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董呈明、冯雅瑜—浅析门窗遮阳与节能

文章来源:ag亚游代理|官网 作者: 2015-07-30 15:06:42

文章摘要:董呈明、冯雅瑜—浅析门窗遮阳与节能

浅析门窗遮阳与节能
——浙江瑞明节能科技股份有限公司董呈明、冯雅瑜

  人类社会的总耗能分为三种不同的形式,分别是工业耗能、交通耗能和建筑耗能。其中,建筑耗能占据社会总耗能的40%?43%,几乎占据了总耗能的半壁江山。因此,关注建筑耗能,降低建筑耗能,实际就是降低了社会总耗能。
  我国现在正处于经济社会的持续、向上的发展状态,发展经济建设的重点之一是大力发展和扩大城市化路线,那就意味着将有更多的房屋建筑出现。建筑增加,代表着建筑耗能的增加、社会总能耗的增加。那么,如何降低建筑耗能,实际已经演变为一个需要全社会共同关注和参与的事件。
  降低建筑耗能,换言之就是提高建筑节能。
  建筑节能是一项系统性工程,是由围绕建筑各方面节能措施共同作用后达到的总效果。门窗,作为建筑外围护的重要组成部分,其节能效果的优劣,影响了建筑耗能近50%的比例,因此,关注建筑节能尤其需要关注门窗的节能。
  门窗节能主要体现在保温隔热两方面,一是门窗节能系数,二是建筑遮阳措施。
  1.门窗节能,主要与采用的玻璃性能有关。
  普通玻璃,对于太阳光谱中的紫外线、红外线和可见光的透过率在90%及以上(如图一所示)。这些太阳的光谱,将会带着能量一起进入到室内,从而提高了整体建筑的耗能。
  

  中空玻璃,相对普通玻璃而言,太阳光谱中的紫外线、红外线和可见光的透过率相对降低,即能量进入室内比普通玻璃低。如图二所示,中空玻璃对于太阳光谱中能量的传递主要通过3种不同的形式,分别是辐射、传导和对流。
  辐射,是指室外侧的玻璃在受到太阳光谱的照射后,将穿透的光谱(能量)从室外侧玻璃直接投射到室内侧玻璃并进入室内的一种能量传递方式。
  传导,分为两种,一种是指室外侧的玻璃在受到太阳光谱的照射后产生的能量通过中空玻璃之间的空气层传递至室内侧玻璃并进入室内的一种能量传递方式;另一种是指室外侧的玻璃在受到太阳光谱的照射后产生的能量通过中空玻璃四周的铝边条传递至室内侧玻璃并进入室内的一种能量传递方式。
  对流,与传导有类似之处,对流是指室外侧的玻璃在受到太阳光谱的照射后产生的能量,由于内外温差的作用,使中空玻璃空气层内空气形成循环流动,从而将外侧的能量循环至室内侧玻璃并进入室内的一种能量传递方式。
  2.门窗遮阳,是指在建筑物采光口处设置具有能阻挡太阳光线进入室内的举措。在夏热冬冷地区、夏热冬暖地区,温暖地区建筑遮阳技术以其能耗低、效果好等特点,成为建筑(门窗)节能的重要组成部分。
  遮阳,主要的目的是阻挡太阳光谱中的热量进入室内,而引起室内温度的升高,造成建筑耗能的增加。众所周知,太阳光谱包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、Y射线等,其中99.9%的能量来自于紫外线、红外线和可见光。换言之,遮阳,主要就是遮挡紫外线、红外线以及部分的可见光,以降低室内温度,柔和室内光线。
  因此,可以通俗的认为门窗遮阳是需要在保证正常采光的前提下,遮挡阳光中的能量(即热量)进入室内,而采取的一种方式。
  传统的建筑遮阳措施包括:铝合金卷帘外遮阳技术、铝合金百叶外遮阳技术、织物类外遮阳技术、曲臂遮阳篷技术(摆转式、斜伸式)、中空玻璃内置百叶遮阳技术、室外装饰性百叶技术(固定式、可开启式)等,可根据地域或业主的不同的需求进行设置。其中铝合金卷帘外遮阳、铝合金百叶外遮阳、织物类外遮阳、曲臂遮阳篷(摆转式、斜伸式)、室外装饰性百叶(固定式、可开启式)等,都需要安装在门窗的室外侧位置,与门窗相辅相成实现建筑节能与遮阳。但由于该类遮阳装置与门窗是分体结构,由此,该类遮阳装置整体成本较高。并且,考虑到遮阳装置的安全性,以上遮阳产品中部分遮阳方式的适用范围严格控制在35米或者11层建筑层高以下,对于高层建筑遮阳产品的推广,存在了诸多的限制。而对于在室内侧安装的窗帘,一般认为,窗帘更多的是起到阻挡可见光的作用,对于太阳光线中能量的阻挡,作用较小,因此,不作为建筑遮阳产品使用。
  综合以上原因所述,现在市场上,在高层建筑中使用较多的遮阳类型为中空玻璃内置百叶的形式。(如图三、图四所示)它是通过将百叶片安装在中空玻璃的位置,来实现对遮阳的功能。其最大的特点是实现了与门窗一体式的结构,不受楼高的限制,并且降低了遮阳的成本。
  

  
  现在市场上,使用较多的遮阳类型为中空玻璃内置百叶的形式。它是利用中空玻璃的中空层位置安装百叶,通过百叶片的升降和排列的调整以实现门窗的遮阳、采光等功能。但中空玻璃内置百叶,仅起到了遮阳的用户,对于门窗的节能效果究竟如何?通过以下的研究进行粗浅的分析供参考。
  3 中空玻璃内置百叶,一般百叶的材质为铝合金材质,铝合金是一种易导热的材料。中空玻璃内置百叶,是指百叶安装在玻璃的中空层位置。当室外侧的玻璃在受到太阳光谱的照射后,穿透的光谱(能量)将会投射到铝合金百叶上。虽可以通过灵活调节百叶,实现遮阳和采光的功效,但铝合金百叶此时又起到了吸热和导热的作用,并通过将投射的(光谱)能量进行吸收并转化为热能。由于中空玻璃百叶安装位置为封闭式空间,因此产生的热能向室内侧玻璃进行类似扩散式的投射,能量即被传递至内侧玻璃及室内。
  为了验证以上说法的正确性,特针对百叶的三种不同状态(a为百叶关闭状态、b为百叶水平状态、c为百叶收拢状态),在相同的环境下,进行了温度的监控试验 。
  
  A、室外侧玻璃表面温度的测试:
  
  由图六可以看出,相同工况条件下,百叶关闭、水平和收拢3种状态下的玻璃外表面平均温度存在明显的差异:百叶关闭状态下的玻璃外表面平均温度最高,收拢状态下玻璃外表面平均温度最低,水平状态下玻璃外表面平均温度介于两者之间。
  B、玻璃内表面温度分析:
  
  由图七可以看出,相同工况条件下,百叶关闭、水平和收拢3种状态下的玻璃内表面平均温度存在一定的差异:百叶在水平状态下的玻璃内表面平均温度高于收拢状态下的玻璃内表面。虽百叶关闭状态下室内玻璃表面温度会低于收拢状态的温度,但关闭状态下的百叶无法实现采光的前提,必须借助其它能耗产品来实现室内的采光需求,增加了能源的消耗。
  根据以上温度监控试验的结果,可以证明:带有内置百叶的中空玻璃,其温度的传导性要明显大于普通中空玻璃。
  可以得出结论:中空玻璃内置百叶能达到遮阳的功效,却不是一款很好的节能型产品。
  那么,如何才能实现遮阳与节能两者合二为一呢?
  旭格AWS 120 CC.SI窗系统(图八)和瑞明AIT60H窗系统(图九)的推出,很好的为用户解决了遮阳与节能共同实现的难题。
  

  旭格AWS 120 CC.SI窗系统和瑞明AIT60H窗系统,都是将百叶安置在中空玻璃 和外侧单玻之间,既实现了遮阳的功效,又不影响中空玻璃自身的功效。并且便于维修。
  以瑞明AIT60H窗系统为例,其玻璃和遮阳百叶结构如下图十所示:
  

  考虑到单玻与中空玻璃之间的空气层位置,通过太阳光谱的照射后,会引起该区域温度升高,由于空气具有热的传导性和对流的发生,所以,该区域产生的能量会向室内侧传递。为了缓解该现象,因此在封口处理的位置处,采用类似等压腔的设计,以实现空气层内空气的温度、压强等与外界的平衡。
  内置铝合金百叶,安装在单玻与中空玻璃之间。对于遮阳而言,可以通过灵活调节百叶,实现遮阳和采光的功效。对于节能而言,由于该中空层与外界空气温度、压强等保持平衡,因此能更有效的降低铝合金百叶的吸热、导热性;并且,靠近室内侧玻璃为中空玻璃设计,又进一步降低了热量向内的传递。
  进一步的,为验证瑞明AIT60H窗系统的节能性,依据GB/T8484-2008检测(图十一),结果显示:当遮阳百叶收起状态时传热系数K为2.3W/(m2?K),当遮阳百叶闭合状态时传热系数K为2.2W/(m2?K)。由此,可以明确:瑞明AIT60H窗系统产品是兼具遮阳与节能共同效果的产品。
  

  随着国家对于节能环保要求的不断提高,门窗遮阳、门窗节能等建筑节能的相关规定在不断的被完善。如,江苏省率先实行建筑洞口外遮阳举措,北京市率先实行特定的门窗节能系数要求等,都是对建筑节能的有效回应。浙江省关于门窗遮阳的标准近期也将出台。相信,随着节能意识在全社会的普及,建筑节能,作为整体节能重要的组成部分,也一定会得到更好的发展。

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