从图 2.1 中可以看出,中空玻璃的传热系数随着玻璃厚度的增加而降低,但变化较小,基本为直线关系。按照《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》(151-2008)中对玻璃传热系数的计算方法,分别计算白玻玻璃组成的 3mm+12mm+3mm 普通中空玻璃(两片白玻玻璃厚度为 3mm,空气间隔层厚度为 12mm)和 10mm+12mm+10mm 普通中空玻璃(两片白玻玻璃厚度为 10mm,空气间隔层厚度为 12mm)的传热系数。计算得,玻璃厚度都为 3mm 时,传热系数为 2.745 W/(m·h);玻璃厚度都为 10mm 时,传热系数为 2.64 W/(m·h)。通过比较,传热系数值降低了 3.8%左右,变化不大。
从图 2.2 中可以看出,影响中空玻璃 SHGC 的主要因素是膜层的类型,玻璃厚度的影响相对较小。对于两片白玻组成的中空玻璃,单片玻璃厚度由 3mm 增加到 10mm,SHGC 值降低了 16%;由绿玻(选用典型参数)+白玻组成中空时,则降低了 37%左右,是前者的一倍多。
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图 2.1 中空玻璃 K 值与厚度的关系 图 2.2 中空玻璃 SHGC 值与厚度的关系
(2)间隔气体类型
一般,中空玻璃的热导率要比单片玻璃低一半左右,主要是气体间隔层的阻热作用。中空玻璃间隔层内充入气体类型一般为空气,以及氪气、氩气等惰性气体。由于这些气体的传热系数都很低(氩气为 0.016 W/(m·h)、空气为 0.024W/(m·h)),不易导热,因此在充入间隔层后,能有效阻隔热量的传递。对白玻 6mm+12mm+6mm 中空玻璃的传热系数进行计算,当气体间隔层内分别充入空气、90%氩气、100%氩气、100%氪气时,其传热系数分别为 2.7 W/(m·h)、2.55 W/(m·h)、2.53 W/(m·h)、2.47W/(m·h)。一般,玻璃的传热系数越低,其阻热能力越强,节能效果越好。可见,充入氪气的节能效果最好、氩气次之,空气最差。但由于氩气在空气中的含量丰富,提取比较容易,使用成本低,因此应用较为广泛。
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(3)间隔层的厚度
由前面的内容知道,中空玻璃的的热阻性能好,是因为充入了传热系数比玻璃较低的气体。因此,在玻璃材质以及密封构造都相同的情况下,中空玻璃的整体的传热系数是随着气体厚度的变化变化的(在其他条件都相同时,气体层厚度越大,充入的低传热系数的气体的量就越大)。
图 2.3 气体间隔层厚度对 K 值的影响
从图 2.11 中可以看出,中空玻璃的的传热系数随着间隔层厚度的增加而减小。间隔层厚度在增加到 12mm 前,传热系数增长明显;12mm 后,变化较小。对于 12mm 后,传热系数变化小的原因是:气体间隔层层厚度增大到约 12mm 后,由于玻璃之间存在温差,使得气体产生对流现象,从而降低了厚度增加的作用。因此,对于中空玻璃气体间隔层度,选择 12mm 时,效果相对明显。
另外,中空玻璃还可以采用钢化玻璃、夹层玻璃等安全玻璃为原片加工,可以达到保温节能与安全使用玻璃相结合,其效果更好。 (4)真空玻璃
真空玻璃的结构如图 2.4 所示,是将两片玻璃的四周密封,中间抽成“真空”(基本上可以说已无气体),真空层的厚度为 0.1~0.2mm,其中用排列规则的微小支撑物来承受大气压力以保持间隔。由于真空玻璃消除了气体对流和导热产生的传热,若再配之以高性能低辐射膜,很容易将传热系数减小到 1 以下。
图 2.4 真空玻璃的基本结构
一般,真空玻璃的保温性能要比的中空玻璃好 2~3 倍,隔声性能也优于中空玻璃,因此,在建筑节能中具有良好的效果。例如,北京东直门“天恒大厦”,共用组合真空玻璃幕墙和门窗近 1 万平方米,虽然投资巨大,但据专家估算, 这些高额投入可在 2~3年内收回。每年节约电费上百万元,节约标准煤上千吨,还减少了上千吨 CO2等有害气体的排放。
三、门窗遮阳技术
炎热的夏季,太阳辐射透过窗户直接进入室内的热量是造成室内过热或严重增加空调制冷负荷的主要原因。因此为建筑物的窗户设置一些遮挡物,阻挡阳光直射是夏季隔热最有效的措施,遮挡物反射和吸收了大部分的太阳热能,避免太阳辐射热直接进入室内空间,有利于防止室内温度升高和波动,从而达到节能目的。
遮阳的形式大体上可分为选择性透光和遮挡式二种,所谓选择性透光遮阳是利用某些特殊镶嵌材料对阳光具有选择性吸收、反射(折射)和透射的特性来达到控制太阳辐射的一种遮阳方式,所谓遮挡式遮阳就是指直接阻挡阳光进入室内的遮阳方式。一般而言,门窗的遮阳措施有主要有三种,分别是外遮阳、内遮阳以及镀膜材料遮阳。 3.1 外遮阳
在我国,外遮阳应该是外门窗节能设计的首选。因为在我国夏季,天气比较炎热,外遮阳很好的避免了过强的阳光射进室内,同时有效降低强烈阳光对室内家具、温度等等不利影响。使用外遮阳往往不只是使用者个人的事情,它还影响到建筑的立面效果,遮阳的设计也是建筑立面设计的重要部分。经常可以看到,夏季炎热地区一些未经过遮阳设计公寓住宅,许多住家各自拉起了帆布篷,或安装遮阳板,或是在窗口阳台种植爬藤植物,形形色色的遮阳设施使建筑立面杂乱无章,严重影响了建筑本身的整体设计及建筑的美观性。而有些不当的遮阳措施既达不到有效的隔热效果,还给居住生活带来不便。遮阳措施设计需要建筑师在 建筑设计时充分考虑,做到综合处理。
外遮阳设施一般可以分为水平式、垂直式、综合式和挡板式等四种。(1)水平式遮阳能
够遮挡从窗口上方射来的阳光,所以它适用于南向和接近此朝向的窗口,也适用于北回归线以南的低纬度地区的北向和接近北向的窗口遮阳;(2)垂直式遮阳能够遮挡从窗口两侧斜射来的阳光,适用于北回归线以南的低纬度地区的北向和接近北向的窗口遮阳;(3)综合式遮阳是水平式同垂直式组合起来的形式,所以能遮挡从窗口上方和左、右两侧射来的阳光,适用于南向、东南向、西南向和接近此朝向的窗口遮阳,同时也适用于北回归线以南的低纬度地区的北向及接近此朝向的窗口遮阳;挡板式遮阳能够遮挡平射到窗口来的阳光,适用于东向、西向和接近这两个朝向的窗口遮阳。 3.2 内遮阳
内遮阳因其安装、使用和维护保养都十分方便而应用普遍。无论是自己挑选加工的布帘还是由生产商提供的遮阳成品,如百叶帘、卷帘、垂直帘、风琴帘等等,用户可选择的式样很多。节能窗帘一般是由纱、布、绒类材料和热反射织物制成,张挂 1 层或 2 层,内层一般为热反射织物,可以是透光的或挡光的,这些材料的花纹和颜色还起着美化室内环境的作用。而浅色的窗帘比深色的遮阳效果好些,因为浅色反射的热量更多,吸收的少。 但是,内遮阳的隔热效果不如外遮阳。阳光的辐射热量虽在一定程度上得到了遮挡,但其相当一部分的热量还是会滞留在室内,使房间升高的温度相比采用外遮阳房间的要大。热反射织物(节能)窗帘是利用纺织物的多孔绝热特点和金属的优良反光特性结合起来制成的复合材料做成的窗帘,可以对窗户起到良好的保温隔热作用,对受热的最高温有所延迟和衰减。 当然,室内窗帘在实用功能上不仅仅是出于遮阳的考虑,还有私密性的需要,即遮挡外来视线,对于住宅尤其如此。而且窗帘还是美化室内空间与环境的重要手段之一,因此在居住建筑中室外遮阳不可能完全替代室内窗帘。两者配合使用最为理想。另外,紧密的织物窗帘如安装得当,能使得窗帘与窗户之间形成静止的空气层,有助于冬季夜晚室内的保温。 3.2 薄膜材料遮阳
上文已提到薄膜材料可直接装贴于成窗玻璃片上,起到隔热作用,薄膜可以用在建筑门窗上来改变远红外线与可见光的数量和减少紫外线的透射。利用玻璃贴膜进行遮阳不涉及建筑外形的遮阳方式。对某些建筑而言,无须为遮阳作额外的立面处理是薄膜材料遮阳的优势。薄膜遮阳处理所受外界影响少,是今后值得推广的一种遮阳方法。