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1、玻璃對空調負荷及建筑能耗影響分析1.概述 中國的建筑師們在越來越多的民用建筑中大面積采用玻璃或玻璃幕墻。對于普通透明玻璃來說，玻璃窗面積越大，室內(nèi)自然采光面積大，但是夏季通過玻璃進入室內(nèi)的熱量就越多，冬季室內(nèi)通過玻璃散發(fā)出去的熱量也越大。為了滿足建筑師的創(chuàng)意和節(jié)能的需求，出現(xiàn)了低輻射鍍膜玻璃（Low-EmissivityCoatedGlass，簡稱Low-E玻璃）。近年來在國內(nèi)外都有大量使用，Low-E玻璃在冬季能有效地阻擋遠紅外熱輻射，防止室內(nèi)熱量的散失，夏季能阻止太陽直接輻射，減少室內(nèi)的日射得熱，同時又不影響室內(nèi)采光。從
2、理論上基本解決了這個問題。但是實際的情況怎么樣，Low-E玻璃可以適用于哪些地區(qū)？本文通過計算和模擬結果來討論這個問題。2.Low-E玻璃的光學性能 大部分情況下，太陽輻射是引起室內(nèi)冷負荷的主要因素。太陽光譜按波長可分為三大部分：紫外光，可見光，紅外光。其中，紫外光的輻射能占太陽輻射能的13%，可見光占43%，紅外光占41%，其余的占3%。即97%的太陽輻射能，集中在0.3~2.5μm波長范圍內(nèi)，這部分輻射能透過大氣層到達地面，形成夏季圍護結構的傳熱和輻射得熱量。圖1 圖1所示為波長從0.3μm到40μm的太陽輻射和熱輻射
3、的強度曲線。A區(qū)是紫外波段，波長為0.3~0.4μm；B區(qū)是可見光波段，波長為0.4~0.7μm；玻璃的可見光透過率越高，室內(nèi)的采光效果越好；C區(qū)是近紅外波段，波長為0.7~2.5μm；近紅外輻射照射到物體（如建筑物、室內(nèi)家具、散熱器等）上時，將會轉換成中紅外波再次輻射出來；D區(qū)是22℃黑體的中紅外輻射強度，波長在2.5~40μm，中紅外輻射也正是人們感覺到熱的原因。所以，在寒冷季節(jié)，我們希望室內(nèi)的中紅外波段熱能盡量少地向室外發(fā)射，同時提高可見光和近紅外的獲得量。對于炎熱季節(jié)，應將外部的近紅外、中紅外輻射阻擋在室外，而讓可見光
4、透過?！ ∥覀円訧表示照射到玻璃外表面太陽光的輻射強度，以Iρ表示被玻璃外表面反射出去的那一部分強度，ρ為反射率，；Iτ表示透過玻璃直接進入室內(nèi)的那一部分強度，τ為透過率，Iα表示玻璃的吸收太陽的輻射強度α為吸收率?！ t有： 因為I=Iρ+Iτ+Iα則ρ+τ+α=1 對于非透明材料τ=0， 物體吸收太陽能后溫度升高，通過與周圍環(huán)境的對流和輻射而散失能量溫度家降低。因此，被吸收的能量最終仍有約50%透過了物體，以對流傳導的形式傳遞的?！ ≈屑t外熱輻射，也能透過物體或被物體所吸收。一般工程材料，例如，普通平板玻璃，不能透過
5、中紅外熱輻射，只能反射它或吸收它。反射和吸收能力因材料而不同，吸收率低的物體，則必然反射率高，這種物體不易吸收熱輻射能量，其隔熱性能就越好。輻射率高的物體吸收的熱輻射多，它再次向外輻射的熱量也多，相當于透過該物體的熱量。因此，中紅外熱輻射透過物體的傳熱，是通過對流傳導體現(xiàn)的。Low-E玻璃正好限制了這一部分的傳熱?！ D2表示在不同波長下，Low-E玻璃的透過率、吸收率、反射率，從中我們發(fā)現(xiàn)，Low-E玻璃在可見光譜波段具有高透過率，低反射率、低吸收性的特點。即是說它允許可見光較好地透過玻璃傳入室內(nèi)，提高室內(nèi)采光效果，杜絕對外
6、界的光污染。而Low-E玻璃在紅外波段具有高反射率、低吸收性的特點。表明在冬季Low-E玻璃能有效地阻止室內(nèi)的熱能通過玻璃向室外輻射和傳導，而在夏季能阻擋外部熱能進入室內(nèi)。圖3和圖4形象地表示了不同玻璃的對于太陽能和室內(nèi)熱輻射的透過率、反射率、吸收率?！ 囊陨隙ㄐ苑治鑫覀兯坪醯贸隽薒ow-E玻璃確實是很好地解決了玻璃的透光、隔熱的問題。實際情況到底怎么樣，我們通過下面的兩個例子來說明。3．Low-E玻璃對空調負荷及全年能耗的影響 玻璃對于輻射的阻隔性能用遮蔽系數(shù)SC表示，SC高則表示進入室內(nèi)的太陽輻射能就多，反之則少。控制
7、玻璃SC的方法是在玻璃表面鍍膜?，F(xiàn)在技術發(fā)展到可以在線鍍膜，成本也很低。著色玻璃SC較低，但是其吸收率偏高，因而其K值也高，它是以增大對流傳導熱為代價來降低太陽能直接透過的。最主要的是它可見光透過率太低，只有Low-E玻璃的一半。下面一個具體的例子來計算各種玻璃對空調負荷和全年能耗的影響，并與Low-E玻璃進行比較。3.1玻璃對空調負荷的影響 深圳大學城圖書館工程外形非常獨特，整個建筑的兩個主立面一個偏西、一個偏東，而且又是采用大面積的玻璃幕墻，造價受限。建筑師和我們研究了10多種玻璃的熱工性能、價格、顏色，以及不同玻璃引起
8、的室內(nèi)空調負荷，制定優(yōu)化方案，并最終根據(jù)尋優(yōu)結果，確定合適的玻璃。表1為該工程其中6種玻璃對應的空調負荷計算結果。深圳冬季不采暖，因此冬季的負荷計算僅供參考。選擇遮陽系數(shù)為0.6的Low-E玻璃，主要考慮到這種玻璃的可見光透過率高達71％，對于圖書館這樣的建筑比較合適，而沒有
