玻璃门窗节能分析与选择

建筑学报

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ＥＮＥＲＧＹ　ＳＡＶＩＮＧ　ＯＮ　ＥＣＯＬＯＧＹ

一、前言

建筑能耗已占社会总能耗的３５％，而空调、暖通能耗在公共建筑能耗中占了６０％。在空调能耗中大约２０～５０％由玻璃门窗等外围护结构消耗。因此选用高效节能玻璃及提高现有玻璃的效率成为新建筑设计或旧建筑改造的重要工作之一。太阳控制窗膜（ＳｏｌａｒＣｏｎｔｒｏｌ　Ｗｉｎｄｏｗ　Ｆｉｌｍ）的使用则成为现有建筑玻璃门窗、幕墙节能改造的良好方法。特别是高透光率的玻璃，采用太阳控制窗膜几乎是绝热改造的唯一办法。

《公共建筑节能设计标准》（ＧＢ５０１８９－２００５），为公共建筑的节能提出了明确要求和指导方针。数据显示，夏季通过窗太阳辐射能耗是通过窗传热能耗的５～１０倍。南方水平面太阳辐射可高达１０００Ｗ／ｍ２。因此，标准对广州／深圳等夏热冬暖地区窗玻璃特制定两项标准：传热系数Ｕ值（Ｈｅａｔ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）小于３．５Ｗ／ｍ２Ｋ；遮阳系数Ｓｃ（Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）小于０．５（窗墙比在０．３到０．４之间时）；透光率不小于４０％（窗墙比小于０．４时）。对于天顶玻璃遮阳系数要求小于０．３５。

深圳大学建筑系研究院Ｂ楼玻璃门窗采用高效太阳控制窗膜，在不改变原有透明玻璃外观，保持高采光情况下，大幅降低遮阳系数的节能改造工程使该建筑用电明显下降。

二、工程概况

该楼共五层，各朝向均有大面积透明玻璃窗。建筑主体设计思

想为明亮、通透，内外一体。除１／６墙面外，其余约１０００ｍ２均为５ｍｍ单层透明玻璃组成。东向及部分南向窗设有外水平遮阳，由７０ｍｍ宽金属板条组成，间距１２０ｍｍ。遮阳系数为０．７。这种遮阳系统对夏季正午具有良好遮阳效果。但对于太阳斜射情况则不够理想。西向为景观窗，不能加添外遮阳系统。因此，大面积的采光，也带来大量热负荷，甚至使阳光照射位置，需撑伞才能工作。整个建筑，空调耗电过大。为了解决建筑内热问题，研究院进行了长达一年多的考察。在排除了加设外遮阳，更换高性能玻璃等不实际方法后决定采取装贴太阳控制窗膜的方案。

技术指标的选取：现有建筑采用５ｍｍ厚无色透明玻璃，其传热系数（Ｕ值）为５．８Ｗ／ｍ２Ｋ；遮阳系数（Ｓｃ）为０．９６；透光率为９２％。按照国标ＧＢ５０１７６－９３广州地区夏季东西向太阳辐射照度日总量（Ｔｏｔａｌ　Ｓｏｌａｒ　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ）为３４８２Ｗｈ／ｍ２。进入室内的热增量（ＴｏｔａｌＨｅａｔ　Ｇａｉｎ）如下：

（１）Ｑ＝传导／对流热增量＋太阳辐射热增量

＝Ｕ＊室内外温差＊空调运行时间＋Ｓｃ＊０．８７５＊日照总量＝２９０Ｗｈ／ｍ２　＋２８９４Ｗｈ／ｍ２＝３１８５Ｗｈ／ｍ２

南方地区室内外温差可按５℃计算，办公楼空调运行时间考虑为白天１０小时。

上面计算表明进入建筑的热量主要来自太阳辐射，而传导热则不足１０％。致力于降低Ｕ值而设计的中空玻璃（Ｄｏｕｂｌｅ　Ｇｌａｚｉｎｇ），低辐射玻璃（Ｌｏｗ－ｅ　Ｇｌａｓｓ）在减少热负荷中都不起重要作用。解决热问题的关键在于降低式中第二项值，也就是降低遮阳系数。这也是华南地区降低玻璃门窗夏季热负荷的主要考虑因素。结合新建筑节能标准，Ｓｃ应小于０．５，透光率大于４０％。满足这样条件的太阳控制窗膜市场上有许多产品。但作为建筑设计，还要顾及其它各种

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张道真１傅积

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３．　气候因素对门窗选择的影响

对于一个建筑首先要分析其能耗来源。从（１）式中可清楚看出门窗带来的热负荷，第一项由于室内外温差引起的传导热和第二项太阳照射引起的辐射热。以传导热为主要热损失的应采用绝热门窗；辐射热为主的应采用遮阳门窗。也就是说冬季取暖为主的地区要考虑绝热问题；夏季蓄热问题严重的建筑要考虑遮阳（表４）。

４．　建筑结构对门窗选择的影响

高层蓄热是门窗设计的重要课题。夏季炎热是中国大部地区的气候特点，尤其广深地区，许多四面透明玻璃幕墙的公共建筑，带有大面积透明玻璃的住宅、四季厅、带天窗的中庭、顶面全透明玻璃的大厅建筑、高透观光电梯，常常因为遮阳不够造成室内蓄热严重，上层温度可达４０～６０℃。这类建筑的特点是具有连通的高层空间。由于日照在各层形成的热气上升，空调冷量无法送达，形成高层蓄热。如不通过传导与对流加强上层门窗散热，就会形成很大的热问题。这时玻璃遮阳尤显必要，采用Ｌｏｗ－ｅ玻璃反而会增加建筑内蓄热。这时不但不能用绝热玻璃，还要在上层设计活动窗，以使上升的热气与室外空气对流降温。这时，Ｓｃ应尽可能低，Ｕ值在５．０左右即可。对于高透设计（透光率高于７０％），技术上Ｓｃ可达０．５。要求遮阳更好的建筑，必须降低透光率。

５．　建筑朝向对门窗选择的影响

不同朝向的门窗在不同地区也会有不同的选择。东西朝向窗固定外遮阳设计难度高，常因缺少精细设计，而达不到目的。遮阳玻璃或加贴遮阳膜是有效方法。除景观窗需要７０％透光率外，一般可降低透光以使Ｓｃ达到０．３到０．５。由于夏季日射角高，广深地区南向窗一般遮阳要求不高。只是从１０月到来年４月有较强日晒。但北向窗则需要遮阳。因为５～８月大部分时间太阳在北面。此时又正值炎热夏季。长江中下游建筑北向窗也需作遮阳处理。北方朝北门窗一般则无须考虑遮阳，这时绝热考虑是主要的。此外，天顶玻璃一般要求良好遮阳，而不是采用绝热玻璃。

总之，玻璃遮阳与绝热两者概念不同，功能也不同。有关参数的选择与建筑的地区、窗朝向、使用方式、周围环境等多种因素相关。两者性能虽然都与建筑节能有关，但不当选择会带来不必要的花费，甚至可能适得其反。

五、结论

１．　深圳大学建筑系设计院Ｂ楼采用高透太阳控制窗膜改造现有建筑玻璃取得良好效果。既保持了原有高通透设计风格，又起到有效节能作用。测量结果表明减少建筑内热增３１，９５０　ＫＷｈ／月，建筑瞬时热负荷从７８０Ｗ／ｍ２降低到２２６　Ｗ／ｍ２。

２．　深圳大学建筑系的经验为高透明玻璃建筑的节能改造提供了最佳途径和参考指标。ＩＱｕｅ系列高效智能窗膜（高透光、低遮阳系数）是这类建筑改造的良好选择。

３．　对于中国南方，建筑节能主要考虑降低玻璃门窗遮阳系数。当玻璃遮阳系数降为０．５，空调节能１２．５％时，致力于降低Ｕ值的中空结构，Ｌｏｗ－ｅ镀膜节能作用不足１．２％。

４．　考虑空调节能的同时应考虑照明节能。自然采光在建筑设计中是重要的。设计中应尽量采用光效系数大于１的玻璃门窗。

５．　正确选择绝热与遮阳方式及相关参数，既可节省大量不必要的开支，又可提高节能效率。■

绿色建筑工具的分类及系统

开发

刘

煜

作者单位：西北工业大学（西安，７１００７２）收稿日期：２００５－１２－３１

摘要／本文针对当前绿色建筑工具开发和使用中面临的问题，建立了用于分类绿色建筑工具的综合观念框架，并对该框架的应用做了具体探讨，最后提出了分阶段系统开发中国绿色建筑工具的思路。关键词／绿色建筑

工具

分类

框架

中国

ＡＢＳＴＲＡＣＴ／ Aiming at the problems in development and application of

green building tools, this paper establishes a comprehensive concep-tual framework for classification of the tools and its application. It brings forward a line of thinking about phased development of China green b uilding tools.

ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ／ Green building, Tool, Classification, Framework, China

本项研究得到澳大利亚新南威尔士大学国际研究生奖学金资助