摘要：

　　不少同行研究过传热系数的标准后，也会发现U值是不考虑太阳辐射影响的。那么隔热断桥窗如何应用到夏季的白天呢?本文先介绍了评估夏季太阳辐射的指标，然后分析了隔热条从无到有，到宽，对此指标的影响。发现断桥隔热窗框的影响非常显著，不可忽略。

　　关键词：

　　尼龙隔热条，太阳光总透射比，制冷

　　众所周知，尼龙隔热条能够显著降低整窗传热系数(U值)，进而降低建筑能耗。那在以制冷为主要诉求且温差较小的南方炎热区域，是否就无用武之地呢?而我们也注意到同样来自于欧洲的被动房节能建筑(Passivhaus)却已经推广到赤道或者炎热气候区，而且节能效果未打折扣。本文主要通过理论分析浅谈隔热断桥技术在南方炎热区域的应用。

　　一、太阳得热量计算 

　　炎热气候区的建筑能耗以制冷为主，所以更关心通过窗户进入室内的太阳辐射总量Φ，大致由温差引起的热传递量ΦT和太阳光总透射量Φs组成。ΦT由室内外的温差ΔT和门窗的传热系数(Uw值)决定，而尼龙隔热条能显著降低U值，不在此详述。Φs由太阳辐射照度I，入射角，以及遮阳系数SC或太阳光总透射比(SHGC或g值)来决定。为简化分析，参照JGJ/T 151 《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》选择太阳辐射照度为500 W/m²，入射角为0度。

　　SC起初是作为一个单一数值来比较玻璃对太阳得热的控制能力，简单但不够精确。例如， SC表示在标准入射角下透过玻璃与透过3mm透明玻璃的太阳得热的比值，但是3mm玻璃的成分定义以及确切厚度并没厘清。SC只定义了窗户玻璃这部分的太阳得热能力(SCg)，整窗遮阳系数SCw是以玻璃SCg乘以玻框比来计算，也就是忽略了窗框的影响。SC还可以用来表征一定范围太阳方位角下玻璃的太阳得热性能。但是，当太阳入射角较大时，精度上就得不到满足。

　　g值不仅包括玻璃部分gg，又明确给出了窗框部分gf的公式，其计算出的整窗gt无疑更切合实际。此外，从名称来说，SC(shading coefficient)作为遮阳系数，其数值越小，效果越好，是个相反的概念。而g值(solar heat gain coefficient)其值越小，说明从太阳得到的热量越少，比较名副其实，所以目前国内普遍采用g值来进行建筑能耗分析, 国内2015版GB50189

　　根据标准151，窗框gf和Uf值成正比。而窗框Uf值与隔热条宽度正相关。本文以隔热条宽度的变化，来研究整窗gt的变化以及其他影响分析。

　　二、整窗及窗框太阳光总透射比的计算 

　　在151中，明确了太阳光总透射比的详细计算公式，现摘录如下：

　　●整窗太阳光总透射比gt，其计算公式如下：

　　其中，gg和gf分别代表玻璃和窗框的太阳光总透射比。可以看出默认玻璃的中心部分和边部的g值是相同。

　　● 框的窗太阳光总透射比gf为：

　　其中，Uf采用夏季标准环境条件计算，即

　　室内空气温度Tin=25℃  室内对流换热系数hc,in=2.5 W/(m²·K)

　　室外空气温度Tout=30℃  室外对流换热系数hc,out =16W/(m²·K)

　　室内平均辐射温度Trm,in =Tin  室外平均辐射温度Trm,out =Tout

　　太阳辐射照度Is=500 W/m²

　　Hout是由对流hc,out和辐射hr,out两部分组成的，分别为16和3.9 W/(m²·K)。

　　ɑf和型材的表面颜色及处理有关，取为0.7

　　Asurf和Af分别为窗框的外表面面积和投影面积。对于窗户来说，一般其比值不超过1.1。

　　采用LBNL的THERM软件进行计算时，选择了室外侧的窗框表面积作为 U-factor tag(U值标签，用于统计流过此标签的所有热量)，因为热量从室外流入室内时，不止经过窗框，还有通过间隔条等流入玻璃边缘部分。如下图的等温线。

　　三、尼龙隔热条对g值的影响 

　　按上述算法，针对隔热条宽度分别为普铝，14.8mm, 24mm(填充泡沫)的铝合金内开窗在没有外遮阳的情况下，模拟其g值和能耗的表现。为简化变量，假定玻框比为75%，玻璃的太阳光总透射比gg为常见的0.35，玻璃Ug值 1.8 W/(m².K)。

　　通过THERM和WINDOW 6.3的模拟，得到了这一系列窗的U值，shgc图，总得热量的对比图，如下。

　　在按照151标准所模拟的结果中，可以看出：

　　●在任一配置下，窗框的太阳得热量Φsf都在窗框温差得热量ΦTf的3倍以上。而且大部分情况下，甚至大于整窗通过温差的得热量ΦTw.说明在夏季以制冷为主的地区，隔热窗框的主要功能并非降低Uf值，而是降低通过窗框的gf。

　　●通过整窗的温差得热量ΦT占整体得热量ΦT+Φs的10%以下。而且随着隔热条宽度从0开始增加后，其比例持续下降。说明从夏季制冷的角度，应优先考虑降低太阳得热部分。

　　●对于普铝窗来说，其窗框的gf为0.20，占整窗gt的比例达到16%.也就是说通过窗框的太阳得热量不可忽略。

　　●使用14.8隔热条之后，窗框g值下降了39%。整窗g值下降了6%。

　　● 随着隔热条宽度从14.8增加到24mm左右，相比普铝窗，gf值下降比例也从39%进一步降到57%，整窗g值也下降到了9%。说明高隔热性能窗框的使用能够进一步显著降低整窗太阳光透射比。

　　四、总结 

　　本文从夏季制冷的角度研究了隔热条宽度对整窗太阳得热量的影响。通过窗框的太阳得热量大于其温差得热量的三倍，甚至大于整窗的温差得热量，因此评估整窗得热量时，不可忽略窗框部分。普铝窗框的太阳得热量占整体的16%以上，从制冷和降低能耗的角度，应考虑采用断桥窗框。而采用高隔热性能窗框，能进一步降低太阳得热量以及窗框对整体的影响。

　　在后期文章中，我们会针对使用39mm、60mm等隔热条的高隔热性能窗框对降低太阳得热量以及窗框对整体的影响，做进一步的探讨。

　　参考文献：

　　[1]高性能建筑用窗。约翰·卡莫迪等著，刘正权 译

　　[2] JGJ/T 151-2008, 建筑门窗幕墙热工计算规程

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