夏季门窗的太阳辐射热

夏季门窗的太阳辐射热

0评论员的越界对建筑热舒适的内在我国南方的夏季，窗户对太阳辐射的吸收是影响室内热环境和空调能耗的主要因素。在北方寒冷的冬天，减少对太阳辐射的覆盖，并通过窗户进入房间。它也是改善内室内热舒适、减少供暖能耗的主要措施。因此,窗户的遮阳系数成为建筑设计和节能研究中不可缺少的参数,同时也是评价窗户热工性能的重要指标。建筑遮阳有多种形式,建筑外遮阳包括建筑构件遮阳、绿化遮阳、窗遮阳等;建筑内遮阳包括各种窗帘,如百叶帘、席帘、布帘等;此外还有玻璃自身的遮阳(Low-e玻璃、镀膜玻璃等)。建筑遮阳还可以根据遮阳板形式进行分类:水平遮阳、竖直遮阳、综合式遮阳、挡板式遮阳。选择何种形式的遮阳需根据地区气候特点、太阳高度角、纬度、遮阳日期、遮阳时间及朝向综合考虑。1遮阳板外挑系数scw遮阳系数是判断窗户(包括窗玻璃、遮阳装置)遮阳效果的一个参数,由于遮阳系统本身非常复杂,并且遮阳系数是随着太阳位置的改变而改变的,没有一个固定值,因此所谓与节能有关的遮阳系数是一个等效值。运用于建筑节能计算的遮阳系数主要包括窗玻璃的遮阳系数、窗本身(包括框材、玻璃)的遮阳系数及外窗综合遮阳系数等。1.1玻璃遮阳系数Se(遮蔽系数)窗玻璃的遮阳系数是表征窗玻璃在无其他遮阳措施情况下对太阳辐射透射得热的减弱程度。依据GB/T2680—94《建筑玻璃可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关窗玻璃参数的测定》,遮阳系数定义为:在法向入射条件下,通过透光系统的太阳能总透射比与相同条件下相同面积的标准玻璃(3mm厚透明玻璃)的太阳能总透射比的比值。各种窗玻璃构件对太阳辐射热的遮阳系数用下式计算:式中g为试样的太阳能总透射比,%;τs为3mm厚普通透明平板玻璃的太阳能总透射比,取88.9%。通过窗户进入室内的热量可以分为两部分:一部分是由室内外温差造成的温差传热,另外一部分是由太阳辐射造成的热量传递。太阳辐射得热量又可分为两部分:一部分太阳辐射直接透过玻璃进入室内全部成为房间得热量,另外一部分被玻璃吸收后通过辐射和对流方式传入室内。太阳能总透射比为通过玻璃进入室内的太阳辐射得热量与投射到玻璃上的太阳辐射量的比值,用下式计算:式中τ为试样的太阳能直接透射比,%;qi为试样向室内侧的二次热传递系数,%。由于太阳辐射得热量与阳光入射角有关,因此,对于不同入射角,遮阳系数并不相同。为了便于比较,取法向入射条件下通过透光系统的太阳能总透射比进行计算,因此对指定的玻璃,遮阳系数为定值。1.2窗户遮阳系数Sc定义:在给定条件下,太阳辐射透过外窗所形成的室内得热量与相同条件下相同面积的标准窗玻璃(3mm厚透明玻璃)所形成的太阳辐射得热量之比。普通窗本身的遮阳系数可近似地取窗玻璃的遮阳系数乘以窗玻璃面积除以整窗面积。整樘窗的太阳能总透射比计算公式:式中gt为整樘窗的太阳能总透射比;gg为窗玻璃(或其他镶嵌板)区域太阳能总透射比;Ag为窗玻璃(或其他镶嵌板)面积,m2;gf为窗框太阳能总透射比;Af为窗框面积,m2;At为窗面积,m2。JGJ/T151—2008《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》规定标准的3mm厚透明玻璃的太阳能总透射比为0.87。整樘窗的遮阳系数按下式计算:1.3幕墙遮阳系数Scw单幅幕墙的太阳能总透射比gw应按下式计算:式中gp为非透明面板的太阳能总透射比;Ap为非透明面板的面积,m2;A为幕墙的面积,m2。单幅幕墙的遮阳系数Scw应按下式计算:1.4窗口的建筑外遮阳系数Sd建筑外遮阳系数是考虑固定外遮阳设施对进入室内太阳辐射得热影响的平均折减系数,与当地地理位置、窗的方位等因素有关,定义为:有建筑外遮阳时窗口外表面接受到的太阳辐射照度与在相同条件下没有建筑外遮阳时窗口外表面接受到的太阳辐射照度的比值。建筑外遮阳系数计算需要先求出遮阳板外挑系数。对水平遮阳,遮阳板外挑系数是指玻璃窗面到遮阳板顶端的垂直距离与遮阳板顶端到窗口下端的垂直距离之比;对竖直遮阳,遮阳板外挑系数是指玻璃窗面到遮阳板顶端的垂直距离与两端遮阳板距离之比,见图1,图中OPF为水平遮阳遮阳板外挑系数,SPF为竖直遮阳遮阳板外挑系数。对各种遮阳板外挑系数的计算数据进行回归分析可以得出:采用二元线性回归方程,相关系数都较高(R2>0.988)。对水平遮阳对竖直遮阳式(7),(8)中a,b,c,d为回归系数。因此,外遮阳系数的研究关键是得到回归方程的系数。GB50189—2005《公共建筑节能设计标准》中的附录A给出了建筑外遮阳系数的计算方法。1.5外窗的综合遮阳系数Sw外窗的综合遮阳系数是考虑窗本身和窗口的建筑外遮阳装置综合遮阳效果的一个系数,其值为窗户的遮阳系数Sc与窗口的建筑外遮阳系数Sd的乘积。1.6平均综合遮阳系数建筑某个朝向外窗的平均综合遮阳系数为该朝向各个外窗的综合遮阳系数按各自窗面积的加权平均值,即式中Ai为第i个窗的面积;Sw,i为第i个窗的综合遮阳系数。1.7遮阳产品综合遮阳系数JGJ/T281—2010《建筑遮阳产品隔热性能试验方法》提出遮阳产品综合遮阳系数Scsg,定义为在规定的测试工况下,测试的遮阳产品和3mm厚透明平板玻璃的组合得热量与基准得热量的比值,用以反映遮阳产品阻隔辐射得热和温差传热的能力。此外,EN14501:2005Blindsandshutters—thermalandvisualcomfort—performancecharacteristicsandclassification给出遮阳装置影响室内热环境有3个参数,包括太阳能总透射比、遮阳引起的向室内二次热传递系数、太阳直射辐射透过比等。2计算方法测试2.1检测光谱反射比的程序在以上7种类型的遮阳系数中,玻璃遮阳系数是基本参数,试验采用分光光度计,波长范围包括:紫外区280~380nm,可见区380~780nm,太阳光区350~1800nm,远红外区4.5~25μm。测定光谱反射比时,配有镜面反射装置。照明和探测的几何条件:光谱透射比和反射比测定中,照明光束的光轴与试样表面法线的夹角不超过10°,照明光束中任一光线与光轴的夹角不超过5°。单片玻璃的太阳光直接透射比τs应按下式计算:式中τ(λ)为玻璃透射比的光谱;λ为波长;S(λ)为标准太阳光谱。单片玻璃的太阳光直接反射比ρs应按下式计算:式中ρ(λ)为玻璃反射比的光谱。单片玻璃的太阳光总透射比g按下式计算:式中αs为单片玻璃的太阳光直接吸收比,αs=1-τs-ρs;hin为玻璃内表面传热系数,W/(m2·K);hout为玻璃外表面传热系数,W/(m2·K)。单片玻璃的遮阳系数Se按下式计算:2.2热室空气温度测试JGJ/T281—2010《建筑遮阳产品隔热性能试验方法》提出采用人工光源试验方法测试遮阳产品综合遮阳系数。试验装置主要由冷室、热室、防护室、光源和控温系统五部分组成,如图2所示。冷室空气温度设定为(26±0.5)℃,安装3mm厚透明玻璃,热室空气温度设定为(35.0±1.0)℃。光源采用长弧氙灯(无遮阳时到达热室侧3mm厚标准透明平板玻璃表面的辐射照度不低于800W/m2),放置于热室内,开启光源,测试冷室、热室与防护室内的环境参数,计算基准得热量。然后安装遮阳试件,再测冷室、热室与防护室内环境参数,计算组合得热量。遮阳产品在测试工况下的综合遮阳系数按下式计算:其中式(16),(17)中q1为单位时间进入无遮阳产品的测试冷室的净热量,W;F为窗洞面积,m2;q2为单位时间进入有遮阳产品的测试冷室的净热量,W。遮阳产品的隔热性能还可以采用自然光源测试方法测试。2.3太阳辐射传感器测量所测所测测试系统如图3所示。由于采用计算机控制技术,整个检测过程全部自动进行,由环境温度传感器(含防辐射装置)测量室外空气温度和恒温计量箱内环境温度,太阳辐射传感器测量天空总辐射及窗系统接收到的总垂直太阳辐射照度。采用自动跟踪直接辐射传感器测量玻璃对阳光入设角为0°的太阳直接辐射的透过比和吸收比。温度传感器测量计量箱内表面及窗玻璃的温度,热流传感器测量计量箱内外表面及窗玻璃的热流量,风速风向传感器测量室外环境的风速风向,电量传感器测量恒温计量箱内控温系统的用电量,由遮阳系数测试系统主机对各路传感器信号进行采集、计算、存储、显示。3分析与应用3.1产品自身约束神经原素通过以上分析可以看到,遮阳系数有两大类,一类为评价玻璃、窗及遮阳产品自身遮阳性能的遮阳系数,其太阳辐射均为法向透过;另一类为评价遮阳效果的遮阳系数,如外遮阳系数等,其太阳辐射考虑的是太阳实际运行规律。各种遮阳系数的使用与比较见表1。3.23玻璃遮蔽性的测定在计算遮阳系数时,JGJ/T151—2008《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》规定标准的3mm厚透明玻璃的太阳能总透射比为0.87,与GB/T2680—94《建筑玻璃可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关窗玻璃参数的测定》中有关遮蔽系数的规定“3mm透明玻璃的太阳能总透射比为0.889”有所不同。JGJ/T151—2008选用0.87主要是为了与国际标准接轨,使得我国的玻璃遮阳系数与国际上惯用的遮阳系数一致,不至于在工程中引起混淆。按照标准使用优先原则,目前3mm厚透明玻璃的太阳能总透射比应采用JGJ/T151—2008标准规定的0.87。3.3发展趋势:最低的玻璃辐射率对于不能测定远红外数据的建筑玻璃可见光透射比测试系统,在测定半球辐射率时笼统地采用0.83或GB/T2680—94中给出的几个理论值,而目前常用的Low-e玻璃,半球辐射率一般为0.05~0.25,在GB/T2680—94中无法找到对应的理论值。对于玻璃吸收太阳辐射升温向室内的传热必须用远红外光谱仪测试的光谱曲线才能得到准确的计算结果,所以用不具备测定远红外数据的分光光度计测试玻璃遮阳系数是不符合标准要求的。3.4建筑外窗形式的确定工程中一般提供的是玻璃遮阳系数检测报告,而节能标准给出的设计要求为建筑外窗的综合遮阳系数。如前文所述,要对遮阳系数是否满足节能设计要求进行判定,需要知道建筑外窗形式,通过简易计算或程序计算得到外窗的遮阳系数,还要提供建筑外遮阳装置形式,以便计算建筑外遮阳系数,将建筑外遮阳系数乘以外窗的遮阳系数得到建筑外窗的综合遮阳系数,才能对设计是否符合节能要求进行判定。3.5阳辐射直接透射+吸收太阳能c国际上普遍使用太阳辐射得热因子(SHGC)评价玻璃遮阳性能,SHGC为太阳辐射直接透射及吸收后传向室内的辐射得热与表面接收到的太阳辐射热之比,与我国的太阳能总透射比含义相同。我国目前还习惯使用遮阳系数Sc。在太阳光垂直入射条件下,遮阳系数Sc为SHGC与3mm厚普通玻璃的SHGC之比。3.6试验条件JGJ/T151—2008《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》规定遮阳系数的计算应采用夏季标准计算条件:室内空气温度25℃,室外空气温度30℃,太阳辐射照度500W/m2。与ISO15099《Windowsanddoors—thermaltransmissionproperties—det