3章-窗户隔热技术及应用

第3章窗户隔热技术及应用3.1窗户隔热的基本状况3.2玻璃的类型及基本性能3.3窗户隔热的基本形式3.4窗户的外遮阳隔热技术3.5窗户的内遮阳隔热技术3.6玻璃幕墙的隔热技术3.7生态建筑的窗户隔热技术及应用3.1窗户隔热的基本状况3.1.1窗户与建筑节能目前我国窗户的面积大约占建筑面积的l/4、占外围护结构面积的1/6。典型建筑工程的围护结构中，窗户的能耗约为墙体的4倍、屋面的5倍和地面的20多倍，占建筑围护结构总能耗的50%左右。在采暖和空调的条件下，冬季单层玻璃所损失的热量占到供热负荷的40%左右，夏季由于太阳辐射热透过单玻射入室内而消耗的冷量占空调负荷的25%。因此，窗户是建筑节能控制的关键和重点。3.1.2窗户的隔热节能要求（1）降低窗户的传热系数；（2）提高窗的密封性能；（3）限制开窗的面积。3.1窗户隔热的基本状况3.1.3窗户的热工性能评价参数（1）U-value；（2）遮阳系数(SC)；（3）太阳能吸收系数(SHGC)；（4）可见光透射率(Tr)；（5）光能比(ISGR)3.1.4建筑门窗的隔热的基本措施（1）加强窗户的气密性能，减少空气的渗透量（2）加强窗户的隔热性能，增强窗户的热反射（3）加强窗户的内、外遮阳措施，减少热辐射（4）改善窗户的保温性能（5）控制建筑朝向及窗墙面积比（6）合理选用窗玻璃（7）建立正确的节能观念培养良好的节能习惯3.2玻璃的类型及基本性能3.2.1普通平板玻璃及性能普通平板玻璃：由石英砂、纯碱、石灰石、长石等矿物及化工原料、经过科学精选、配制后送人工玻璃熔化窑炉，在1400℃以上进行高温熔制，并经成型、退火及切割后制成。优点：造价低廉、采光性能好、施工安装方便、技术成熟；缺点：传热系数大、能耗高、太阳透过率高，红外反射率低。3.2.2结构型节能玻璃分类及性能中空玻璃：由两层或多层玻璃间隔成空气间层、气层充入干燥气体或惰性气体，将两片或多片玻璃以有效支撑均匀隔离开（两片玻璃中间间距6mm～24mm），周边簿结构的密封，间隔空腔内是空气或其它气体。中空玻璃结构图3.2玻璃的类型及基本性能3.2.2结构型节能玻璃分类及性能真空玻璃：将两片平板玻璃四周密闭起来，将其间隙抽成真空并密封排气孔，两片玻璃之间的间隙为0.1～0.5mm，真空玻璃的两片一般至少有一片是低辐射玻璃，这样就将通过真空玻璃的传导、对流和辐射方式散失的热降到最低，其工作原理与玻璃保温瓶的保温隔热原理相同。它基本上消除了玻璃间气体对流及导热传热，其保温性、密封性和耐久性优良。真空玻璃采用低辐射膜后，辐射成为主要传热形式，窗户保温性能大大提高，节能效果明显。真空玻璃结构图与中空玻璃相比，其优点有：（1）防结露结霜性能更好（2）隔声性能好，（3）不存在中空玻璃存在的内结雾结露问题；（4）不存在中空玻璃水平放置时气体热导变化问题；（5）不存在中空玻璃运到高原低气压地区的胀裂问题；（6）抗风压强度高于同等厚度玻璃构成的中空玻璃。3.2玻璃的类型及基本性能3.2.3镀膜玻璃分类及性能低辐射玻璃：低辐射玻璃即为典型的镀膜玻璃。低辐射玻璃，即Low-E玻璃。它可以降低表面热辐射率，形成低辐射玻璃。其Low—E材料所具有的低发射率、高红外反射率特性，使得窗户的辐射热阻大幅增加，从而有效改善窗户的隔热性能。它是利用真空沉积技术在玻璃表面沉积一层低辐射涂层，一般由若干金属或金属氧化物薄层和衬底层组成。热反射玻璃：热反射玻璃是节能涂抹型玻璃最早开发的品种。热反射镀膜玻璃，也称阳光控制膜玻璃，是在优质浮法玻璃表面，用真空磁控溅射的方法，镀一层或多层金属及金属化合物薄膜而形成。该薄膜对光学有较好的控制性能，能够以需要的比例控制太阳直接辐射的反射、透过和吸收，并产生需要的颜色。尤其是对阳光中红外光的反射具有节能意义，对太阳光有良好的反射和吸收能力，能够明显减少太阳光的辐射能向室内的传递，保持稳定室内温度，可以节约能源。3.2玻璃的类型及基本性能3.2.4吸热玻璃及性能吸热玻璃：在平板玻璃成分中，加入微量镍、铁、钴、硒等元素，制成的着色透明玻璃称为吸热玻璃。吸热玻璃是一种能够吸收太阳能的平板玻璃，它是利用玻璃中的金属离子对太阳能进行选择性吸收，同时呈现不同的颜色。吸热玻璃具有吸收可见光和红外线的特性，无论是哪一种色调的玻璃，当其厚度为σ=6mm时，均可吸收40%左右的太阳辐射。所以，当太阳直射的情况下，进入室内的辐射热减少了约40%左右，从而可以减轻空调设备的负荷，达到节能的目的。3.2.5其他节能玻璃光致变色玻璃：玻璃受紫外线或日光照射后，在可见光谱380nm＜λ＜780nm区产生光吸收而自动变色，光照停止后可自动恢复到初始的透明状态。即夏日太阳直射时，颜色自动变深起到遮阳的作用；而阳光非直射时，又自动恢复到采光状态。具有这种性质的璃称为光致变色玻璃，光致变色玻璃是光敏玻璃的一种，也称可逆光敏玻璃。夹层玻璃：夹层玻璃是在玻璃之间夹上坚韧的聚乙烯醇缩丁醛（PVB）中间膜，经高温高压加工制成。用透明PVB膜制成的夹层玻璃，外观及安装使用方法与普通玻璃基本一样，而且经久耐用。“真空+中空”组合真空玻璃：此种结构相当于把真空玻璃当成一片玻璃再与附加玻璃板合成中空，附加玻璃板厚度一般选5mm或6mm的钢化玻璃，放在建筑物外侧，也可以做成“中空+真空+中空”的双面中空组合形式。此类组合除解决安全性外，其隔热隔声性能也都有提高。3.3窗户隔热的基本形式窗户的得热形式包括：太阳辐射得热、对流换热、玻璃窗的透过特性和空气渗透，其对应的评价参数为整窗传热系数、太阳得热系数和空气渗透率。3.3.1传热系数传热系数是衡量由温差引起的通过窗户的热流量，是传导、对流和表面辐射这三种传热方式的综合体现，单位是W/m2•K，常用字母k表示。K值越大，表明窗户的隔热能力就越差，通过窗户的能量损失就越多，而且容易产生窗体结露。3.3.2窗户隔热的基本形式3.3窗户隔热的基本形式3.3.2窗户隔热的基本形式(一)本体遮阳（二）采用遮阳板遮阳隔热（三）采用热反射材料遮阳隔热（四）用绿化植物遮阳隔热3.4窗户的外遮阳隔热技术设置在建筑外窗外侧的遮阳方式称为外遮阳。以日常常见的建筑窗户的一般外遮阳形式来分，一般分为四种：水平遮阳、垂直遮阳、综合式遮阳和遮阳板式遮阳。水平式遮阳垂直式遮阳综合式遮阳挡板式遮阳3.4窗户的外遮阳隔热技术3.4.1卷帘窗卷帘窗是由若干帘片穿插扣挂而成，通过装有密封胶条的轨道落锁在窗底边。室外防盗，室内可以轻而易举开启。铝制窗帘片填充聚氨酯发泡保温材料，具有良好的保温性能；PVC—U塑料窗帘片保温隔热性更佳，应用前景广阔。卷帘窗还可以用来遮风挡雨、隔音降噪。卷帘窗要安装在建筑外窗的外侧，卷帘全部放下后，可将阳光全部阻挡在室外。该外遮阳方式冬季能将白天的太阳辐射热留在室内保证室内热量不流失。在夏季能将80%的烈日辐射挡在窗外遮挡直接辐射和漫反射降低制冷负荷。3.4.2百叶遮阳外遮阳百叶能合理控制太阳光线进入室内，减少建筑空调能耗和人工照明用电。一方面，遮阳阻挡阳光直射辐射和漫辐射得热，控制热量进人室内，降低室温、改善室内热环境，使空调高峰负荷大大削减；另一方面，通过调节适量的阳光进人室内，有利于人体视觉功效的高效发挥和生理机能的正常运行，让人感到舒适，给人愉悦的心理感受。所以遮阳是对太阳光的一种合理利用，根据建筑物所处地域在不同季节的日照角度、日照时间长短以及周边环境，通过遮阳角度的合理布置、对光线的反射、折射进行综合考虑及调配，达到对光线的合理运用：夏天，强烈的光线被挡在室外，防止过多的热量进入室内；冬季，温暖的阳光被折射进室内成漫散光状态，改善室内光环境和热环境。3.4窗户的外遮阳隔热技术3.4.3中空玻璃内置百叶窗隔热在两玻璃间加设活动百叶，夏天需隔热时放下百叶，阻挡阳光照射达到隔热效果，冬天调整百叶方向，让阳光透过窗户照射到室内，提高室内舒适度，同时因百叶放在玻璃之间，不会脏，不必为清洗和维护而烦恼。使用中空玻璃窗必须对市场上使用的铝合金门窗或塑料窗扇材料进行改革。由于内置百叶中空玻璃的百叶使得中空玻璃的空气层由单腔变成了多腔，使得空气传热减弱，有利于对传热系数的降低；由于百叶的存在，使得太阳辐射能量不能顺利地进入室内，可以大大降低遮阳系数；当内置百叶角度为0°时，其传热系数略高于普通中空玻璃，这是由于内置百叶为铝合金，在一定程度上起到了“热桥”的作用，加强了传热，但从计算结果来看传热系数增加量不大；内置百叶角度为45°时遮阳系数略低于90°时的遮阳系数，是由于百叶在遮挡太阳辐射的同时温度升高，对室内形成一定的热辐射，使得对室内的二次传热量增加，从而遮阳系数有所提高。3.4窗户的外遮阳隔热技术3.4.4建筑节能窗罩建筑节能窗罩由蓄热保温室和内置窗帘组成，蓄热保温室由正面玻璃窗、侧面玻璃窗、保温项板、保温底板组成，内置窗帘由内置保温帘和内置遮阳帘组成，东、西、北向窗户安装内置保温帘和内置遮阳帘，南向窗户只安装内置保温帘。正面玻璃窗和侧面玻璃窗相当于阳台窗，安装单层玻璃，正面玻璃窗有开启窗扇、固定窗扇以及纱窗，侧面玻璃窗可只用固定窗扇。内置窗帘可以是电动的，也可以是手动的，可以是卷帘，也可以是拉帘，安装在原窗户外侧上方或者窗罩内顶板上。1-墙体；2-原玻璃窗；3-底板斜支撑；4-底板平支撑；5-保温底板；6-内置保温帘；7-内置遮阳帘；8-正面玻璃窗；9-保温顶板；10-顶板平支撑；11-顶板斜支撑3.5窗户的内遮阳隔热技术采用外遮阳造价较高，又有遮挡视线、影响采光、通风的缺点，因此，目前普遍采用在室内安装各种水平或垂直的百叶帘、卷帘、窗帘等内遮阳措施来提高隔热效果。在各种遮阳方式中，窗内遮阳最方便。室外的活动式遮阳设施由于易受风雨损坏、安装和维修较困难等特点，所以，一般情况下，最方便和最经济有效的方法是采用室内悬挂浅色窗帘。但由于热量已经进入室内，所以内遮阳的效果不很突出。经实测，在窗户内侧设置浅色百叶窗帘，可隔离35%～40%的太阳辐射热。现代技术可以通过光控、电控和机械控制来调节百叶角度，使用和维修都很灵活方便。3.6玻璃幕墙的隔热技术3.6.1玻璃幕墙的保温隔热性能及节能设计原则（1）严格遵行国家现行的外墙和窗户热工设计的有关标准、规范进行幕墙热工设计，并积极参考国外的有关热工设计规程。（2）严寒地区、寒冷地区和温和地区的幕墙，要进行冬季的保温设计，夏热冬冷地区和夏热冬暖地区的幕墙，要进行夏季的隔热设计。（3）幕墙的传热系数由建筑物的外形和所处地区的气候条件、型材的传热系数和玻璃的传热系数等因素综合确定。（4）进行幕墙热工设计时，必须对其复杂的传热过程和传热方式进行分析和研究。3.6.2合理选择幕墙玻璃材料呼吸式玻璃幕墙：又称双层换气幕墙，一般由内外两层幕墙组成，中间是气流通道。按气流循环方式分为丌放式外循环系统和封闭式内循环系统。目前较流行的、节能效果显著的是开放式外循环系统。而开放式外循环系统又可分为整体式、廊道式、通道式和箱体式等四种结构形式。其中，与整体式、廊道式、通道式双层换气幕墙相比，箱体式双层换气幕墙的各方面性能最好。设置在每个楼层间的水平隔板，可起到遮阳作用，能减少热量损失。各箱体间均有水平和竖直隔板分隔，有较好的防火与隔音性能，并能更好地利用烟囱效应、温室效应和副压效应满足双层换气幕墙的工作条件，实现既节能环保又舒适安全的设计原则。3.6玻璃幕墙的隔热技术3.6.2合理选择幕墙玻璃材料水幕玻璃墙：即用循环水从上而下流经玻璃外表面形成一层水幕，造成一种动态景观，这层水幂也可以隔离室外热量，井对玻璃表面起蒸发冷却作用。这种水幕玻璃墙要用水泵提水循环，因此也要消耗一定的电能。玻璃幕墙实验测试装置构造示意图3.6玻璃幕墙的隔热技术3.6.2合理选择幕墙玻璃材料光电幕墙：光电幕墙由光电发生器（太阳能电池板）、一次集电接线器、二次集电接线器、逆变器、交流配电柜、电子限荷器及交流输出设备等组成。太阳能电池板的基本单元是擎晶硅片、多晶硅片或无定形硅片。这些硅片组成太阳能电池，而多个太阳能电池通过导线连接组成太阳能板。将大面积的太阳能板封装在