节能玻璃窗投资成本分析研究

庞雨

摘要：在能源问题十分突出的当今社会，为达到减低建筑能耗的目的，从而产生了节能窗。在关注节能窗的热工性能的同时，人们也同样会考虑投资成本的问题。本文以节能窗的玻璃系统为研究对象，讨论影响其热工性能的相关因素的重要性系数，进一步分析其投资成本的问题。

Abstract： In today's society where energy issues are very prominent， in order to achieve the goal of reducing building energy consumption， energy-saving windows have emerged. While paying attention to the thermal performance of energy-saving windows， people will also consider the issue of investment costs. In this paper， the glass system of energy-saving window is taken as the research object， the importance coefficient of related factors affecting its thermal performance is discussed， and the problem of investment cost is further analyzed.

關键词：建筑能耗；节能窗；投资成本

Key words： building energy-saving；energy-saving window；investment cost

中图分类号：TU201.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）32-0050-03

0 引言

从第三次科技革命以来，能源便成为各个国家科技与经济命脉。这也是1972年第一次能源危机爆发的导火索之一。在此之后能源问题成为了世界性的问题。建筑作为能源消耗的主要产业之一，各个国家开始进行建筑节能工作。

建筑外窗是建筑外围护结构保温性能最薄弱的部位之一，同时也是影响建筑能耗的主要因素之一。本文在分析影响建筑外窗能源消耗的基础之上，进一步研究各个因素性能的提升所带来的投资增量。本文将重点研究建筑外窗玻璃系统的热工性能以及其投资增量问题。

1 节能玻璃窗系统热工性能的影响因素确定

本文主要研究各个因素对节能窗玻璃系统的热功能性能的影响。首先采用因素分析法，也就是大家常说的经验分析法，来确定若干个影响节能窗玻璃系统热工性能的因素。他们分别是玻璃的厚度、Low-E膜种类、充盈气体种类以及中空层厚度。

1.1 玻璃厚度

围护结构的厚度δ（m）和围护结构所采用材料的导热系数λ（W/（m.k））是决定辞围护结构传热系数K（W/（m2·°C））的重要参数。围护结构通常可分为非透明部分和透明部分，而玻璃则是透明部分围护结构的主要构成。因此我们对其厚度于传热系数的影响进行讨论研究。

根据市面上几种常用的玻璃厚度为3-6mm。将不同的玻璃厚度设置在双层中空玻璃中和三层中空玻璃，在其他情况一致的条件下，分别计算出在双层玻璃中玻璃厚度为3mm、4mm、5mm和6mm的情况下玻璃系统的传热系数以及在三层玻璃中玻璃厚度为3mm、4mm、5mm和6mm的情况下玻璃系统的传热系数、太阳得热系数以及可见光透射比。

根据模拟计算结果，在双层玻璃系统中，当玻璃厚度为3mm时，传热系数为2.429W/m2K，当玻璃厚度增加至6mm时，传热系数为2.395W/m2K。在三层玻璃系统中，当玻璃厚度为3mm时，传热系数为1.815W/m2K，当玻璃厚度增加至6mm时传热系数为1.787W/m2K，平均变化率为0.35%；太阳能得热系数在双层玻璃中太阳的的热系数从3mm时的0.643降至0.600，在三层玻璃中从0.582降至0.533，平均变化率为2.6%。可见光透射比平均变化率约为1.7%。

1.2 Low-E膜种类

Low-E镀膜层的种类繁多，不同镀膜层因辐射率不同而导致传热系数不同，根据表1可见，影响Low-E膜保温隔热性能的主要是其长波辐射率。选取了双层玻璃单层膜组合、三层玻璃单层膜组合、三层玻璃双层膜组合分别对于不同辐射率的Low-E玻璃进行模拟，分析玻璃系统传热系数与Low-E膜辐射率之间的关系。

双层玻璃组合选取形式为5Low-E玻璃+12A+5白玻，三层玻璃单层膜选取形式为5白玻+12A+5Low-E玻璃+12A+5白玻，三层玻璃双层膜选取形式为5Low-E玻璃+12A+5Low-E玻璃+12A+5白玻。模拟结果如表1所示。

根据模拟结果可见，相同玻璃组合的情况下，Low-E膜辐射率越低，玻璃组合的传热系数也越低。

1.3 充盈气体种类

目前，在中空玻璃的充气层通常采用的是空气和惰性气体，其中常用的惰性气体有氩气、氪气及氙气。模拟选用5mmLow-E玻璃+12mm气体+5mm白玻+12mm气体+5mm白玻的玻璃类型。

在同种工况下，充入空气、氩气、氪气和氙气时，玻璃组合根据模拟结果可见，空气、氩气、氪气和氙气分别为中空玻璃的充气层时，玻璃组合的传热系数逐渐降低。

1.4 中空层厚度

充入中空层气体相同的情况下，气体层的厚度对玻璃系统的传热系数也有一定的影响。以5Low-E玻璃+气体层+5白玻+气体层+5白玻的组合为模型，分别充入空气、氩气和氪气，逐步增加气体层厚度，测定玻璃系统的传热系数。

如图1结果所示，气体层从5mm开始增长时，U值逐渐降低，当U值达到最小值时，再增加气体层厚度是U值不再减小，反而缓慢增大。其中，当充入气体为空气时，U值达到最小值1.222W/m2K，气体层厚度为14mm；当充入气体为氩气时，U值达到最小值1.028W/m2K，气体层厚度为12mm；当充入气体为氪气时，U值达到最小值0.911W/m2K，气体层厚度为8mm。

2 节能窗的成本分析

通过环比评分法对玻璃厚度、Low-E膜种类、充盈气体种类及气体层厚度进行重要性分析，确定各因素的重要性系数。

2.1 影响因素的重要性分析

前文已经确定所要研究的因素，分别为玻璃厚度、Low-E膜种类、充盈气体种类及气体层厚度，依次设定为E1、E2、E3及E4。

对相邻两因素的重要性进行对比打分，此分值作为暂定的重要性系数。根据前文对相关因素的分析，因此，E1与E2进行对比，E1的重要性是E2的0.2倍，将0.5记入表3第（2）栏相应位置。以同样的方法确定E2、E3暂定重要性系数，E2与E3对比为2.0倍，E3与E4对比为1.5倍。

对暂定重要性系数进行修正。首先将E4的重要性系数定为1.0，作为修正系数记入表3第（3）栏相应位置。根据第（2）栏可知，E3的暂定重要性是E4的1.5倍，故应得E3的修正重要性系数为1.5×1.0=1.5，记入表3第（3）栏相应位置。同理，E2的重要性是E3的2.0倍，故E2的修正重要性系数为2.0×1.5=3.0，记入表3第（3）栏相应位置。同理，E1的修正重要性系数为0.6。再将第（3）栏中所有得分数相加为6.1。

将第（3）栏中各因素得分分别处以第（3）栏的合计分数，从上到下依次为0.098、0.492、0.246、0.164，即为各个因素的重要性因素，记入第（4）栏相应位置。

2.2 投资成本分析

现在市面上使用最广泛的双层中空玻璃通常是由6mm厚的双层玻璃和9mm的空气层组成或者5mm厚的双层玻璃和9mm的空气层。基于上述分析玻璃层的厚度对于中空玻璃系统热工性能的影响非常小，所以玻璃厚度可以选择成本相对较低的5mm厚的玻璃。

Low-E膜对热工性能影响最大。因此可以在原有的中空玻璃系统中增加Low-E膜。而不同种类的Low-E膜對热工性能的影响同样很大。在基于预算成本和地区对围护结构热工性能要求的基础之上，选择辐射率越低的Low-E膜越好。

充盈气体的种类对于热工性能的影响仅次于Low-E膜，目前普遍采用空气作为充盈气体，有上述分析可知，惰性气体可以明显降低中空玻璃系统的传热系数。根据笔者收集到的有限信息，市面上空气的价格氩气的价格大约在10元/L左右，氪气的价格大约是氩气价格的十倍左右，氙气的价格是氪气的十倍以上。氙气是其中效果最好的，但是基于成本和规范对于围护结构传热系数的要求，氩气时最佳的选择。

气体层的厚度对中空玻璃的热工性能也有一定的影响，在确定了充盈气体种类的基础之上，相当于单价以确定，充盈气体厚度对于成本的影响就只是数量上的增加。

3 总结

综上所述，节能玻璃窗，在保证热工性能的前提下，可在Low-E膜的选择上适当增加成本，尽量选择辐射率低的Low-E膜。充盈气体也应增加成本，可选择氩气来替换空气，在功能上氩气要远胜于空气，相对于其他两种惰性气体，成本也较低，充盈气体厚度的成本可配合充盈气体的种类适当增加。而玻璃的厚度可选用常用，甚至减小其厚度以减少玻璃的使用量从而降低成本。

参考文献：

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