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南玻|三银Low-E玻璃工程案例实际能耗分析

来源:中国南玻集团股份有限公司  作者:编辑  日期:2022-6-28
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  摘要:以长沙中机国际大厦实际采暖、制冷用电负荷记录,阐述节能参数涵义,分析验证不同Low-E玻璃,在不同节能参数下设计能耗与实际能耗的差异,验证gIR值是比Sc更准确的建筑节能参数。
  关键词:遮阳系数Sc;太阳红外热能总透射比gIR;太阳光总透射比;真实能耗

  

  本篇文章内容由[中国幕墙网ALwindoor.com]编辑部整理发布:

  摘要:以长沙中机国际大厦实际采暖(词条“采暖”由行业大百科提供)、制冷用电负荷记录,阐述节能参数涵义,分析验证不同Low-E玻璃,在不同节能参数下设计能耗与实际能耗的差异,验证gIR值是比Sc更准确的建筑节能参数。

  关键词:遮阳系数Sc(词条“遮阳系数Sc”由行业大百科提供);太阳红外热能总透射比gIR;太阳光总透射比;真实能耗

  0 引言

  玻璃作为幕墙的主要围护材料之一,直接决定了建筑节能性能。据统计,建筑物中通过门窗散失的热量约占整个建筑采暖或制冷能耗的50%,而通过玻璃流失的热量就占整个(词条“窗”由行业大百科提供)户的80%左右。建筑玻璃越来越大量的使用,使得玻璃节能成为了建筑节能的最难点。因此,不断提高建筑玻璃的热工性能至关重要。

  建筑玻璃热工性用K值和Sc两个指标衡量,K值即保温性能,主要由玻璃结构决定;Sc即隔热能力,主要由玻璃材料表面性能(是否有Low-E膜、是何种Low-E膜)决定。经过多年升级换代,Low-E膜性能已有很大提升,Sc已不能准确衡量玻璃节能性能,更甚至在一定程度上限制了建筑节能玻璃的选用,造成了制冷/采暖成本浪费。

  本文以实际项目案例,就玻璃“透热量”与建筑节能展开讨论,通过数据对比,阐述在建筑节能设计中用gIR取代Sc的合理性和必要性。

  1 关于遮阳系数Sc的定义及节能设计说明

  遮阳系数Sc是在给定条件下,玻璃、窗或玻璃幕墙的太阳光总透射比,与相同条件下相同面积的标准玻璃(3 mm厚透明玻璃)的太阳光总透射比的比值。

  根据JGJ/T 151-2008《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》中对遮阳系数Sc的定义可知,遮阳系数包涵了全部太阳光能量,即2%的紫外光、47%的可见光和51%的近红外光,如图1所示。

图1.中空玻璃可见光反射比示意图

  事实上,太阳光能量即太阳辐射(词条“太阳辐射”由行业大百科提供)能,但不同于太阳辐射热能。太阳光能中的热能绝大多数是波长大于780 nm的红外辐射热能。380 nm波长内紫外线不直接产生热量,380~780nm波长的可见光能只有极少量能够转变为人体可感知的“热能”,相关研究给出的可见光能量转化为热能的比例约5%,最多不超过10%,也就是说多达47%的可见光能基本不产生热能,不需要制冷消耗,而遮阳系数Sc包含了太多“非热量”。

  对于整个建筑,透过玻璃窗进入的太阳辐射得热形成的逐时冷负荷(CLc)按式(1)计算:

  CLc=CcIC*CZ*DJmax*FC (1)

  式中:

  CLc——透过玻璃窗进入的太阳辐射形成的逐时冷负荷,W;

  CcIC——透过无遮阳标准太阳辐射冷负荷系数;

  CZ——外窗综合遮阳系数,CZ=Cw*Cn*Cs;

  Cw——外遮阳修正系数;

  Cn——内遮阳修正系数;

  Cs——玻璃修正系数;

  DJmax——夏季日射得热因数最大值;

  FC——窗玻璃净面积,㎡。

  式(1)外窗综合遮阳系数(CZ),即GB 50189-2015公共建筑节能设计标准》外窗综合遮阳系数(SD)。在此公式定义下,只要降低遮阳系数,即可阻隔室外太阳辐射能进入室内,减少空调用电消耗。同时表明,只要其他节能参数(可见光透射比Tv、K值、遮阳系数Sc)相同,同一建筑选择用不同类型的Low-E节能玻璃,应该具有完全相同的节能性能。

  很明显,“太阳光总透射比”或者“太阳能总透射比”不同于“太阳红外热能总透射比”,基于“遮阳系数”进行的建筑节能设计,与建成建筑的实际能耗状况相差甚远。

  在JC/T 2304-2015《建筑用保温隔热玻璃技术条件》全新定义了gIR,采用780~2500 nm波长的太阳红外热能总透射比——即gIR,比遮阳系数Sc或者太阳能总透射比SHGC能够更合理、更科学、更准确地衡量Low-E玻璃隔绝太阳辐射热能的能力,有利于正确引导建筑节能设计和建筑节能产品的开发。

  表1是四种不同类型镀膜(词条“镀膜”由行业大百科提供)产品,同为6+12A+6标准结构中空(词条“中空”由行业大百科提供)玻璃的太阳光谱透过曲线,外观颜色接近,可见光透射比接近,但遮阳系数差异巨大,gIR值也不尽相同。

表1.光学性能近似的不同镀膜产品性能

  图2为中空玻璃太阳光谱透过曲线。从图2可以看出,相同可见光透射比下,三银的遮阳系数Sc最小,太阳红外光总透射比gIR更小,只允许极少量的太阳热量透过,真正的将太阳光过滤成“冷光源”,进而降低夏季室内空调制冷费用。

  图2.中空玻璃太阳光谱透过曲线

  根据GB 50189-2015公共建筑节能设计标准》简化而来的玻璃能耗模拟计算表,依照上述四种产品,设定相同的气候条件(表2),对同一建筑模型分别以Sc和gIR计算建筑能耗,进一步对建筑能耗进行计算,计算结果见表3、表4。

表2.建筑能耗气候条件

表3.玻璃能耗模拟计算(Sc衡量)

表4.玻璃能耗模拟计算(gIR衡量)

  因为热反射膜的光、热选择性差(选择系数r<1),挡光不隔热,无论以遮阳系数Sc还是太阳红外热能总透射比gIR来计算,同一建筑的电耗总量都接近(10%左右的电耗差异主要来自Sc与gIR的数值差异),而单银/双银/三银Low-E因为越来越高的光、热选择能力,能够明显降低建筑能耗。

  同样因为Low-E膜透光但阻隔太阳红外热能,相对于热反射产品,可以大幅降低建筑能耗。并且无论是以Sc还是gIR来衡量,三银Low-E都具有最好的节能性能,其建筑能耗最低。

  2 相同遮阳系数,不同Low-E间的隔热能力

  差异在实际工程上的电耗的体现

  长沙与上海、苏州、武汉等地均属夏热冬冷地区,冬季冷,夏季炎热,建筑节能设计遵循相同的标准要求,即遮阳系数Sc、传热系数K值要求相同。选取玻璃结构、颜色外观、可见光透射比等接近的产品,以长沙中机国际大厦项目建模,对比双银、三银Low-E节能(特别是夏季隔热能力)的差异。中机国际大厦实际玻璃配置及参照配置参数见表5。

表5.中机国际大厦实际玻璃配置及参照配置参数

  从表5中可以看出,遮阳系数Sc接近(偏差不到10%),而太阳红外热能总透射比gIR相差50%。由此可以推断,以遮阳系数Sc来核定,双银比三银Low-E的建筑能耗高10%左右,而若以太阳红外热能总透射比gIR来核定,双银将比三银Low-E的建筑能耗高50%左右。

  中机国际项目为中国南玻集团在湖南地区的第一个批量三银Low-E项目,地处湖南省长沙市韶山中路18号,由中机国际工程设计研究院有限公司设计,于2016年竣工。整个项目由A、B两栋百米塔楼组成,塔楼中间由裙楼连接,超白三银Low-E中空玻璃用量3.5万m2,其中A栋超白三银Low-E中空玻璃用量8259 m2,逐月跟踪记录了A栋办公区域用电量及变电器负载,据此对全年电耗负荷进行分析。中机国际大厦A栋办公区域空调电耗模拟计算见表6。

表6.中机国际大厦A栋办公区域空调电耗模拟计算

  对比不同参数(Sc或gIR)下的电耗总量,若以遮阳系数Sc来核定,双银比三银Low-E的建筑能耗高10%左右,而若以太阳红外热能总透射比gIR来核定,双银将比三银Low-E的建筑能耗高近30%,三银Low-E能够降低空调电耗确定无疑。

  从电耗总量对比来看,用gIR替代Sc后,无论用何种Low-E(双银或者三银),总电耗都将有50%以上降幅。

  中机国际大厦A栋办公区域用电情况见表7。

表7.中机国际大厦A栋办公区域用电情况记录

  由表7可以看出,平均空调能耗占比50.4%,最热的八月超过了66%,制冷负荷是建筑的主要能耗。而依照现行规范设计的变压器平均负载37.4%,最高的八月也仅60%,即使用三银Low-E状态下,现行建筑节能设计使用遮阳系数Sc来衡量建筑能耗水平,与实际状况偏差较大;而使用太阳热能总透射比gIR核算来的建筑能耗,更接近实际能耗。

  遮阳系数Sc与太阳热能总透射比gIR都是玻璃隔热性能的表征值,直接决定了夏季空调制冷负荷。因此,依据GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》,查附录H,单独对制冷负荷进一步分析,见表8。

表8.空调制冷负荷峰值比较分析——双/三银Low-E玻璃的差异

  仅考虑空调制冷负荷时,使用太阳热能总透射比gIR核算的建筑能耗不到遮阳系数Sc核算的建筑能耗的50%/40%(双银/三银),这与实际变压器负载情况(项目使用三银Low-E,变压器平均负载率不到40%,峰值不超过60%)仍然一致。

  采用三银Low-E,可以降低27%((184-134)/184=27%)空调制冷能耗,这与前述“若以太阳红外热能总透射比gIR来核定,双银将比三银Low-E的建筑能耗高近30%”也一致。

  3 结语

  通过以上分析,可以得出:

  1)计算数据与实际电耗记录对比,用太阳热能总透射比gIR来核定建筑能耗,更符合实际能耗状况;

  2)夏热冬冷区域,相对于双银Low-E,三银Low-E空调能耗可以降低30%左右;

  3)夏热冬冷区域,使用三银Low-E中空玻璃,变压器负载设计量可降低40%以上,进而降低包括变压器、空调装机总量等电器成本投入。

  参考文献:

  [1] 许武毅.Low-E节能玻璃应用技术问答[M].北京:中国建材工业出版社,2016.

  [2] GB 50189-2015,公共建筑节能设计标准[S].

  [3] GB 50736-2012,民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].

  [4] JC-T 2304-2015,建筑用保温隔热玻璃(词条“隔热玻璃”由行业大百科提供)技术条件[S].

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