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摘要：以長沙中機國際大廈實際采暖（詞條“采暖”由行業(yè)大百科提供）、制冷用電負荷記錄，闡述節(jié)能參數(shù)涵義，分析驗證不同Low-E玻璃，在不同節(jié)能參數(shù)下設(shè)計能耗與實際能耗的差異，驗證gIR值是比Sc更準確的建筑節(jié)能參數(shù)。
關(guān)鍵詞：遮陽系數(shù)Sc（詞條“遮陽系數(shù)Sc”由行業(yè)大百科提供）;太陽紅外熱能總透射比gIR;太陽光總透射比;真實能耗
0 引言
玻璃作為幕墻的主要圍護材料之一，直接決定了建筑節(jié)能性能。據(jù)統(tǒng)計，建筑物中通過門窗散失的熱量約占整個建筑采暖或制冷能耗的50%，而通過玻璃流失的熱量就占整個窗（詞條“窗”由行業(yè)大百科提供）戶的80%左右。建筑玻璃越來越大量的使用，使得玻璃節(jié)能成為了建筑節(jié)能的最難點。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兩個指標衡量，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)過多年升級換代，Low-E膜性能已有很大提升，Sc已不能準確衡量玻璃節(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/采暖成本浪費。
本文以實際項目案例，就玻璃“透熱量”與建筑節(jié)能展開討論，通過數(shù)據(jù)對比，闡述在建筑節(jié)能設(shè)計中用gIR取代Sc的合理性和必要性。
1 關(guān)于遮陽系數(shù)Sc的定義及節(jié)能設(shè)計說明
遮陽系數(shù)Sc是在給定條件下，玻璃、門窗或玻璃幕墻的太陽光總透射比，與相同條件下相同面積的標準玻璃(3 mm厚透明玻璃)的太陽光總透射比的比值。
根據(jù)JGJ/T 151-2008《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規(guī)程》中對遮陽系數(shù)Sc的定義可知，遮陽系數(shù)包涵了全部太陽光能量，即2%的紫外光、47%的可見光和51%的近紅外光，如圖1所示。
圖1.中空玻璃可見光反射比示意圖
事實上，太陽光能量即太陽輻射（詞條“太陽輻射”由行業(yè)大百科提供）能，但不同于太陽輻射熱能。太陽光能中的熱能絕大多數(shù)是波長大于780 nm的紅外輻射熱能。380 nm波長內(nèi)紫外線不直接產(chǎn)生熱量，380～780nm波長的可見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)研究給出的可見光能量轉(zhuǎn)化為熱能的比例約5%，最多不超過10%，也就是說多達47%的可見光能基本不產(chǎn)生熱能，不需要制冷消耗，而遮陽系數(shù)Sc包含了太多“非熱量”。
對于整個建筑，透過玻璃窗進入的太陽輻射得熱形成的逐時冷負荷(CLc)按式(1)計算：
CLc=CcIC*CZ*DJmax*FC (1)
式中：
CLc——透過玻璃窗進入的太陽輻射形成的逐時冷負荷，W;
CcIC——透過無遮陽標準太陽輻射冷負荷系數(shù);
CZ——外窗綜合遮陽系數(shù)，CZ=Cw*Cn*Cs;
Cw——外遮陽修正系數(shù);
Cn——內(nèi)遮陽修正系數(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，㎡。
式(1)外窗綜合遮陽系數(shù)(CZ)，即GB 50189-2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》外窗綜合遮陽系數(shù)(SD)。在此公式定義下，只要降低遮陽系數(shù)，即可阻隔室外太陽輻射能進入室內(nèi)，減少空調(diào)用電消耗。同時表明，只要其他節(jié)能參數(shù)(可見光透射比Tv、K值、遮陽系數(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，“太陽光總透射比”或者“太陽能總透射比”不同于“太陽紅外熱能總透射比”，基于“遮陽系數(shù)”進行的建筑節(jié)能設(shè)計，與建成建筑的實際能耗狀況相差甚遠。
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波長的太陽紅外熱能總透射比——即gIR，比遮陽系數(shù)Sc或者太陽能總透射比SHGC能夠更合理、更科學、更準確地衡量Low-E玻璃隔絕太陽輻射熱能的能力，有利于正確引導建筑節(jié)能設(shè)計和建筑節(jié)能產(chǎn)品的開發(fā)。
表1是四種不同類型鍍膜（詞條“鍍膜”由行業(yè)大百科提供）產(chǎn)品，同為6+12A+6標準結(jié)構(gòu)中空（詞條“中空”由行業(yè)大百科提供）玻璃的太陽光譜透過曲線，外觀顏色接近，可見光透射比接近，但遮陽系數(shù)差異巨大，gIR值也不盡相同。
表1.光學性能近似的不同鍍膜產(chǎn)品性能
圖2為中空玻璃太陽光譜透過曲線。從圖2可以看出，相同可見光透射比下，三銀的遮陽系數(shù)Sc最小，太陽紅外光總透射比gIR更小，只允許極少量的太陽熱量透過，真正的將太陽光過濾成“冷光源”，進而降低夏季室內(nèi)空調(diào)制冷費用。
圖2.中空玻璃太陽光譜透過曲線
根據(jù)GB 50189-2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》簡化而來的玻璃能耗模擬計算表，依照上述四種產(chǎn)品，設(shè)定相同的氣候條件(表2)，對同一建筑模型分別以Sc和gIR計算建筑能耗，進一步對建筑能耗進行計算，計算結(jié)果見表3、表4。
表2.建筑能耗氣候條件
表3.玻璃能耗模擬計算(Sc衡量)
表4.玻璃能耗模擬計算(gIR衡量)
因為熱反射膜的光、熱選擇性差(選擇系數(shù)r<1)，擋光不隔熱，無論以遮陽系數(shù)Sc還是太陽紅外熱能總透射比gIR來計算，同一建筑的電耗總量都接近(10%左右的電耗差異主要來自Sc與gIR的數(shù)值差異)，而單銀/雙銀/三銀Low-E因為越來越高的光、熱選擇能力，能夠明顯降低建筑能耗。
同樣因為Low-E膜透光但阻隔太陽紅外熱能，相對于熱反射產(chǎn)品，可以大幅降低建筑能耗。并且無論是以Sc還是gIR來衡量，三銀Low-E都具有最好的節(jié)能性能，其建筑能耗最低。
2 相同遮陽系數(shù)，不同Low-E間的隔熱能力
差異在實際工程上的電耗的體現(xiàn)
長沙與上海、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)計遵循相同的標準要求，即遮陽系數(shù)Sc、傳熱系數(shù)K值要求相同。選取玻璃結(jié)構(gòu)、顏色外觀、可見光透射比等接近的產(chǎn)品，以長沙中機國際大廈項目建模，對比雙銀、三銀Low-E節(jié)能(特別是夏季隔熱能力)的差異。中機國際大廈實際玻璃配置及參照配置參數(shù)見表5。
表5.中機國際大廈實際玻璃配置及參照配置參數(shù)
從表5中可以看出，遮陽系數(shù)Sc接近(偏差不到10%)，而太陽紅外熱能總透射比gIR相差50%。由此可以推斷，以遮陽系數(shù)Sc來核定，雙銀比三銀Low-E的建筑能耗高10%左右，而若以太陽紅外熱能總透射比gIR來核定，雙銀將比三銀Low-E的建筑能耗高50%左右。
中機國際項目為中國南玻集團在湖南地區(qū)的第一個批量三銀Low-E項目，地處湖南省長沙市韶山中路18號，由中機國際工程設(shè)計研究院有限公司設(shè)計，于2016年竣工。整個項目由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載，據(jù)此對全年電耗負荷進行分析。中機國際大廈A棟辦公區(qū)域空調(diào)電耗模擬計算見表6。
表6.中機國際大廈A棟辦公區(qū)域空調(diào)電耗模擬計算
對比不同參數(shù)(Sc或gIR)下的電耗總量，若以遮陽系數(shù)Sc來核定，雙銀比三銀Low-E的建筑能耗高10%左右，而若以太陽紅外熱能總透射比gIR來核定，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)電耗確定無疑。
從電耗總量對比來看，用gIR替代Sc后，無論用何種Low-E(雙銀或者三銀)，總電耗都將有50%以上降幅。
中機國際大廈A棟辦公區(qū)域用電情況見表7。
表7.中機國際大廈A棟辦公區(qū)域用電情況記錄
由表7可以看出，平均空調(diào)能耗占比50.4%，最熱的八月超過了66%，制冷負荷是建筑的主要能耗。而依照現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計的變壓器平均負載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)計使用遮陽系數(shù)Sc來衡量建筑能耗水平，與實際狀況偏差較大;而使用太陽熱能總透射比gIR核算來的建筑能耗，更接近實際能耗。
遮陽系數(shù)Sc與太陽熱能總透射比gIR都是玻璃隔熱性能的表征值，直接決定了夏季空調(diào)制冷負荷。因此，依據(jù)GB 50736—2012《民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》，查附錄H，單獨對制冷負荷進一步分析，見表8。
表8.空調(diào)制冷負荷峰值比較分析——雙/三銀Low-E玻璃的差異
僅考慮空調(diào)制冷負荷時，使用太陽熱能總透射比gIR核算的建筑能耗不到遮陽系數(shù)Sc核算的建筑能耗的50%/40%(雙銀/三銀)，這與實際變壓器負載情況(項目使用三銀Low-E，變壓器平均負載率不到40%，峰值不超過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“若以太陽紅外熱能總透射比gIR來核定，雙銀將比三銀Low-E的建筑能耗高近30%”也一致。
3 結(jié)語
通過以上分析，可以得出：
1)計算數(shù)據(jù)與實際電耗記錄對比，用太陽熱能總透射比gIR來核定建筑能耗，更符合實際能耗狀況;
2)夏熱冬冷區(qū)域，相對于雙銀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，變壓器負載設(shè)計量可降低40%以上，進而降低包括變壓器、空調(diào)裝機總量等電器成本投入。
參考文獻:
[1] 許武毅.Low-E節(jié)能玻璃應(yīng)用技術(shù)問答[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2016.
[2] GB 50189-2015,公共建筑節(jié)能設(shè)計標準[S].
[3] GB 50736-2012,民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[S].
[4] JC-T 2304-2015,建筑用保溫隔熱玻璃（詞條“隔熱玻璃”由行業(yè)大百科提供）技術(shù)條件[S].
