尼龙隔热条对整窗太阳得热的影响

2019-11-20

 摘要:


不少同行研究过传热系数的标准后,也会发现U值是不考虑太阳辐射影响的。那么隔热断桥窗如何应用到夏季的白天呢?本文先介绍了评估夏季太阳辐射的指标,然后分析了隔热条从无到有,到宽,对此指标的影响。发现断桥隔热窗框的影响非常显著,不可忽略。


 关键词:


尼龙隔热条,太阳光总透射比,制冷


众所周知,尼龙隔热条能够显著降低整窗传热系数(U值),进而降低建筑能耗。那在以制冷为主要诉求且温差较小的南方炎热区域,是否就无用武之地呢?而我们也注意到同样来自于欧洲的被动房节能建筑(Passivhaus)却已经推广到赤道或者炎热气候区,而且节能效果未打折扣。本文主要通过理论分析浅谈隔热断桥技术在南方炎热区域的应用。


一、太阳得热量计算


炎热气候区的建筑能耗以制冷为主,所以更关心通过窗户进入室内的太阳辐射总量Φ,大致由温差引起的热传递量ΦT和太阳光总透射量Φs组成。ΦT由室内外的温差ΔT和门窗的传热系数(Uw值)决定,而尼龙隔热条能显著降低U值,不在此详述。Φs由太阳辐射照度I,入射角,以及遮阳系数SC或太阳光总透射比(SHGC或g值)来决定。为简化分析,参照JGJ/T 151 《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》选择太阳辐射照度为500 W/m²,入射角为0度。


SC起初是作为一个单一数值来比较玻璃对太阳得热的控制能力,简单。例如, SC表示在标准入射角下透过玻璃与透过3mm透明玻璃的太阳得热的比值,但是3mm玻璃的成分定义以及确切厚度并没厘清。SC只定义了窗户玻璃这部分的太阳得热能力(SCg),整窗遮阳系数SCw是以玻璃SCg乘以玻框比来计算,也就是忽略了窗框的影响。SC还可以用来表征一定范围太阳方位角下玻璃的太阳得热性能。但是,当太阳入射角较大时,精度上就得不到满足。


g值不仅包括玻璃部分gg,又明确给出了窗框部分gf的公式,其计算出的整窗gt无疑更切合实际。此外,从名称来说,SC(shading coefficient)作为遮阳系数,其数值越小,效果越好,是个相反的概念。而g值(solar heat gain coefficient)其值越小,说明从太阳得到的热量越少,比较名副其实,所以目前国内普遍采用g值来进行建筑能耗分析, 国内2015版GB50189 <公共建筑节能设计标准>中,外窗的SC值也由g值替换了。


根据标准151,窗框gf和Uf值成正比。而窗框Uf值与隔热条宽度正相关。本文以隔热条宽度的变化,来研究整窗gt的变化以及其他影响分析。


二、整窗及窗框太阳光总透射比的计算


在151中,明确了太阳光总透射比的详细计算公式,现摘录如下:


●整窗太阳光总透射比gt,其计算公式如下:


其中,gg和gf分别代表玻璃和窗框的太阳光总透射比。可以看出默认玻璃的中心部分和边部的g值是相同。


● 框的窗太阳光总透射比gf为:


其中,Uf采用夏季标准环境条件计算,即


室内空气温度Tin=25℃             室内对流换热系数hc,in=2.5 W/(m²·K)


室外空气温度Tout=30℃            室外对流换热系数hc,out =16W/(m²·K)


室内平均辐射温度Trm,in =Tin       室外平均辐射温度Trm,out =Tout


太阳辐射照度Is=500 W/m²


Hout是由对流hc,out和辐射hr,out两部分组成的,分别为16和3.9 W/(m²·K)。


ɑf和型材的表面颜色及处理有关,取为0.7


Asurf和Af分别为窗框的外表面面积和投影面积。对于窗户来说,一般其比值不超过1.1。


采用LBNL的THERM软件进行计算时,选择了室外侧的窗框表面积作为 U-factor tag(U值标签,用于统计流过此标签的所有热量),因为热量从室外流入室内时,不止经过窗框,还有通过间隔条等流入玻璃边缘部分。如右图的等温线。


三、尼龙隔热条对g值的影响


按上述算法,针对隔热条宽度分别为普铝,14.8mm, 24mm(填充泡沫)的铝合金内开窗在没有外遮阳的情况下,模拟其g值和能耗的表现。为简化变量,假定玻框比为75%,玻璃的太阳光总透射比gg为常见的0.35,玻璃Ug值 1.8 W/(m².K)。


通过THERM和WINDOW 6.3的模拟,得到了这一系列窗的U值,shgc图,总得热量的对比图,如下。


在按照151标准所模拟的结果中,可以看出:


●在任一配置下,窗框的太阳得热量Φsf都在窗框温差得热量ΦTf的3倍以上。而且大部分情况下,甚至大于整窗通过温差的得热量ΦTw.说明在夏季以制冷为主的地区,隔热窗框的主要功能并非降低Uf值,而是降低通过窗框的gf。


●通过整窗的温差得热量ΦT占整体得热量ΦT+Φs的10%以下。而且随着隔热条宽度从0开始增加后,其比例持续下降。说明从夏季制冷的角度,应优先考虑降低太阳得热部分。


●对于普铝窗来说,其窗框的gf为0.20,占整窗gt的比例达到16%.也就是说通过窗框的太阳得热量不可忽略。


●使用14.8隔热条之后,窗框g值下降了39%。整窗g值下降了6%。


● 随着隔热条宽度从14.8增加到24mm左右,相比普铝窗,gf值下降比例也从39%进一步降到57%,整窗g值也下降到了9%。说明高隔热性能窗框的使用能够进一步显著降低整窗太阳光透射比。


四、总结


本文从夏季制冷的角度研究了隔热条宽度对整窗太阳得热量的影响。通过窗框的太阳得热量大于其温差得热量的三倍,甚至大于整窗的温差得热量,因此评估整窗得热量时,不可忽略窗框部分。普铝窗框的太阳得热量占整体的16%以上,从制冷和降低能耗的角度,应考虑采用断桥窗框。而采用高隔热性能窗框,能进一步降低太阳得热量以及窗框对整体的影响。


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