贴膜隔热玻璃建筑节能效果模拟分析

楚洪亮，孙诗兵，万成龙

贴膜隔热玻璃建筑节能效果模拟分析

楚洪亮1，孙诗兵2，万成龙3

（1.中国建筑发展有限公司，北京100195；2.北京工业大学，北京100124；3.中国建筑科学研究院，北京100013）

贴隔热膜是既有建筑玻璃结构节能改造的重要方法之一，其节能效果的研究对于既有建筑幕墙门窗节能改造具有重要意义。采用软件对某贴膜隔热玻璃进行建筑节能效果研究，结果表明，在夏热冬冷地区和夏热冬暖地区，与普通中空玻璃窗比较，贴膜隔热中空玻璃窗可有效减少典型建筑的空调耗电量，从而降低整个建筑的能耗。

建筑节能；贴膜隔热玻璃；建筑能耗

0　引言

玻璃幕墙、建筑外窗是建筑外围护结构节能的薄弱环节，成为建筑节能的重要研究对象。玻璃作为建筑幕墙和外窗的的重要组成部分，约占建筑幕墙或外窗总面积的70%以上，是室内热环境的重要影响因素。

目前，节能型建筑玻璃已得到了建筑行业的高度重视。其中，镀膜玻璃（包括低辐射玻璃和阳光控制玻璃）已逐步成为玻璃幕墙、建筑外窗必须选用的产品，在新建建筑中逐渐得到应用和普及。但是，对于绝大多数既有建筑而言，玻璃幕墙或建筑外窗仍然是原来的普通平板玻璃，贴膜节能改造已日益成为既有玻璃幕墙和外窗进行节能改造的重要手段之一。

本文通过对某贴膜隔热玻璃进行典型建筑节能效果模拟，以确定贴膜对建筑节能效果的影响。采用贴膜隔热玻璃300～2500 nm的透射比、前反射比、后反射比作为计算的基础，计算包括3个方面的内容：（1）玻璃光学热工性能计算，研究膜层位置不同时贴膜隔热玻璃与对应的普通玻璃的节能效果；（2）整窗的光学热工性能计算，研究普通玻璃和贴膜隔热玻璃在典型铝合金窗的节能效果；（3）贴膜玻璃窗建筑节能计算，研究普通玻璃和贴膜隔热玻璃的典型窗在我国夏热冬冷地区、夏热冬暖地区典型城市的建筑节能效果。

1　隔热膜性能介绍

分析选用的隔热膜，贴在5 mm厚单层透明玻璃上，按照标准［1-3］要求的方法进行测试，测试结果分别为：可见光透射比0.68，可见光反射比（贴膜面）0.06，紫外线透射比0.02，太阳光直接透射比0.46，太阳光直接反射比（贴膜面）0.06，遮阳系数0.65，表面发射率（贴膜面）0.87。以下所有模拟计算均以此为依据进行。

2　玻璃光学热工性能计算

计算5+12A+5中空玻璃的玻璃光学热工性能，以相同配置的透明玻璃为参照，并考虑膜层位置对光学热工性能的影响。

采用符合JGJ/T 151—2008《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》的软件进行计算，边界条件设置为：（1）冬季条件：室内空气温度Tin=20℃，室外空气温度Tout=-20℃，室内对流换热系数hc，in=3.6W/（m2·K），室外对流换热系数hc，out=16 W/（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=300 W/m2；（2）夏季条件：室内空气温度Tin=25℃，室外空气温度Tout=30℃，室内对流换热系数hc，in=2.5W/（m2·K），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；（3）遮阳系数、太阳光总透射比采用夏季标准条件。

5+12A+5中空玻璃、5（贴膜1#位置）+12A+5、5（贴膜2#位置）+12A+5、5+12A+5（贴膜3#位置）、5+12A+5（贴膜4#位置）中空玻璃光学热工性能计算结果见表1。

表1　5+12A+5中空玻璃光学热工性能计算结果

从表1可以看出：

（1）与5+12A+5普通中空玻璃比较，5（贴膜1#位置）+12A+5、5（贴膜2#位置）+12A+5、5+12A+5（贴膜3#位置）、5+12A+5（贴膜4#位置）中空玻璃可见光透射比均降低24.9%，太阳能总透射比分别降低36.2%、36.2%、15.2%、14.8%，紫外线透射比均降低96.0%，冬季传热系数无明显变化，遮阳系数分别降低36.3%、36.2%、15.1%、14.7%。

（2）贴膜玻璃膜层位置不同时节能效果不同，传热系数与膜层位置关系为：1#＜4#＜3#＜2#，各项数值差异较小；遮阳系数SC与膜层位置关系可排列为：1#＜2#＜3#＜4#，且1#和2#之间无明显差异，3#和4#之间无明显差异，1#和2#位置优于3#和4#位置较多。在做整窗和典型建筑节能计算时，采用1#位置和4#位置进行模拟，1#位置节能性能（传热系数和遮阳系数）最优；4#位置为室内侧，是既有建筑节能改造最常见的贴膜改造位置。

3　整窗光学热工性能计算

计算56系列内平开隔热铝合金窗的光学热工性能，采用符合JGJ/T 151—2008的软件进行。采用某品牌56系列内平开隔热铝合金窗，窗尺寸为1450 mm（长）×1450 mm（宽），分格及尺寸见图1。

分别采用5+12A+5、5（贴膜1#位置）+12A+5、5+12A+5（贴膜4#位置）中空玻璃的56系列内平开隔热铝合金窗热工性能计算结果见表2。

图1　计算用外窗模型分格及尺寸

表2　56系列内平开隔热铝合金窗光学热工性能计算结果

从表2可以看出，与5+12A+5普通中空玻璃比较，采用5（贴膜1#位置）+12A+5中空玻璃时铝合金窗传热系数、可见光透射比、遮阳系数分别降低0、24.8%、36.0%；采用5+12A+5（贴膜4#位置）中空玻璃时铝合金窗传热系数、可见光透射比、遮阳系数分别降低0.3%、24.8%、15.3%。

4　贴膜玻璃窗建筑节能计算

贴膜玻璃窗建筑节能计算拟采用分属于不同气候区的2个典型城市（上海、广州），每个典型城市选取的外窗均采用56系列内平开隔热铝合金窗，玻璃采用5+12A+5中空玻璃、5（贴膜2#位置）+12A+5中空玻璃和5+12A+5（贴膜4#位置）中空玻璃。贴膜玻璃窗各参数采用“整窗光学热工性能计算”中的计算结果。

拟采用典型的居住建筑作为模型，见图2。建筑朝向：南；建筑结构类型：砌体结构；体形系数：0.35；建筑面积：1531.18 m2；建筑体积：4287.30 m3；建筑表面积：1486.23 m2；建筑层数：6；建筑物高度：16.80 m。

图2　典型建筑模型示意

选取2个典型城市：上海位于北纬31.00°、东经121.00°，属于夏热冬冷地区（Ⅲ区）；广州位于北纬23.06°、东经113.15°，属于夏热冬暖地区（南区）。

依据国家和地方相应节能设计标准，采用建筑建筑节能设计与分析软件进行计算。考虑到计算目的是为了比较贴膜隔热玻璃和普通玻璃的节能效果，与围护结构其它构件的热工参数关系不大，为了简化计算，其它构件的热工参数统一设定，见表3。

表3　围护结构热工参数设定

4.1上海市

上海市典型建筑的能耗以年耗电量为指标，年总耗电量包括采暖耗电量和空调耗电量2部分［4-5］。计算结果见表4。

表4　上海市典型建筑的年耗电量计算结果kW·h/m2

从表4可以看出，在设定的参数下，上海市典型建筑的总耗电量随着遮阳系数的降低而减少，采暖耗电量因各类型传热系数相近而无明显变化，空调耗电量随遮阳系数降低而减少。

与普通中空玻璃铝合金窗相比，贴膜中空玻璃铝合金窗膜层位于2#位置时，总耗电量和空调耗电量可分别降低8.8%和19.0%；贴膜中空玻璃铝合金窗膜层位于4#位置时，总耗电量和空调耗电量可分别降低4.1%和8.6%。

4.2广州市

广州市属于夏热冬暖地区（南区），仅考虑夏季空调能耗，以空调耗电量为指标［6-7］。计算得到，广州市典型建筑空调耗电量：5+12A+5中空玻璃为30.19 kW·h/m2，5（贴膜2#位置）+ 12A+5中空玻璃为25.44 kW·h/m2，5+12A+5（贴膜4#位置）中空玻璃为28.04 kW·h/m2。可以看出，在设定的参数下，广州市典型建筑的空调耗电量随着遮阳系数降低而减少。与普通中空玻璃铝合金窗相比，贴膜中空玻璃铝合金窗膜层位于2#、4#位置时，总耗电量可分别降低15.7%和7.1%。

5　结论

（1）传热系数与膜层位置关系为：1#＜4#＜3#＜2#，各项数值差异较小，即膜层位置对传热系数无明显影响；遮阳系数SC与膜层位置关系可排列为：1#＜2#＜3#＜4#，且1#和2#之间无明显差异，3#和4#之间无明显差异，1#和2#位置优于3#和4#位置较多，膜层位于外片玻璃时遮阳系数比内片玻璃低较多。

（2）在夏热冬冷地区（典型城市取上海市），与普通中空玻璃窗比较，贴膜隔热中空玻璃窗可减少整个典型建筑的空调耗电量达19.0%。

（3）在夏热冬暖地区（典型城市取广州市），与普通中空玻璃窗比较，贴膜隔热中空玻璃窗可减少整个典型建筑的空调耗电量达15.7%。

（4）最优贴膜膜层位置为第1面，即中空玻璃外片的外侧，但室外侧贴膜寿命较短；室内侧（即第4面）贴膜虽为最常见的既有玻璃构造节能改造方法，确实能有效降低建筑的空调能耗，但贴膜的节能效果并未得到充分体现。

总之，贴隔热膜可有效降低我国夏热冬冷地区、夏热冬暖地区既有建筑普通中空玻璃的能耗，使用时应考虑适当的膜层位置及施工方法，以达到最优的节能效果。

［1］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［S］.

［2］ISO 9050：2003（E），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、紫外线透射比和玻璃相关参数的测定［S］.

［3］ASTMC 1371-04a，用便携式辐射计确定室温下材料辐射率的标准试验方法［S］.

［4］DGJ 08-205—2011，居住建筑节能设计标准［S］.

［5］DG/TJ 08-206—2002，住宅建筑围护结构节能应用技术规程［S］.

［6］DBJ 15-50—2006，夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准［S］.

［7］JGJ 75—2003，夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准［S］.

Simulation on the building energy-saving effect of the filmed insulating glass

CHU Hongliang1，SUN Shibing2，WAN Chenglong3
（1.China State Construction Development Co.Ltd.，Beijing 100195，China；2.Beijing University of Technology，Beijing 100124，China；3.China Academy of Building Research，Beijing 100013，China）

Using the insulating film is an important method for energy saving renovation of existing buildings glass structure and the analysis on the building energy-saving effect of which is of great significance for the construction curtain wall windows and doors energy-saving reform.The energy saving effect of the building with the filmed insulating glass is studied through analysis software.The results show that the air condition power consumption of the building with the filmed insulating glass is a lot less than that of the building with common hollow glass both in HSCW area and HSWW area.And then the whole building energy consumption is reduced.

building energy saving，filmed insulating glass，building energy consumption

TU111.4+8

A

1001-702X（2015）12-0024-03

北京市科技计划课题（Z141100006014054）

2015-06-24；

2015-08-03

楚洪亮，女，1983年生，黑龙江绥化人，硕士，主要从事建筑节能及绿色建筑等方面的研究。