萬成龍 ，金承哲 ，楚洪亮 ，劉會濤 ，王洪濤

（1.中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013；2.常熟歐泰克建筑節(jié)能科技有限公司，江蘇 常熟 215551）

0 引言

內(nèi)置百葉中空玻璃是一種將百葉簾安裝在中空玻璃內(nèi)兼顧保溫和遮陽的新型節(jié)能玻璃產(chǎn)品，采用磁力控制閉合裝置和升降裝置來操作中空玻璃內(nèi)的百葉升降、翻轉(zhuǎn)等[1]，可通過調(diào)節(jié)內(nèi)置百葉簾的角度控制進入室內(nèi)的光線和輻射熱，滿足隔熱和室內(nèi)采光的需求。與其它遮陽產(chǎn)品相比，內(nèi)置百葉中空玻璃具有保溫隔熱、遮陽采光、隔聲環(huán)保、安全可靠、防塵私密等多重優(yōu)良性能[2]。夏季白天將百葉簾關(guān)閉可降低進入室內(nèi)的太陽輻射熱量，減輕室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷；冬季白天調(diào)整百葉角度或簾片收攏，可以充分采光和利用太陽輻射得熱提高室內(nèi)溫度，晚上關(guān)閉百葉簾可以減少室內(nèi)熱量的散失，增加玻璃窗的保溫性能[3]。

單一的保溫性能好或遮陽性能好的玻璃無法滿足我國不同地區(qū)不同季節(jié)不同朝向的保溫和遮陽的雙重要求，內(nèi)置百葉中空玻璃以其優(yōu)良的保溫性能和可調(diào)的隔熱采光性能成為適合我國不同氣候區(qū)的新型節(jié)能玻璃。

內(nèi)置百葉中空玻璃的研究多集中于本身的性能研究，目前還沒有針對百葉簾在不同玻璃位置時的光熱性能研究。潘亮[4]對內(nèi)置百葉中空玻璃的傳熱系數(shù)進行了實驗研究，使用Low-E玻璃，充入惰性氣體能有效提升試樣保溫性能；百葉完全放下時開啟角度由平行玻璃到垂直玻璃，傳熱系數(shù)能減少0.48 W/（m2·K），保溫效果提升明顯。李磊等[5]介紹了內(nèi)置百葉中空玻璃制品的遮陽系數(shù)的節(jié)能意義，并且分析比較了實測法和計算法得出的玻璃制品的得熱系數(shù)。李崢嶸等[6]采用門窗遮陽計算軟件WINDOW及能耗模擬軟件Energy-plus，分析影響內(nèi)置百葉遮陽中空玻璃制品熱工性能參數(shù)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，對于內(nèi)置百葉遮陽外窗，空氣夾層厚度δ以及百葉傾角θ是影響其熱工性能的關(guān)鍵因素，且二者對熱工性能的影響具有交互性。白勝芳[7]分析了百葉開啟角度、百葉顏色及間層填充氣體對內(nèi)置百葉中空玻璃熱工性能的影響，結(jié)果表明，百葉顏色對其熱工性能影響不大，填充氣體種類不同僅影響傳熱系數(shù)，百葉開啟角度不同對傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)均有影響。李謨彬等[8]介紹了內(nèi)置百葉中空玻璃窗在夏熱冬冷地區(qū)的應(yīng)用，強調(diào)了其節(jié)能、調(diào)光、隔聲、安全等多種優(yōu)良性能。

上述研究分析的對象均為雙層中空玻璃，并未涉及三層中空玻璃及真空復(fù)合中空玻璃，且研究內(nèi)容未涉及各層表面溫度的研究。本研究涵蓋了內(nèi)置百葉雙玻Low-E中空玻璃、內(nèi)置百葉三玻Low-E中空玻璃和內(nèi)置百葉Low-E真空中空玻璃等目前典型的中空玻璃類型，研究內(nèi)容包含了傳熱系數(shù)、遮陽系數(shù)、可見光透過率等光學(xué)熱工性能，并對內(nèi)置百葉中空玻璃各層的表面溫度進行了分析，旨在為內(nèi)置百葉中空玻璃產(chǎn)品的設(shè)計、制造及使用提供更加全面的數(shù)據(jù)參考及建議。

1 計算說明

1.1 邊界條件

計算邊界[9]條件設(shè)置為：（1）冬季計算條件：室內(nèi)空氣溫度Tin=20℃，室外空氣溫度Tout=-20℃，室內(nèi)對流換熱系數(shù)hc，in=3.6 W/（m2·K），室外對流換熱系數(shù)hc，out=16 W/（m2·K），室內(nèi)平均輻射溫度 Trm，in=Tin，室外平均輻射溫度 Trm，out=Tout，太陽輻射照度Is=300 W/m2；（2）夏季計算條件：室內(nèi)空氣溫度Tin=25℃，室外空氣溫度Tout=30℃，室內(nèi)對流換熱系數(shù)hc，in=2.5W/（m2·K），室外對流換熱系數(shù)hc，out=16 W/（m2·K），室內(nèi)平均輻射溫度Trm，in=Tin，室外平均輻射溫度 Trm，out=Tout，太陽輻射照度 Is=500 W/m2；（3）傳熱系數(shù)計算采用冬季計算條件，遮陽系數(shù)、太陽光總透射比計算采用夏季計算條件。

1.2 軟件說明

模擬主要采用WINDOW7.0、THERM7.0軟件。WINDOW、THERM建筑門窗幕墻熱工計算軟件是美國勞倫斯伯克利實驗室開發(fā)的系列軟件，是目前重要的建筑玻璃光學(xué)熱工計算軟件之一，具備真空玻璃的計算功能。

2 玻璃構(gòu)造

為研究內(nèi)置百葉對不同中空玻璃熱工性能的影響，共設(shè)計了5種類型的內(nèi)置百葉中空玻璃：普通雙玻中空玻璃、Low-E雙玻中空玻璃、普通三玻中空玻璃、Low-E三玻中空玻璃、Low-E真空中空玻璃（見圖1）。內(nèi)置百葉空腔的空氣層厚度統(tǒng)一取20 mm，真空層厚度取0.15 mm，其它空氣層厚度取12 mm。百葉片選用白色金屬材質(zhì)，表面輻射率為0.9。

圖1 5類典型內(nèi)置百葉中空玻璃

由于上述5類玻璃內(nèi)置百葉時仍有不同組合，以Low-E雙玻中空玻璃為例，存在Low-E面在第2面和第3面的情況，因此對研究內(nèi)容進行細(xì)化，見表1。

表1 5類典型內(nèi)置百葉中空玻璃研究方案

3 結(jié)果與分析

3.1 普通雙玻內(nèi)置百葉中空玻璃光學(xué)熱工性能模擬分析

普通雙玻內(nèi)置百葉中空玻璃光熱性能模擬分析采用玻璃配置為：5+20A 百葉+5。百葉分 3種狀態(tài)：0°、45°和 90°。0°時百葉片水平平行，即百葉片打開狀態(tài)；45°時百葉片與水平面呈45°角，即百葉片處于半打開狀態(tài)；90°時百葉片與水平面垂直，即百葉片處于關(guān)閉狀態(tài)。3種狀態(tài)下普通雙玻內(nèi)置百葉中空玻璃光學(xué)熱工參數(shù)計算結(jié)果見表2，各層內(nèi)外表面溫度分布見表3，表3中的層1、層2、層3見圖2。

表2 普通雙玻內(nèi)置百葉中空玻璃光學(xué)熱工性能模擬結(jié)果

表3 普通雙玻內(nèi)置百葉中空玻璃各層表面溫度模擬結(jié)果 ℃

由表2可知，隨著百葉角度增加，普通雙玻內(nèi)置百葉中空玻璃的傳熱系數(shù)、遮陽系數(shù)、太陽得熱系數(shù)和可見光透射比均減小。百葉由打開到閉合狀態(tài)，將原本1個百葉空腔分割為2個空腔，因而傳熱系數(shù)會明顯減?。徽陉栂禂?shù)和太陽得熱系數(shù)與百葉片對太陽光直接輻射的反射和吸收后二次輻射相關(guān)，百葉片可反射部分太陽光同時吸收部分輻射，吸收后的輻射轉(zhuǎn)換為長波熱輻射，玻璃對長波熱輻射不透過，因而只能通過百葉兩側(cè)的玻璃對流和導(dǎo)熱將其帶走，由于室外側(cè)玻璃外表面換熱系數(shù)較大，因而這部分熱量大部分會傳向室外，少量傳向室內(nèi)，遮陽系數(shù)和太陽得熱系數(shù)隨百葉逐漸閉合而逐漸減小；百葉片為不透明金屬片，從打開到閉合，可見光透射比逐步降低至0。

圖2 雙玻溫度分布層示意

由表3可知，百葉片對太陽輻射具有一定的吸收作用，會導(dǎo)致百葉片表面溫度和空腔內(nèi)空氣溫度明顯升高，當(dāng)百葉中空玻璃兩側(cè)為普通平板玻璃（未進行鋼化或半鋼化處理）時，應(yīng)進行防熱炸裂設(shè)計。

3.2 Low-E雙玻內(nèi)置百葉中空玻璃

Low-E雙玻內(nèi)置百葉中空玻璃光熱性能模擬分析采用2種玻璃配置：配置（1）5Low-E+20A 百葉+5；配置（2）5+20A 百葉+5Low-E。其光學(xué)熱工參數(shù)計算結(jié)果見表4，各層內(nèi)、外表面溫度分布見表5（層1、層2、層3見圖2）。

表4 Low-E雙玻內(nèi)置百葉中空玻璃光學(xué)熱工性能模擬結(jié)果

表5 Low-E雙玻內(nèi)置百葉中空玻璃各層表面溫度模擬結(jié)果 ℃

由表4、表5可知，當(dāng)Low-E膜層位置變化時，Low-E雙玻內(nèi)置百葉中空玻璃的光學(xué)熱工性能變化不明顯，各層表面溫度變化也不明顯。這是因為百葉一側(cè)為普通單片玻璃，一側(cè)為單片Low-E玻璃，兩者的光學(xué)熱工性能差異不明顯。但是當(dāng)Low-E玻璃位于室內(nèi)側(cè)時，Low-E雙玻內(nèi)置百葉中空玻璃的遮陽系數(shù)和太陽得熱系數(shù)較低，各層表面溫度也較低，這是因為百葉吸收的太陽輻射熱需要通過對流和導(dǎo)熱向兩側(cè)傳遞出去，Low-E玻璃位于室內(nèi)側(cè)而普通玻璃位于室外側(cè)時有利于熱量向室外側(cè)傳遞。

3.3 普通三玻內(nèi)置百葉中空玻璃

普通三玻內(nèi)置百葉中空玻璃光熱性能模擬分析采用2種玻璃配置為：配置（1）5+20A 百葉+5+12A+5；配置（2）5+12A+5+20A百葉+5。普通三玻內(nèi)置百葉中空玻璃光學(xué)熱工參數(shù)計算結(jié)果見表6，各層內(nèi)、外表面溫度分布見表7，表7中的層1、層 2、層 3、層 4 見圖 3。

表6 普通三玻內(nèi)置百葉中空玻璃光學(xué)熱工性能模擬結(jié)果

表7 普通三玻內(nèi)置百葉中空玻璃各層表面溫度模擬結(jié)果 ℃

圖3 三玻溫度分布層示意

由表6、表7可知，當(dāng)百葉位于普通三玻中空玻璃外側(cè)空氣腔時，其遮陽系數(shù)和太陽得熱系數(shù)明顯低于百葉位于內(nèi)側(cè)空氣腔，傳熱系數(shù)和可見光透射比差異較小，室內(nèi)側(cè)表面溫度低6℃左右。百葉位于普通三玻中空玻璃時，一側(cè)為單片玻璃，一側(cè)為中空玻璃，由于中空玻璃熱阻約為單片玻璃的2倍，因此，當(dāng)百葉位于外側(cè)空氣腔時，吸收的熱量通過中空玻璃進入室內(nèi)的量較少，因而其遮陽系數(shù)和太陽得熱系數(shù)較小。

3.4 Low-E三玻內(nèi)置百葉中空玻璃

Low-E三玻內(nèi)置百葉中空玻璃光熱性能模擬分析采用2種玻璃配置為：配置（1）5+20A百葉+5+12A+5Low-E；配置（2）5Low-E+12A+5+20A百葉+5。其光學(xué)熱工參數(shù)計算結(jié)果見表8，各層內(nèi)外表面溫度分布見表9（層1、層2、層3、層4見圖 3）。

表8 Low-E三玻內(nèi)置百葉中空玻璃光學(xué)熱工性能模擬結(jié)果

由表8、表9可知，Low-E三玻百葉中空玻璃相當(dāng)于百葉的一側(cè)為普通單片玻璃，一側(cè)為Low-E雙玻中空玻璃。由于Low-E雙玻中空玻璃的熱阻約為普通單片玻璃的3倍，因此，當(dāng)Low-E中空玻璃位于室內(nèi)側(cè)時，遮陽系數(shù)和太陽得熱系數(shù)明顯低于其位于室外側(cè)，玻璃室內(nèi)側(cè)表面溫度也明顯偏低。

表9 Low-E三玻內(nèi)置百葉中空玻璃各層表面溫度模擬結(jié)果 ℃

3.5 Low-E真空內(nèi)置百葉中空玻璃

Low-E真空內(nèi)置百葉中空玻璃光熱性能模擬分析采用3種玻璃配置為：配置（1）5+20A百葉+5Low-E+0.15V+5；配置（2）5+0.15V+5Low-E+20A百葉+5；配置（3）5Low-E+20A百葉+5Low-E+0.15V+5。Low-E真空內(nèi)置百葉中空玻璃光學(xué)熱工參數(shù)計算結(jié)果見表10，各層內(nèi)外表面溫度分布見表11。表11中的層 1、層 2、層3、層 4見圖 4。

由表10、表11可知，Low-E真空內(nèi)置百葉中空玻璃相當(dāng)于百葉的一側(cè)為單片玻璃，一側(cè)為Low-E真空玻璃。由于Low-E真空玻璃的熱阻約為普通單片玻璃的10倍，因此，當(dāng)Low-E真空玻璃位于室內(nèi)側(cè)時，遮陽系數(shù)和太陽得熱系數(shù)明顯低于其位于室外側(cè)，玻璃室內(nèi)側(cè)表面溫度也明顯偏低。

表10 Low-E真空內(nèi)置百葉中空玻璃光學(xué)熱工性能模擬結(jié)果

表11 Low-E真空內(nèi)置百葉中空玻璃各層表面溫度模擬結(jié)果 ℃

圖4 真空玻璃溫度分布層示意

4 結(jié)論

（1）普通雙玻內(nèi)置百葉中空玻璃，隨著百葉角度增大，傳熱系數(shù)、遮陽系數(shù)、太陽得熱系數(shù)和可見光透射比均減小；當(dāng)百葉中空玻璃兩側(cè)為普通平板玻璃（未進行鋼化或半鋼化處理）時應(yīng)進行防熱炸裂設(shè)計。

（2）Low-E雙玻內(nèi)置百葉中空玻璃，在膜層位于層2、層3位置時，光學(xué)熱工性能差異不明顯，各層表面溫度差異也不明顯；位于室內(nèi)側(cè)時Low-E雙玻內(nèi)置百葉中空玻璃的遮陽系數(shù)和太陽得熱系數(shù)較低；位于室內(nèi)側(cè)而普通玻璃位于室外側(cè)時有利于熱量向室外側(cè)傳遞。

（3）普通三玻中空玻璃，當(dāng)百葉位于外側(cè)空氣腔時，遮陽系數(shù)和太陽得熱系數(shù)明顯低于百葉位于內(nèi)側(cè)空氣腔，傳熱系數(shù)和可見光透射比差異較小，室內(nèi)側(cè)表面溫度低6℃左右。

（4）Low-E三玻百葉中空玻璃，當(dāng)Low-E中空玻璃位于室內(nèi)側(cè)時，遮陽系數(shù)和太陽得熱系數(shù)明顯低于其位于室外側(cè)，玻璃室內(nèi)側(cè)表面溫度明顯偏低。

（5）Low-E真空內(nèi)置百葉中空玻璃，當(dāng)位于室內(nèi)側(cè)時，遮陽系數(shù)和太陽得熱系數(shù)明顯低于其位于室外側(cè)，玻璃室內(nèi)側(cè)表面溫度也明顯偏低。

內(nèi)置百葉中空玻璃熱工性能，尤其是遮陽系數(shù)和太陽得熱系數(shù)與百葉兩側(cè)玻璃的熱工性能有關(guān)：當(dāng)百葉兩側(cè)玻璃的熱工性能差異較大時，室內(nèi)側(cè)應(yīng)選用熱阻較大的玻璃，可最大限度地提高其隔熱效果。