沙市韶山中路18號(hào)，由中機(jī)國(guó)際工程設(shè)計(jì)研究院有限公司設(shè)計(jì)，于2016年竣工。整個(gè)項(xiàng)目由A、B兩棟百米塔樓組成，塔樓中間由裙樓連接，超白三銀Low-E中空玻璃用量3.5萬(wàn)m2，其中A棟超白三銀Low-E中空玻璃用量8259 m2，逐月跟蹤記錄了A棟辦公區(qū)域用電量及變電器負(fù)載，據(jù)此對(duì)全年電耗負(fù)荷進(jìn)行分析。中機(jī)國(guó)際大廈A棟辦公區(qū)域空調(diào)電耗模擬計(jì)算見(jiàn)表6。

表6 中機(jī)國(guó)際大廈A棟辦公區(qū)域空調(diào)電耗模擬計(jì)算

對(duì)比不同參數(shù)（Sc或gIR）下的電耗總量，若以遮陽(yáng)系數(shù)Sc來(lái)核定，雙銀比三銀Low-E的建筑能耗高10%左右，而若以太陽(yáng)紅外熱能總透射比gIR來(lái)核定，雙銀將比三銀Low-E的建筑能耗高近30%，三銀Low-E能夠降低空調(diào)電耗確定無(wú)疑。

從電耗總量對(duì)比來(lái)看，用gIR替代Sc后，無(wú)論用何種Low-E(雙銀或者三銀)，總電耗都將有50%以上的降幅。

中機(jī)國(guó)際大廈A棟辦公區(qū)域用電情況見(jiàn)表7。

表7 中機(jī)國(guó)際大廈A棟辦公區(qū)域用電情況

由表7可以看出，平均空調(diào)能耗占比50.4%，最熱的八月超過(guò)了66%，制冷負(fù)荷是建筑的主要能耗。而依照現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)的變壓器平均負(fù)載37.4%，最高的八月也僅60%，即使用三銀Low-E狀態(tài)下，現(xiàn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)使用遮陽(yáng)系數(shù)Sc來(lái)衡量建筑能耗水平，與實(shí)際狀況偏差較大；而使用太陽(yáng)熱能總透射比gIR核算來(lái)的建筑能耗，更接近實(shí)際能耗。

遮陽(yáng)系數(shù)Sc與太陽(yáng)熱能總透射比gIR都是玻璃隔熱性能的表征值，直接決定了夏季空調(diào)制冷負(fù)荷。因此，依據(jù)GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》，查附錄H，單獨(dú)對(duì)制冷負(fù)荷進(jìn)一步分析，見(jiàn)表8。

表8 空調(diào)制冷負(fù)荷峰值比較分析——雙/三銀Low-E玻璃的差異

僅考慮空調(diào)制冷負(fù)荷時(shí)，使用太陽(yáng)熱能總透射比gIR核算的建筑能耗不到遮陽(yáng)系數(shù)Sc核算的建筑能耗的50%/40%（雙銀/三銀），這與實(shí)際變壓器負(fù)載情況（項(xiàng)目使用三銀Low-E，變壓器平均負(fù)載率不到40%，峰值不超過(guò)60%）仍然一致。

采用三銀Low-E，可以降低27%（（184-134）/184=27%）空調(diào)制冷能耗，這與前述“若以太陽(yáng)紅外熱能總透射比gIR來(lái)核定，雙銀將比三銀Low-E的建筑能耗高近30%”也一致。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析，可以得出：

（1）計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際電耗記錄對(duì)比，用太陽(yáng)熱能總透射比gIR來(lái)核定建筑能耗，更符合實(shí)際能耗狀況；

（2）夏熱冬冷區(qū)域，相對(duì)于雙銀Low-E，三銀Low-E空調(diào)能耗可以降低30%左右；

（3）夏熱冬冷區(qū)域，使用三銀Low-E中空玻璃，變壓器負(fù)載設(shè)計(jì)量可降低40%以上，進(jìn)而降低包括變壓器、空調(diào)裝機(jī)總量等電器成本投入。