文档介绍：窗户太阳得热对严寒地区采暖能耗影响的研究
摘要本文通过对窗户能耗的模拟讲话,分析了窗户的太阳得热对严寒地区采暖能耗的显著影响,提出把太阳得热系数作为评价窗户热工性能的一个重要指标,与窗户的传热系数相结合,指导窗户的节能设计。研究同时表明,充分利用南向窗户的太阳辐射,对于降低采暖能耗上有重要意义。
关键词太阳得热系数SHGC,窗户能耗,节能百分比HR
一、前言
窗户是建筑必不可少的组成部分,也是建筑外围护结构保温性能最薄弱的部位,因此,窗户作为建筑节能的突破口,在建筑节能设计中占有重要地位。
近十年来新技术、新工艺的出现,使窗户结构摆脱了单一的钢木和传统的平板玻璃,涌现出铝合金断热框,塑钢框,低辐射镀膜(Low-e)玻璃和中空窗等各种新型材料和结构。这为降低窗户能耗提供了基础,同时也使窗户热工参数的变化范围更加广泛,性能等级更加丰富,从而,不能再简单的凭窗户的传热系数来评价窗户热工性能的优劣。随着各种节能窗户的出现,窗户的太阳得热系数出现很大差别,并显著影响窗户的热工性能。
我国严寒地区冬季气温低,时间长,采暖度日数较大,但冬季日照时间也相对较长,日照百分率比较高,故在建筑中应充分利用太阳能量,特别是南向窗户的太阳辐射。这对于节约采暖能耗,提高热舒适程度,增进人民健康具有重大意义。
二、窗户的传热形式及太阳得热系数的定义
窗户的得热和失热形式包括:太阳得热、热交换和空气渗透,相对于这些形式各有对应的评价参数,即太阳得热系数SHGC、整窗传热系数UW和空气渗透率L。
太阳得热系数(SHGC)定义为透过窗户进入室内的太阳能量与入射到窗户外表面的太阳能量的比值。透过窗户的太阳能量包括:直接透过窗户进入室内的热量,和各层玻璃吸收太阳能量后,作为一个个独立的小热源,向室内的热量。SHGC的理论值为0到1,,该值越小,相同条件下,窗户的太阳辐射得热就越少。
三、窗户热工参数计算
选取有代表性的9种窗户,[2]专业窗户计算软件分别计算出它们的整窗传热系数U和太阳得热系数SHGC。U值的计算条件:室外气温-18℃,室内温度21℃;;无阳光。SHGC的计算条件:室外气温-32℃,室内温度24℃;;太阳直射783w/m2。玻璃厚度为6毫米.。中空窗结构:6mm玻璃+12mm干燥空气层+6mm玻璃。低辐射镀膜玻璃的膜层位于两层玻璃之间朝外的玻璃上。窗户一律为平开式。计算结果见表1。可以看到,窗户编号从0至8,窗户传热系数U依次降低。
四、严寒地区供暖季窗户能耗计算
哈尔滨、长春、乌鲁木齐、呼和浩特和银川5个城市不仅冬天气温较低,而且冷季时间很长,全年日平均温度≤ 5℃的日数都在140天以上,是典型的供暖为主的城市。
表1 窗户类型及其热工参数
窗户编号
玻璃类型
窗框
U(w/m2k)
SHGC
0
白色单玻
铝合金
1
白色单玻
塑钢
2
白色中空玻璃
铝合金断热
3
白色中空玻璃
塑钢
4
双层白玻璃
木框
5
中空茶色玻璃
塑钢
6
三层白玻璃
塑钢
7
中空低辐射膜,e①=
塑钢
8
中空低辐射膜,e=
塑钢
注①:e表示低辐射镀膜玻璃的远红外发射率。
普通一层民宅,建筑面积93平方米(1000平方英尺),窗户平均分布在东西南北四面墙上,窗户总面积占房间建筑面积的15%。
对于上述房间,在不改变其它设置的情况下,[3]软件分别计算出对应于不同城市气象参数和不同窗户热工参数的供暖季窗户能耗。在每次计算中更改窗户的太阳得热系数、传热系数和逐时的气象参数,而其它参数保持不变。由模拟计算可以得到供暖季各朝向每平方米窗户的窗户能耗。
窗户能耗为正,表示窗户是散热的;窗户能耗为负,表示窗户是得热的。
以白色单玻铝合金窗户(即表1中编号为0的窗户)的能耗为基准,记为H,其它窗户能耗为Hn,定义HR为其他空户相对于基准窗的节能百分比;
HR=[(H-Hn)/H]100%
HR代表了节能效果,HR越大,节能效果越好,节能效果最好的窗户定义为1级(仅限于所选的窗户范围内)。
五、计算结果及分析