内遮阳系数问题

1、玻璃的遮阳系数与建筑节能【导读】全社会建筑节能意识的不断提高,建筑节能政策和标准得到了坚定不移地实施。这些都促使建筑界对玻璃提出了更全面、更严格的节能特性指标要求,也随之诞生了各式各样的新型节能玻璃。 在现代建筑中,越来越多地开始使用玻璃幕墙铝。从居住建筑中流行的大面积落地窗到商用建筑中具有强烈视觉效果的全玻璃外壳,玻璃在外墙上所占的比例越来越大。同时全社会建筑节能意识的不断提高,建筑节能政策和标准得到了坚定不移地实施。这些都促使建筑界对玻璃提出了更全面、更严格的节能特性指标要求,也随之诞生了各式各样的新型节能玻璃。 在玻璃的节能特性指标中,最主要的是遮阳系数和传热系数这两项性能参数。早期的建

2、筑节能设计标准中,公规定了玻璃的传热系数,在随后的修订过程中,增加了对遮阳系数的简单限定。最近几年,新制定的标准中都增加了玻璃遮阳系数的详细限制指标。在建筑玻璃指标,因此无论是生产企业还是建筑设计人员都必须全面准确地理解遮阳系数的内容和应用知识。 玻璃遮阳系数的定义 建筑上使用三种类型的遮阳系数:玻璃(单片、中空等)的遮阳系数、包含框材在内的门窗遮阳系数、包括外遮阳装置或百叶影响的综合遮阳系数。其中玻璃的遮阳系数是基础,本文以此为主要内容进行分析和介绍。 1.遮阳系数所检测的是太阳辐射的全光谱能量。包括300nm2500nm波段的紫外光、可见光和近红外光,这些光射进入室内后都能间生热量。遮阳系

3、数越小,进入室内的太阳光越少,能够产生的热量越小。遮阳系数低并不直接意味着可见光透过率也仰低,因为在保持可见光透过率不变时,降低近红外透过率也可以降低遮阳系数。 2.遮阳系数不公包括太阳光直接穿透玻璃进入室内的部分,还包括玻璃二次热传递的能量。玻璃本体会吸收一部分太阳光的能量,自身温度升高,此时玻璃会通过辐射和对流的方式向室内进行第二次热传递。例如某种类型的茶玻太阳光直接透射比为50%,而它的太阳能总透射比为63%,多出来的13%能就是茶玻吸收热量后向室内二次传递的部分,越是着色深易吸收热量的玻璃,二次传递的热量越多。 3.遮阳系数公是一个与3nm透明玻璃的比例值,不等于样品玻璃的太阳光总透射

4、比。例如当玻璃的遮阳系数为0.5时,不能认为此块玻璃能让50%的太阳辐射热量进入室内,应理解为此玻璃能透过的太阳热量是标准3nm白玻透过热量的50%。当玻璃的遮阳系数为1时,表示此样品的太阳光总航向比等于标准3nm白玻的太阳光总航向比。遮阳系数为0时,表示样品既不能直接透过太阳光,又不能吸收后二次传递太阳光能量。 4.遮阳系数控制的热量与传热系数控制的热量不是同一种热量。后者是指由温度差引起的热量传递(但存盘U值了太阳辐射的影响),前者主要针对的是太阳辐射。 遮阳系数的检测与计算 最常使用的检测玻璃遮阳系数的方法是通过实验室测量光谱数据进行计算得出。我国目前依据的标准是GB/T268,标准是I

5、SO15099和ISO9050。这种方法也是最准确的,但很难测量门窗遮阳系数和综合遮阳系数,还是要通过计算得出。现在已经出现了式的利用自然太阳光进行户外或现场测试的大型装,能直接测量门窗和综合遮阳系数,但必须在晴天使用,测试周期长。 在使用GB/T2680标准确定玻璃遮阳系数时,必须注意几个问题: 1.作为基准使用的3nm透明玻璃太阳能总航向比取值为0.889,而国际上一般采用0.87。这意味着同样一块玻璃国外提供的数据会和国内不一样,例如一块太阳能总航向比为0.82的玻璃,按国外标准计算遮阳系数为0.94,按国内标准计算为0.92。因此在精确使用遮阳系数数据时,要清楚采用的是哪一个标准。 2

6、.此标准中需要测量的光谱范围是从350nm1800nm,而国际上采用的是300nm2500nm,后者是公认的太阳标准范围。造成此差别的原因是早期国内的分光光度计覆盖波长范围窄,而使用这两种波长范围计算出的遮阳系数会有轻微的差异。 3.GB/T260中使用的表述词语是遮蔽系数,缩写为Se,而不是遮阳系数,缩写为SC。二者在实际使用时简单看作是相同的,现在人们更习惯使用遮阳系数一词。如果特别标出是“遮蔽系数”时,应仅限于使用GB/T2680中的标准玻璃基数0.889和350nm1800nm光谱范围得出的数值。 玻璃遮阳系数对建筑节能的影响 现在建筑界越来越深刻地认识到了玻璃遮阳系数的重要性,也进行

7、了大量的实验研究来分析对建筑节能的影响。在建筑节能上确定合适的遮阳系数时,需要考虑的影响因素比确定传热系数时考虑的因素要复杂。在北方严寒地区,冬季漫长,环境气温低,人们希望有更多的太阳辐射热量照射进入室内,提高室内的温度,降低对采暖能耗的需求,此时就需要高遮阳系数的玻璃。在南方炎热地区,日照强度大,人们希望太阳辐射尽可能少地进入到室内,热量进入的少自然就会降低空调摧负荷,因此低遮阳系数的颜色玻璃和镀膜玻璃就可以很好地发挥节能作用。在中部地区,如果窗玻璃的面积很大,就应该像炎热地区一样先用小的遮阳系数,反之应考虑较大的遮阳系数。 在建筑上还要根据窗玻璃的朝向、是否有其他的遮阳措施、各方向的窗墙面

8、积比等因素来综合考虑确定适合的玻璃遮阳系数。实际中必经对建筑物复杂的能耗计算,并结合节能设计标准才能最终选出科学的玻璃遮阳系数限制值。同时,也要考虑可见光透过率的限制要求,因为玻璃的遮阳系数降低时,大部分玻璃的可见光透过率也会相应降低,室内光强过弱会增大照明能耗,不利于于整体节能。隔热窗户节能有讲究科学布设使生活更健康房屋建筑需要窗，住在屋里的人也喜欢窗。因为窗使我们获得开阔的视野、阳光和新鲜空气。窗的科学布设能使人们的生活更健康舒适，也使建筑和城市更丰富多彩。 但是，窗作为房屋建筑中透明和可以开口的围护结构，是冬季保温和夏季隔热最薄弱的部分。当我们开启空调实施采暖或降温时，从普通单层玻璃窗损

9、失的能量高达建筑物能耗的一半，其隔声量也只有厚重外墙的一半。在全面推进建筑节能的今天，做好窗户的保温隔热是优化室内热环境、实现节能的重中之重。 选择双层中空玻璃 在住宅的外窗中，玻璃面积占70%80%。因此，玻璃的选用在外窗节能中占重要位置。 过去常用的普通单层玻璃热阻很小，而且对远红外热辐射几乎完全吸收，传热系数高达约6.4，是砖墙的3至4倍。由双层玻璃组成的中空玻璃，除多一层玻璃外，还有中间空气层的阻隔，传热系数可降低至3.2左右，也就是说，其保温隔热能力可比单层玻璃提高一倍。因此，本市在2003年8月已规定，在新建节能建筑中禁止使用普通单层玻璃外门窗，推广双层中空玻璃窗。 若要进一步改善

10、玻璃的保温隔热性能，还可选用镀膜玻璃。目前，镀膜玻璃有热反射玻璃和低辐射玻璃两大系列。热反射玻璃隔热好，但保温作用不大，较适合夏热冬暖的华南地区。低辐射（LowE）玻璃，在大大降低传热的同时，能有良好的透光性，对夏热冬冷的上海地区，节能效果好。 普通双层中空玻璃的价格比普通单层玻璃高出约100元/平方米，而低辐射镀膜中空玻璃比普通双层中空玻璃再贵约100元/平方米。 外窗遮阳，方便有效 提高外窗特别是东、西外窗的遮阳能力，是提高窗户隔热性能的重要措施。因为夏季太阳辐射热直接从窗户大量进入房间，会迅速提高室内温度，使空调负荷剧增。 可以通过建筑措施，实现窗户的固定外遮阳，如阳台就是一种常见的固定

11、外遮阳方式。也可对东、西外窗设置活动外遮阳，如安装铝制或木制百叶窗等。当然，在室内挂上浅色布窗帘也是一种方便有效的方法。 另外，给玻璃贴膜也可有效地减少太阳辐射热、提高外窗遮阳能力。优质的玻璃贴膜在夏天能阻隔约80%的太阳能量，冬天能有助于保持屋内热量不散发，提高室内舒适度。不过，玻璃贴膜的成本也较高，依其性能，每平方米玻璃面积需100元至200余元不等。 普通铝合金窗框不利于节能 目前可选用于窗户框扇的材料主要有铝合金、PVC塑料（内衬钢材）、断热型铝合金和玻璃钢等。 铝合金窗框以其强度高、装饰性强等特点而受到不少人的欢迎，占市场份额的70%以上。但是，普通铝合金窗框传热系数很大，隔热性能差

12、，迫切需要对其进行节能改进。 断热型铝合金采用非金属材料对铝合金型材进行断热，有效地提高了铝合金窗框的保温隔热性能。喜欢铝合金材料的人们，可选择新型节能的断热型铝合金窗框。 塑钢窗框是目前传热系数最小的窗框材料，保温隔热和气密性好。但过去的塑钢型材色彩单一、窗框窗扇面积较大。现在，色彩丰富、耐老化性能优良的彩色塑钢型材已经面市。 目前市场上，塑钢窗框和普通铝合金窗框的价格相差很小，从节能角度考虑，应选用塑钢窗框。 窗越大，越要做好节能 合理控制窗墙面积比也是建筑节能的一项措施，即在满足采光的要求下，外窗面积不宜过大，以减少冬季室内热量和夏季冷量的损失。 然而，人们都希望自己的住宅更通透更明亮，

13、故近几年窗户越开越大，不少住宅南窗的面积已达到立面面积的一半以上。在此情况下，提高窗户的保温隔热性能就更是刻不容缓。建筑节能设计标准已对不同窗墙面积比的外窗的传热系数做了严格的规定。窗户的面积越大，对窗户的节能要求就越高。 窗越大，越需要做好节能，这样才能既获得开阔的视野、充足的阳光，又享受舒适健康经济的生活。 怎样识别玻璃的节能性能？ 玻璃的节能性能主要看表征温差传热的传热系数K和太阳直接辐射部分的遮阳系数SC。因为玻璃的传热就是由对流传导传热（包括远红外热辐射被玻璃吸收后透过玻璃的传热）和太阳辐射直接透过传热两部分组成。 在相同的室内外温差条件下，K值越小则通过对流传导的热能越少，节能效果

14、越好。SC遮阳系数是通过玻璃的太阳辐射热与通过3mm厚无遮阳透明玻璃的太阳辐射热之比值。因而SC越小，透过的太阳能就越少，玻璃对阳光的遮蔽效果越好。建筑外窗遮阳系数的确定1 引言在夏季，通过窗户进入室内的空调负荷主要来自太阳辐射，主要能耗也来自太阳辐射。降低外窗的负荷和能耗必须采取有效的遮阳措施，采用减少空气渗透或者降低传热系数等手段的作用很有限。所以，在空调建筑的负荷和建筑节能计算中，遮阳的计算是很重要的。建筑遮阳比较复杂，包括了建筑外遮阳、窗遮阳设施、玻璃遮阳、建筑内遮阳等。这些遮阳措施都可以有很好的效果，均可以满足遮阳的需要。建筑的外遮阳是非常有效的遮阳措施。它可以是永久性的建筑遮阳构造

15、，如遮阳板、遮阳挡板、屋檐等；也可以是可拆卸的，如百叶、活动挡板、花格等。这些遮阳构造在传统建筑中使用是很普遍的。降低玻璃的遮蔽系数也是非常有效的措施。随着玻璃镀膜技术的发展，玻璃已经可以对入射的太阳光进行选择，将可见光引入室内，而将增加负荷和能耗的红外线反射出去。玻璃系统遮阳已经成为现代建筑遮阳最主要的手段之一。内遮阳和窗户遮阳设施也被广泛采用，有时在建筑造型的限制下，内遮阳和遮阳设施的设置还是必须采取的唯一选择措施。以上这些遮阳设施的应用无疑会降低太阳辐射的得热量，但减少多少，怎样评价这些遮阳措施的效果却还没有明确的标准。在夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准中规定外窗（包括阳台门透明部分）面

16、积不应过大，外窗宜设置活动外遮阳；旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准规定主体建筑标准层窗墙面积比不宜大于0.45，非严寒地区外窗玻璃遮阳系数应小于0.60，或采取外遮阳措施；民用建筑热工设计规范规定空调建筑的向阳面，特别是东、西向窗户，应采取热反射玻璃、反射阳光涂膜、各种固定式和活动式遮阳等有效的遮阳措施；采暖通风与空气调节设计规范规定空调房间应尽量减少外窗的面积，并应采取遮阳措施。但以上标准均未提出遮阳系数的相关定义和计算方法。所以，如何确定遮阳系数，尤其是许多措施的综合遮阳系数，的确是一个值得研究的问题，也是一个必须尽快解决的问题。2 遮阳系数的定义2.1 与负荷有关的遮阳系数空调负荷

17、计算和空调节能计算不同：负荷计算时是计算太阳得热的峰值，而节能计算时是计算整个夏季的太阳得热能耗。在进行负荷计算时，根据采暖通风与空气调节设计规范给出的计算条件计算，由太阳高度角、方位角及直射、散射强度计算可以计算出遮阳系数。节能计算时则要采用标准气象年进行全年的计算，与节能有关的遮阳系数只是一个等效值。在空调负荷计算时，透过窗的热流计算：建筑外遮阳系数简化计算公式表遮阳形式朝向外遮阳系数计算公式水平遮阳东、南SDch=0.35(A/B)2-0.65（A/B）+1注：当计算出A/B1时，取A/B=1。西、北SDch =0.20(A/B)2-0.40（A/B）+1垂直遮阳东SDcv=0.25(A

18、/B)2-0.60（A/B）+1南SDcv =0.40(A/B)2-0.75（A/B）+1西、北SDcv =0.30(A/B)2-0.60（A/B）+1综合遮阳各朝向SD综=水平遮阳板遮阳系数垂直遮阳板遮阳系数= SDchSDcv 挡板遮阳计算公式SD =1-(1-)(1-*)挡板轮廓透光比南=1-C/H+0.5(AC)/(HL)注：玻璃幕墙的挡板遮阳可近似取=0。东、西=1-C/H+0.135(AC)/(HL)北=1-C/H+0.5(AC)/(HL)*挡板构造透射比挡板材料*值混凝土、金属类实挡板0.1厚帆布、玻璃钢类挡板0.4深色玻璃、有机玻璃、卡布隆类挡板0.6浅色玻璃、有机玻璃、卡布隆

19、类挡板0.8金属或其他非透明材料制作的花格、百叶类0.15外窗综合遮阳系数（SW）SW =SCSD=外窗本身的遮阳系数SC窗口的建筑外遮阳系数SDSe为窗玻璃的遮蔽系数，A玻为窗玻璃的面积，窗为窗洞口面积，计算时铝合金窗取，塑钢窗取。常用外窗的遮阳系数SC参照附表8，或核查企业的产品资料。注：表中的A、B、C、H、L分别为各种遮阳形式的几何参数，详附图A和附图B。附表82 夏热冬暖地区公共建筑外遮阳系数计算公式遮阳形式朝 向 外遮阳系数计算公式水平遮阳东SDH=0.35(A/B)2-0.73（A/B）+1东 南SDH=0.42(A/B)2-0.75（A/B）+1南SDH=0.41(A/B)2-

20、0.72（A/B）+1西 南 SDH=0.36(A/B)2-0.67（A/B）+1西 SDH=0.36(A/B)2-0.72（A/B）+1西 北SDH=0.36(A/B)2-0.69（A/B）+1北SDH=0.32(A/B)2-0.61（A/B）+1东 北 SDH=0.43(A/B)2-0.78（A/B）+1垂直遮阳东SDV=0.34(A/B)2-0.68（A/B）+1东 南SDV=0.42(A/B)2-0.81（A/B）+1南SDV=0.41(A/B)2-0.72（A/B）+1西 南 SDV=0.41(A/B)2-0.82（A/B）+1西 SDV=0.36(A/B)2-0.72（A/B）+1

21、西 北SDV=0.40(A/B)2-0.81（A/B）+1北SDV=0.32(A/B)2-0.61（A/B）+1东 北SDV=0.43(A/B)2-0.83（A/B）+1综合遮阳各朝向SD综合SDHSDV (水平遮阳系数垂直遮阳系数)档板遮阳各朝向SD1（1）（1）式中，挡板轮廓透光比档板透光面积/窗洞面积， 按不同朝向查下表A；对幕墙，取0。 挡板构造透射比，查下表B表A 挡板轮廓透光比的计算公式朝 向挡板轮廓透光比的计算公式南 向1C/H0.5AC/HL东 西 向1C/H0.135AC/HL北 向1C/H0.5AC/HL注：1、 表中的A、C、H、L分别为挡板挑出长度、挡板高度、窗高度、窗

22、宽度，附图B。 2、 对幕墙，因挡板与玻璃的间距很小，故挡板的轮廓透光比可近似取为0，附图C。表B 挡板构造透射比挡 板 材 料值混凝土、金属类实挡板0.1厚帆布、玻璃钢类挡板0.4深色玻璃、有机玻璃、卡布隆类挡板0.6浅色玻璃、有机玻璃、卡布隆类挡板0.8金属或其他非透明材料制作的花格、百叶类0.15表C 典型形式的建筑外遮阳系数SD遮 阳 形 式SD可完全遮挡直射阳光的固定百叶、固定挡板 、遮阳板0.5可基本遮挡直射阳光的固定百叶、固定挡板 、遮阳板0.7较密的花格0.7非透明活动百叶或卷帘0.6A遮阳板外挑长度；B遮阳板根部到窗对边距离附图A 水平遮阳板和垂直遮阳板外挑参数A、B示意A挡

23、板距外墙的距离；C挡板的高度；H外窗的高度；L外窗的宽度附图B 挡板遮阳参数A、C、H、L示意附图C 玻璃幕墙遮阳计算简图2.2 与节能有关的遮阳系数空调的节能计算与采暖不同，由于它是采用动态方法，因而只能通过动态的计算软件进行分析计算。遮阳系数是随着太阳位置的改变而改变的，每个时刻都是不同的，没有一个固定值。所谓与节能有关的遮阳系数是一个等效值（或当量值），不是在某一时刻所存在的数值。与节能有关的遮阳系数只能根据节能计算来反算出一个固定的当量值。3 玻璃的遮蔽系数3.1 单片玻璃的遮蔽系数计算根据测得的直接透射比光谱曲线，可计算出玻璃的太阳光直接透射比：其中：e-为试样的太阳光直接透射比，%

24、；()-试样的光谱透射比，%；S-太阳光辐射相对光谱分布；-波长间隔，此处为10nm。根据测得的直接反射比光谱曲线，可计算出玻璃的太阳光直接反射比：其中：e-试样的太阳光直接反射比，%；()-试样的光谱反射比，%；S-太阳光辐射相对光谱分布；-波长间隔，此处为10nm。玻璃的太阳光直接吸收比根据玻璃的太阳光直接反射比和太阳光直接透射比按下式计算：e +e +e = 1太阳能总透射比用下式计算：g =e +qi 式中：e-试样的太阳能总透射比，%；qi -试样向室内侧二次热传递系数，%；对于单片玻璃，e为试样的太阳光直接透射比，其qi用下式计算：式中：e-半球辐射率，普通透明玻璃取0.083；h

25、i-试样内侧表面的传热系数；he-试样外侧表面的传热系数，23W/m2.K。玻璃对太阳辐射热的遮蔽系数（遮阳系数）用下式计算：式中：Se-试样的遮蔽系数；s-3mm厚的普通透明玻璃的太阳能总透射比，理论值为88.9%。3.2 中空玻璃系统的遮蔽系数采用单片吸热玻璃或热反射玻璃、Low-E玻璃（在线）、遮阳型Low-E玻璃（在线）的遮阳节能效果是有限的。这主要是由于单纯的反射阳光会使得可见光的反射率太高，而且会降低可见光透射比；而吸收太阳光也会降低可见光透射比，而且遮阳的效果也很有限。采用这些玻璃组成的中空玻璃则比较好。中空玻璃外片玻璃采用吸热、热反射、遮阳Low-E玻璃，内片采用透明、Low-

26、E玻璃等。外片玻璃反射和吸收绝大部分的太阳辐射热，空气层将外片玻璃吸收的热阻挡在外面而不对室内产生传热。原理见右图。在南方，中空玻璃的采用不仅可以减少太阳辐射，也能有效阻止温差传热。但首先是为了减少太阳辐射。但在北方寒冷地区，中空玻璃一般是尽量减少对太阳短波辐射的阻挡，而使得大量的太阳辐射进入室内。中空玻璃传热系数小，可有效阻止温差传热。中空玻璃的遮蔽系数的计算可以采用标准国家标准GB/T 2680-94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提供的详细的计算方法。但由于很多玻璃并没有提供光谱数据库，在这种情况下也可以采用文献1提供的简化计算

27、方法来计算。采用文献1的方法，计算的几种中空玻璃系统的遮阳系数见下表。几种中空玻璃的遮阳系数和传热系数玻璃品种 可见光太阳辐射 遮阳系数 传热系数 透射率 反射率 直接透射 直接反射 6透明+9空气+6透明 0.78 0.14 0.63 0.11 0.78 3.186灰色吸热+9空气+6透明 0.38 0.07 0.35 0.07 0.51 3.186绿色吸热+9空气+6透明 0.66 0.12 0.38 0.07 0.54 3.186 SB55022C+9空气+6透明 0.22 0.36 0.17 0.36 0.26 2.866 SB55013C+9空气+6透明 0.12 0.49 0.09

28、 0.49 0.17 2.786透明Low-E+9空气+6透明 0.74 0.11 0.47 0.20 0.63 1.836遮阳Low-E+9空气+6透明 0.44 0.06 0.28 0.10 0.41 1.83从上表可见，透明的中空玻璃对遮阳不起什么作用；吸热的中空玻璃有较好的遮阳作用；热反射玻璃遮阳作用最好，但可见光透过率低；一般的透明Low-E中空玻璃遮阳作用有限；遮阳型Low-E中空玻璃遮阳效果较好；阳光控制型的Low-E中空玻璃有很好的遮阳效果，又有很好的可见光透过率4 窗的遮阳系数4.1 窗自身遮阳系数的定义在空调负荷计算时，遮阳系数的定义建议如下：式中：SW-窗的综合遮阳系数；Se-窗玻璃的遮蔽系数；Sf-窗框（包括内百叶等）的遮阳系数。窗框（包括窗内百叶等）的遮阳系数。窗框的遮阳系数可以用下式表示：考虑到窗框一般不透明，透过窗框的太阳辐射热不多，而且窗框所占面积小，令Se.f为零：这一遮阳系数会随着太阳的位置变化而变化。对负荷计算而言，太阳的位置可以由计算得到；但对于节能而言，太阳的位置是不定的，因而窗框的遮阳系数只能近似计算。当进行节能计算时，为了简化，可以近似地直接将正面入射时的透光面积比作为窗框的遮阳系数，显然这样存在误差，但偏于保守，是行之有效的办法。其它窗内遮阳设施的遮阳系数可以分为透光部分和不透光部分。对于透光部分的遮阳系数为玻璃的遮阳系数；