三銀Low-E玻璃工程案例實際能耗分析

徐兵 徐長青

（1. 中國南玻集團股份有限公司 蘇州 215200；2. 中國南玻集團股份有限公司 深圳 518067）

0 引 言

玻璃作為幕墻的主要圍護材料之一，直接決定了建筑節能性能。據統計，建筑物中通過門窗散失的熱量約占整個建筑采暖或制冷能耗的50%，而通過玻璃流失的熱量就占整個窗戶的80%左右。建筑玻璃越來越大量的使用，使得玻璃節能成為了建筑節能的最難點。因此，不斷提高建筑玻璃的熱工性能至關重要。

建筑玻璃熱工性用K值和Sc兩個指標衡量，K值即保溫性能，主要由玻璃結構決定；Sc即隔熱能力，主要由玻璃材料表面性能（是否有Low-E膜、是何種Low-E膜）決定。經過多年升級換代，Low-E膜性能已有很大提升，Sc已不能準確衡量玻璃節能性能，更甚至在一定程度上限制了建筑節能玻璃的選用，造成了制冷/采暖成本的浪費。本文以實際項目案例，就玻璃“透熱量”與建筑節能展開討論，通過數據對比，闡述在建筑節能設計中用gIR取代Sc的合理性和必要性。

1 關于遮陽系數Sc的定義及節能設計說明

遮陽系數Sc是在給定條件下，玻璃、門窗或玻璃幕墻的太陽光總透射比，與相同條件下相同面積的標準玻璃（3 mm厚透明玻璃）的太陽光總透射比的比值。

根據JGJ/T 151—2008《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規程》中對遮陽系數Sc的定義可知， 遮陽系數包涵了全部太陽光能量，即2%的紫外光、47%的可見光和51%的近紅外光，如圖1所示。

圖1 中空玻璃可見光反射比示意圖

事實上，太陽光能量即太陽輻射能，但不同于太陽輻射熱能。太陽光能中的熱能絕大多數是波長大于780 nm的紅外輻射熱能。380 nm波長內紫外線不直接產生熱量，380～780 nm波長的可見光能只有極少量能夠轉變為人體可感知的“熱能”，相關研究給出的可見光能量轉化為熱能的比例約5%，最多不超過10%，也就是說多達47%的可見光能基本不產生熱能，不需要制冷消耗，而遮陽系數Sc包含了太多“非熱量”。

對于整個建筑，透過玻璃窗進入的太陽輻射得熱形成的逐時冷負荷（CLC）按式（1）計算：

式中：CLC——透過玻璃窗進入的太陽輻射形成的逐時冷負荷，W；

CcIC——透過無遮陽標準太陽輻射冷負荷系數；

Cz——外窗綜合遮陽系數，CZ＝CwCnCs；

Cw——外遮陽修正系數；

Cn——內遮陽修正系數；

Cs——玻璃修正系數；

DJmax——夏季日射得熱因數最大值；

Fc——窗玻璃凈面積，m2。

式（1）外窗綜合遮陽系數（Cz），即GB 50189—2015《公共建筑節能設計標準》外窗綜合遮陽系數（SD）。在此公式定義下，只要降低遮陽系數，即可阻隔室外太陽輻射能進入室內，減少空調用電消耗。同時表明，只要其他節能參數（可見光透射比、K值、遮陽系數Sc）相同，同一建筑選擇用不同類型的Low-E節能玻璃，應該具有完全相同的節能性能。

很明顯，“太陽光總透射比”或者“太陽能總透射比”不同于“太陽紅外熱能總透射比”，基于“遮陽系數”進行的建筑節能設計，與建成建筑的實際能耗狀況相差甚遠。

在JC/T 2304—2015《建筑用保溫隔熱玻璃技術條件》全新定義了gIR，采用780～2500 nm波長的太陽紅外熱能總透射比——即gIR，比遮陽系數Sc或者太陽能總透射比SHGC能夠更合理、更科學、更準確地衡量Low-E玻璃隔絕太陽輻射熱能的能力，有利于正確引導建筑節能設計和建筑節能產品的開發。

表1是四種不同類型鍍膜產品，同為6＋12A＋6標準結構中空玻璃的太陽光譜透過曲線，外觀顏色接近，可見光透射比接近，但遮陽系數差異巨大，gIR值也不盡相同。

表1 光學性能近似的不同鍍膜產品性能

圖2為中空玻璃太陽光譜透過曲線。

圖2 中空玻璃太陽光譜透過曲線

從圖2可以看出，相同可見光透射比下，三銀的遮陽系數Sc最小，太陽紅外光總透射比gIR更小，只允許極少量的太陽熱量透過，真正的將太陽光過濾成“冷光源”，進而降低夏季室內空調制冷費用。

根據GB 50189—2015《公共建筑節能設計標準》簡化而來的玻璃能耗模擬計算表，依照上述四種產品，設定相同的氣候條件（表2），對同一建筑模型分別以Sc和gIR計算建筑能耗，進一步對建筑能耗進行計算，計算結果見表3、表4。

表2 建筑能耗氣候條件

表4 玻璃能耗模擬計算（g IR衡 量）

因為熱反射膜的光、熱選擇性差（選擇系數r＜1），擋光不隔熱，無論以遮陽系數Sc還是太陽紅外熱能總透射比gIR來計算，同一建筑的電耗總量都接近（10%左右的電耗差異主要來自Sc與gIR的數值差異），而單銀/雙銀/三銀Low-E因為越來越高的光、熱選擇能力，能夠明顯降低建筑能耗。

同樣因為Low-E膜透光但阻隔太陽紅外熱能，相對于熱反射產品，可以大幅降低建筑能耗。并且無論是以Sc還是gIR來衡量，三銀Low-E都具有最好的節能性能，其建筑能耗最低。

2 相同遮陽系數，不同Low-E間的隔熱能力差異在實際工程上的電耗的體現

長沙與上海、蘇州、武漢等地均屬夏熱冬冷地區，冬季冷，夏季炎熱，建筑節能設計遵循相同的標準要求，即遮陽系數Sc、保溫系數K值要求相同。選取玻璃結構、顏色外觀、可見光透射比等接近的產品，以長沙中機國際大廈項目建模，對比雙銀、三銀Low-E節能（特別是夏季隔熱能力）的差異。中機國際大廈實際玻璃配置及參照配置參數見表5。

表5 中機國際大廈實際玻璃配置及參照配置參數

從表5中可以看出，遮陽系數Sc接近（偏差不到10%），而太陽紅外熱能總透射比gIR相差50%。由此可以推斷，以遮陽系數Sc來核定，雙銀比三銀Low-E的建筑能耗高10%左右，而若以太陽紅外熱能總透射比gIR來核定，雙銀將比三銀Low-E的建筑能耗高50%左右。

中機國際項目為中國南玻集團在湖南地區的第一個批量三銀Low-E項目，地處湖南省長沙市韶山中路18號，由中機國際工程設計研究院有限公司設計，于2016年竣工。整個項目由A、B兩棟百米塔樓組成，塔樓中間由裙樓連接，超白三銀Low-E中空玻璃用量3.5萬m2，其中A棟超白三銀Low-E中空玻璃用量8259 m2，逐月跟蹤記錄了A棟辦公區域用電量及變電器負載，據此對全年電耗負荷進行分析。中機國際大廈A棟辦公區域空調電耗模擬計算見表6。

表6 中機國際大廈A棟辦公區域空調電耗模擬計算

對比不同參數（Sc或gIR）下的電耗總量，若以遮陽系數Sc來核定，雙銀比三銀Low-E的建筑能耗高10%左右，而若以太陽紅外熱能總透射比gIR來核定，雙銀將比三銀Low-E的建筑能耗高近30%，三銀Low-E能夠降低空調電耗確定無疑。

從電耗總量對比來看，用gIR替代Sc后，無論用何種Low-E(雙銀或者三銀)，總電耗都將有50%以上的降幅。

中機國際大廈A棟辦公區域用電情況見表7。

表7 中機國際大廈A棟辦公區域用電情況

由表7可以看出，平均空調能耗占比50.4%，最熱的八月超過了66%，制冷負荷是建筑的主要能耗。而依照現行規范設計的變壓器平均負載37.4%，最高的八月也僅60%，即使用三銀Low-E狀態下，現行建筑節能設計使用遮陽系數Sc來衡量建筑能耗水平，與實際狀況偏差較大；而使用太陽熱能總透射比gIR核算來的建筑能耗，更接近實際能耗。

遮陽系數Sc與太陽熱能總透射比gIR都是玻璃隔熱性能的表征值，直接決定了夏季空調制冷負荷。因此，依據GB 50736—2012《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》，查附錄H，單獨對制冷負荷進一步分析，見表8。

表8 空調制冷負荷峰值比較分析——雙/三銀Low-E玻璃的差異

僅考慮空調制冷負荷時，使用太陽熱能總透射比gIR核算的建筑能耗不到遮陽系數Sc核算的建筑能耗的50%/40%（雙銀/三銀），這與實際變壓器負載情況（項目使用三銀Low-E，變壓器平均負載率不到40%，峰值不超過60%）仍然一致。

采用三銀Low-E，可以降低27%（（184-134）/184=27%）空調制冷能耗，這與前述“若以太陽紅外熱能總透射比gIR來核定，雙銀將比三銀Low-E的建筑能耗高近30%”也一致。

3 結語

通過以上分析，可以得出：

（1）計算數據與實際電耗記錄對比，用太陽熱能總透射比gIR來核定建筑能耗，更符合實際能耗狀況；

（2）夏熱冬冷區域，相對于雙銀Low-E，三銀Low-E空調能耗可以降低30%左右；

（3）夏熱冬冷區域，使用三銀Low-E中空玻璃，變壓器負載設計量可降低40%以上，進而降低包括變壓器、空調裝機總量等電器成本投入。