1、建筑外窗遮陽系數的確定(轉載）大家好好學學吧建筑外窗遮陽系數的確定楊仕超 石民祥廣東省建筑科學研究院1 引言 在夏季，通過窗戶進入室內的空調負荷主要來自太陽輻射，主要能耗也來自太陽輻射。降低外窗的負荷和能耗必須采取有效的遮陽措施，采用減少空氣滲透或者降低傳熱系數等手段的作用很有限。所以，在空調建筑的負荷和建筑節能計算中，遮陽的計算是很重要的。 建筑遮陽比較復雜，包括了建筑外遮陽、窗遮陽設施、玻璃遮陽、建筑內遮陽等。這些遮陽措施都可以有很好的效果，均可以滿足遮陽的需要。建筑的外遮陽是非常有效的遮陽措施。它可以是永久性的建筑遮陽構造，如遮陽板、遮陽擋板、屋檐等；也可以是可拆卸的，如百葉、活動擋板、
2、花格等。這些遮陽構造在傳統建筑中使用是很普遍的。 降低玻璃的遮蔽系數也是非常有效的措施。隨著玻璃鍍膜技術的發展，玻璃已經可以對入射的太陽光進行選擇，將可見光引入室內，而將增加負荷和能耗的紅外線反射出去。玻璃系統遮陽已經成為現代建筑遮陽最主要的手段之一。 內遮陽和窗戶遮陽設施也被廣泛采用，有時在建筑造型的限制下，內遮陽和遮陽設施的設置還是必須采取的唯一選擇措施。 以上這些遮陽設施的應用無疑會降低太陽輻射的得熱量，但減少多少，怎樣評價這些遮陽措施的效果卻還沒有明確的標準。 在夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準中規定外窗（包括陽臺門透明部分）面積不應過大，外窗宜設置活動外遮陽；旅游旅館建筑熱工與空氣調
3、節節能設計標準規定主體建筑標準層窗墻面積比不宜大于0.45，非嚴寒地區外窗玻璃遮陽系數應小于0.60，或采取外遮陽措施；民用建筑熱工設計規范規定空調建筑的向陽面，特別是東、西向窗戶，應采取熱反射玻璃、反射陽光涂膜、各種固定式和活動式遮陽等有效的遮陽措施；采暖通風與空氣調節設計規范規定空調房間應盡量減少外窗的面積，并應采取遮陽措施。但以上標準均未提出遮陽系數的相關定義和計算方法。 所以，如何確定遮陽系數，尤其是許多措施的綜合遮陽系數，的確是一個值得研究的問題，也是一個必須盡快解決的問題。2 遮陽系數的定義2.1 與負荷有關的遮陽系數 空調負荷計算和空調節能計算不同：負荷計算時是計算太陽得熱的峰值
4、，而節能計算時是計算整個夏季的太陽得熱能耗。 在進行負荷計算時，根據采暖通風與空氣調節設計規范給出的計算條件計算，由太陽高度角、方位角及直射、散射強度計算可以計算出遮陽系數。 節能計算時則要采用標準氣象年進行全年的計算，與節能有關的遮陽系數只是一個等效值。 在空調負荷計算時，透過窗的熱流計算可以用下式表示：式中：Se -窗玻璃的遮蔽系數；Sf -窗框的遮陽系數；Cw -窗的外遮陽系數；Cn -窗的內遮陽系數；DF -日射得熱因素。這樣，在空調負荷計算時，遮陽系數的定義建議如下：式中：SZ.F-窗與負荷有關的總（綜合）遮陽系數。2.2 與節能有關的遮陽系數 空調的節能計算與采暖不同，由于它是采用
5、動態方法，因而只能通過動態的計算軟件進行分析計算。遮陽系數是隨著太陽位置的改變而改變的，每個時刻都是不同的，沒有一個固定值。所謂與節能有關的遮陽系數是一個等效值（或當量值），不是在某一時刻所存在的數值。與節能有關的遮陽系數只能根據節能計算來反算出一個固定的當量值。在節能計算時，窗的綜合遮陽系數的定義建議如下：式中：SZ.E-窗的綜合遮陽系數；Se-窗玻璃的遮蔽系數；Sf -窗框的遮陽系數；Mw-窗的外遮陽系數；Mn-窗的內遮陽系數。一般按慣例，不將內遮陽作為參與節能計算的措施，主要是因為政府在審批時不易控制。3 玻璃的遮蔽系數3.1 單片玻璃的遮蔽系數計算根據測得的直接透射比光譜曲線，可計算出
6、玻璃的太陽光直接透射比：其中：e-為試樣的太陽光直接透射比，%； ()-試樣的光譜透射比，%； S-太陽光輻射相對光譜分布； -波長間隔，此處為10nm。根據測得的直接反射比光譜曲線，可計算出玻璃的太陽光直接反射比：其中：e-試樣的太陽光直接反射比，%； ()-試樣的光譜反射比，%； S-太陽光輻射相對光譜分布； -波長間隔，此處為10nm。玻璃的太陽光直接吸收比根據玻璃的太陽光直接反射比和太陽光直接透射比按下式計算：e +e +e = 1太陽能總透射比用下式計算：g=e +qi 式中：e-試樣的太陽能總透射比，%；qi -試樣向室內側二次熱傳遞系數，%；對于單片玻璃，e為試樣的太陽光直接透射
7、比，其qi用下式計算：式中：e-半球輻射率，普通透明玻璃取0.083； hi-試樣內側表面的傳熱系數； he-試樣外側表面的傳熱系數，23W/m2.K。玻璃對太陽輻射熱的遮蔽系數（遮陽系數）用下式計算：式中：Se-試樣的遮蔽系數；s-3mm厚的普通透明玻璃的太陽能總透射比，理論值為88.9%。3.2 中空玻璃系統的遮蔽系數 采用單片吸熱玻璃或熱反射玻璃、Low-E玻璃（在線）、遮陽型Low-E玻璃（在線）的遮陽節能效果是有限的。這主要是由于單純的反射陽光會使得可見光的反射率太高，而且會降低可見光透射比；而吸收太陽光也會降低可見光透射比，而且遮陽的效果也很有限。 采用這些玻璃組成的中空玻璃則比較
8、好。中空玻璃外片玻璃采用吸熱、熱反射、遮陽Low-E玻璃，內片采用透明、Low-E玻璃等。外片玻璃反射和吸收絕大部分的太陽輻射熱，空氣層將外片玻璃吸收的熱阻擋在外面而不對室內產生傳熱。原理見右圖。在南方，中空玻璃的采用不僅可以減少太陽輻射，也能有效阻止溫差傳熱。但首先是為了減少太陽輻射。 但在北方寒冷地區，中空玻璃一般是盡量減少對太陽短波輻射的阻擋，而使得大量的太陽輻射進入室內。中空玻璃傳熱系數小，可有效阻止溫差傳熱。中空玻璃的遮蔽系數的計算可以采用標準國家標準GB/T 2680-94建筑玻璃 可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比及有關窗玻璃參數的測定提供的詳細的計算方
9、法。但由于很多玻璃并沒有提供光譜數據庫，在這種情況下也可以采用文獻1提供的簡化計算方法來計算。 采用文獻1的方法，計算的幾種中空玻璃系統的遮陽系數見下表。幾種中空玻璃的遮陽系數和傳熱系數玻璃品種 可見光 太陽輻射 遮陽系數 傳熱系數透射率 反射率 直接透射 直接反射6透明+9空氣+6透明 0.78 0.14 0.63 0.11 0.78 3.186灰色吸熱+9空氣+6透明 0.38 0.07 0.35 0.07 0.51 3.186綠色吸熱+9空氣+6透明 0.66 0.12 0.38 0.07 0.54 3.186SB55022C+9空氣+6透明 0.22 0.36 0.17 0.36 0.
10、26 2.866SB55013C+9空氣+6透明 0.12 0.49 0.09 0.49 0.17 2.786透明Low-E+9空氣+6透明 0.74 0.11 0.47 0.20 0.63 1.836遮陽Low-E+9空氣+6透明 0.44 0.06 0.28 0.10 0.41 1.83 從上表可見，透明的中空玻璃對遮陽不起什么作用；吸熱的中空玻璃有較好的遮陽作用；熱反射玻璃遮陽作用最好，但可見光透過率低；一般的透明Low-E中空玻璃遮陽作用有限；遮陽型Low-E中空玻璃遮陽效果較好；陽光控制型的Low-E中空玻璃有很好的遮陽效果，又有很好的可見光透過率。4 窗的遮陽系數4.1 窗自身遮陽
11、系數的定義在空調負荷計算時，遮陽系數的定義建議如下：式中：SW-窗的綜合遮陽系數；Se-窗玻璃的遮蔽系數；Sf-窗框（包括內百葉等）的遮陽系數。窗框（包括窗內百葉等）的遮陽系數。窗框的遮陽系數可以用下式表示： 考慮到窗框一般不透明，透過窗框的太陽輻射熱不多，而且窗框所占面積小，令Se.f為零： 這一遮陽系數會隨著太陽的位置變化而變化。對負荷計算而言，太陽的位置可以由計算得到；但對于節能而言，太陽的位置是不定的，因而窗框的遮陽系數只能近似計算。當進行節能計算時，為了簡化，可以近似地直接將正面入射時的透光面積比作為窗框的遮陽系數，顯然這樣存在誤差，但偏于保守，是行之有效的辦法。其它窗內遮陽設施的遮
12、陽系數可以分為透光部分和不透光部分。對于透光部分的遮陽系數為玻璃的遮陽系數；不透光部分應先計算太陽輻射的吸收比，再采用熱平衡方程計算吸收后熱量向室內的二次傳遞。窗的自身遮陽較為復雜，計算方法應視情況采用相應的模型計算。5 外遮陽系數5.1 百葉、花格、擋扳的遮陽系數 對于百葉、花格、擋扳這類的遮陽設施，遮陽系數是與太陽入射角（高度角和方位角）有關的。 當窗僅有外百葉、花格或檔板時，考慮到百葉、花格不一定透明，其遮陽系數可以寫為：式中：-遮陽裝置的輪廓透光比；*-遮陽裝置構造透光比。遮陽裝置的輪廓透光比為窗面積扣除遮陽裝置輪廓在窗面上陰影面積所得到的剩余面積與窗面積的比值。遮陽裝置各朝向的值，應
13、按該朝向上的典型太陽光線入射角分別計算或實驗測定。 遮陽裝置構造透光比為陰影部分在給定的典型太陽入射角時的透射太陽能的比例。對于混凝土類非透明材料，透光*=0.00；金屬類材料可取*=0.10；厚帆布、玻璃鋼類材料可取*=0.50；有色玻璃、有色卡布隆、有色有機玻璃類材料可取*=0.70；透明玻璃、透明卡布隆、透明有機玻璃類材料可取*=0.85。5.2 遮陽板的遮陽系數遮陽板的遮陽系數可以用下式表示這一系數還應用DOE-2之類的能耗計算軟件進行節能計算進行計算擬合得到： 遮陽板外挑系數PF = A/B計算公式在夏熱冬暖地區的有關系數裝置 系數 東 南 西 北水平遮陽扳 as 0.35 0.35
14、 0.20 0.20bs -0.65 -0.65 -0.40 -0.40水平遮陽扳 ac 0.25 0.40 0.30 0.30bc -0.60 -0.75 -0.60 -0.606 結論 與負荷有關的遮陽系數和節能有關的遮陽系數是不同的。 窗的最終總遮陽系數是玻璃遮蔽系數與窗內遮陽系數以及外遮陽系數的乘積。 玻璃的遮蔽系數可以根據GB/T 2680-94建筑玻璃 可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比及有關窗玻璃參數的測定計算。 窗內的遮陽系數是窗框和百葉、內卷簾、內窗簾的綜合效果，這一系數比較復雜、而且變數多。外遮陽系數是遮陽檔板、外百葉、外卷簾等的綜合效果。 建立統一的遮陽系數計算方法非常重要，這有利于遮陽裝置的應用，有利于節能產品的開發。將遮陽系數的計算納入節能設計標準，可以鼓勵炎熱地區的建筑使用遮陽設施。 遮陽設施的大量應用，可以改變建筑的千村一貌的局面，使得南方的建筑更加有地方特色。參考文獻1 楊仕超，中空玻璃光學及熱工性能的計算，廣東土木與建筑，2002年第1期。
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