快速评价门窗新材料、新技术的相对节能率，是行业关注重点之一！文献提出了“冬夏季累积评价法”(本人称为“逐时得热累积评价法”)，本文针对该方法及其在真空玻璃窗领域的应用进行介绍！

1、概述
 

随着建筑节能工作的深入，门窗的节能日益受到重视，其评价方法也不断演进。
 

美国能源部伯克利实验室开发的Window软件，是门窗热工性能评价方法的代表，给出门窗产品的热工性能，但却无法反映窗户对具体建筑物的长期节能贡献。
 

文献1提出了一种简化计算方法，把冬季和夏季门窗逐时得热进行累积，评价门窗的建筑节能相对贡献率。
 

该方法可避免对整个建筑进行建模分析，又能保证结果的相对准确，适合于对不同门窗产品技术的相对节能率进行简化评价。
 

文献2利用文献1提出的方法，针对真空玻璃窗在我国不同地区的建筑节能率进行了评估，对真空玻璃在我国不同地区的应用具有重要参考价值！
 

本文介绍逐时得热累积评价法(原文称为“冬夏季累积评价法”)以及其相关应用，为门窗新材料、新技术相对建筑节能效果评价提供参考！
 

2、逐时得热累积评价法
 

本节主要介绍逐时得热累积评价法及相对节能率计算方法。
 

2.1 逐时得热累积评价法
 

门窗相对得热源于窗传递太阳能热辐射和热传导。
 

在夏季，相对得热越多，室内需要更多的空调负荷；在冬季，相对得热越少，室内需要的采暖负荷越多。
 

门窗相对得热(RHG， Relative Heat Gain)可表征“相对能耗量”(RHC， Relative Heat Consumption)。
 

建筑物中门窗总相对得热(RHG，Relative Heat Gain)可按下式计算。
RHG=∑[K×Apf×(Tout-Tin)+SHGC×Apf×ET]
 

单位面积建筑门窗得热量为：
 

RHGA=K×∑(Tout-Tin)+SHGC×∑Et=K×a+SHGC×b
 

其中：a=∑(Tout-Tin)，b=∑ET。

式中 a—温差时数累计值，k℃·h；

b—太阳辐射强度累计值，kWh/m2；

K—整窗传热系数，W/(m2·K)；

ET—太阳辐照度，W/m2；

SHGC—太阳得热系数。

在冬季，相对得热RHG(冬)越多越好，冬季RHG为负值时，相对耗能RHC是其绝对值；当冬季RHG为正值时，相对耗能RHC为负值。
 

在夏季，相对得热RHG(夏)越少越好，夏季RHC总为正值，等于相对耗能RHC。
 

冬夏二季相对耗能量RHC(冬夏)越少越好，按朝向分为RHG(冬夏， 东)、RHG(冬夏， 南)、RHC(冬夏， 西)、RHC(冬夏， 北)4个指标。
 

RHG(冬夏) = RHC(夏)+RHC(冬) = RHG(夏)-RHG(冬)
 

本研究所指均为相对能耗量及相对节能量，边界条件固定(例如风速、窗的气密性、室内新风、其他围护结构等)，只考虑玻璃更换，所以是相对值。
 

2.2 相对节能率计算方法
 

通过窗的夏季室内得热需由制冷空调来平衡，采用节能措施后夏季得热会减少，进而可算出相对节能率。
 

通过窗的冬季室内得热可减少采暖负荷，采用节能措施后冬季得热会增加，进而可算出相对节能率。
 

不同节能措施的相对得热不同，则节能措施的相对节能率可计算如下：
 

措施B相对于措施A的节能率(S)

=(措施A的相对能耗量(A)-措施B的相对能耗量(B))/措施A的相对能耗量(A) ×100％

=([(b×SHGC+a×K)]A-[(b×SHGC+a×K)]B) /[(b×SHGC+a×K)]A ×100％

以玻璃为例，通过计算相对得热，可得到单片白玻、普通中空玻璃、Low-E中空玻璃和真空玻璃在某个建筑上的全年相对节能率。
 

3、真空玻璃窗建筑节能计算参数
 

3.1 真空玻璃概述
 

真空玻璃由两块平板玻璃构成，玻璃板之间用高度为0.1~0.2mm的支撑物隔开，其中一片玻璃上留有抽气孔，四周用焊料封接两片玻璃，真空排气后用金属片将抽气口封住形成真空腔(图1)。

图1 真空玻璃构造图
 

真空玻璃的原片可为普通玻璃，也可为钢化或半钢化玻璃。为提高热工性能，通常选用一片低辐射膜玻璃。真空玻璃也可通过中空或夹胶的方式与另一片玻璃组合，称为“复合真空玻璃”。
 

作为新型玻璃深加工产品，真空玻璃是我国玻璃工业中为数不多的拥有自主知识产权的前沿产品，其建筑节能效果一直受到行业内外人士关注，这里重点介绍真空玻璃建筑节能计算方法及效果。
 

3.2 建筑气象参数与热工参数
 

建筑气象参数根据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》，该数据库由中国气象局气象信息中心资料室和清华大学建筑学院建筑技术科学系合著，是在1971年至2003年的实测数据基础上生成的包括全国270个台站的建筑热环境分析专用气象数据集。
 

本次计算的4个典型城市，采暖和空调期起止时间见表2。

假设春季和秋季不需采暖和空调，同时夏季室外温度低于26℃时不开空调，冬季室外温度高于18℃时不采暖。
 

由《中国建筑热环境分析专用气象数据集》中各城市逐时气象数据，分析获得冬季室外气温低于18℃情况下室内外温差时数总和a，夏季室外气温高于26℃情况下室内外温差时数总和a，和建筑东、南、西、北4个朝向冬季、夏季太阳能总辐射强度b，见表3。

 

3.3 计算模型
 

某大厦为公共建筑，其标准层平面见图2。

图2 某公共建筑标准层平面图
 

某大厦总占地面积3693m2，总建筑空调面积为45244m2。地下4层，主要功能为汽车库及机电设备用房；地上23层，主要功能为商务办公区。
 

大厦外窗窗墙比约42％，包括普通外窗和玻璃幕墙两类。建筑各朝向窗墙比及窗户面积见表4，其中东、南面为窗户，西、北面为幕墙。

3.4 玻璃窗参数
 

玻璃参数取值按哈尔滨、北京、上海、广州4个地区，分别选取单片白玻、普通中空玻璃、Low-E中空玻璃和真空玻璃，这四种玻璃类型的传热系数取值见表5，整窗参数见表6、表7。

4、真空玻璃窗建筑节能计算研究
 

4.1 真空玻璃窗建筑节能计算结果
 

单片白玻、普通中空玻璃、Low-E中空玻璃被真空玻璃取代后节能量计算结果表明，真空玻璃窗较其他玻璃窗有明显建筑节能优势。
 

冬夏季总节能量从南到北依次增加，各地区使用效果存在差异，夏季空调节能量从北到南依次增加，冬季采暖节能量从南到北依次增加。
 

哈尔滨地区和北京地区节约冬季采暖能量大于夏季节约空调能量；广州地区则相反，主要为夏季节约空调能量；上海地区随使用玻璃类型不同而呈现不同情况。
 

真空玻璃窗的能源开支较其他玻璃窗有明显优势，在统一各地能源结构和均用电的情况下，由南向北，即依次按广州、上海、北京、哈尔滨顺序，节约能源开支依次增大，这与节能情况一致。
 

4.2 相对节能率计算结果
 

按上述相对节能率计算方法，相比其他三种玻璃，真空玻璃窗全年相对节能率见表8。

真空玻璃窗全年建筑节能效果随气候区不同从南到北依次增大。
 

除广州外，使用真空玻璃窗替换单层白玻窗可至少节能80％，使用真空玻璃窗替换普通中空玻璃窗可至少节能65％，真空玻璃窗替换Low-E玻璃窗可至少节能50％。
 

5、结论
 

本文重点介绍了文献提出的逐时得热累积评价法，对于门窗幕墙产品的相对建筑节能率可以进行简化评价。
 

以真空玻璃为例，由于真空玻璃在整个建筑中的节能效果受建筑类型、窗墙比、玻璃朝向等因素影响，很难得到统一结果，在某大厦模型基础上，对真空玻璃节能效果进行了研究。
 

从节能率方面看，除广州外，使用真空玻璃窗替换单层白玻窗可至少节能80％，使用真空玻璃窗替换普通中空玻璃窗可至少节能65％，真空玻璃窗替换Low-E玻璃窗可至少节能50％。
 

从节约资金方面看，真空玻璃窗较其他玻璃有明显优势。以该大厦为基准，当真空玻璃窗代替普通中空玻璃窗，在哈尔滨、北京、上海、广州地区全年节约能源开支分别为146万元、72万元、52万元、48万元。
 

逐时得热累积评价法作为一种相对建筑节能率计算方法，可快速评估幕墙门窗新材料、新技术相对原技术的建筑节能效果，值得行业深入研究。

参考文献：[1] 王新春，刘德勤. 夏热冬冷地区门窗热工性能的冬夏累积评价法及其应用[J]. 门窗， 2010(10).[2] 刘甜甜等.公共建筑冬夏季累计评价法真空玻璃窗节能效果分析[J].建筑技术.2013，44(12): 1062-1065.