Construction & Decoration建筑材料三层相变玻璃窗对夏热冬冷地区建筑能耗的影响研究嵇文秀上海朗诗规划建筑设计有限公司 上海 200092摘 要 在我国一些典型的夏热冬冷地区，建筑能耗较高，且其中围护结构能耗占到大约60%~80%，并且在这一部分能耗中，建筑外窗能耗占到约30%。因此，在降低建筑能耗的过程中，如何改善建筑物外窗的传热性能将起到至关重要的作用。本文提出一种三层玻璃相变窗（三玻相变窗），将相变材料层和空气夹层相结合，通过运用eQUEST能耗模拟软件，建立以上海为代表的夏热冬冷地区某典型住宅模型，建筑物分别采用三玻相变窗、双玻相变窗和市面上运用广泛的双层玻璃Low-e窗（双玻Low-e窗），模拟计算了上述三种窗户的全年建筑能耗，并对比分析了三玻相变窗相对于双玻相变窗和双层玻璃Low-e窗（双玻Low-e窗）的节能优势。关键词 建筑能耗；相变玻璃窗；夏热冬冷地区；全年能耗1 研究背景能源是人类赖以生存与发展的重要物质基础，研究表明我国的建筑能耗占到了目前社会总能耗的25%[1]，在我国一些典型的夏热冬冷地区，建筑能耗较高，且其中围护结构能耗占到大约60%~80%，并且在这一部分能耗中，建筑外窗能耗占到约30%[2]。相变玻璃窗（相变窗）的最早的研究是针对寒冷地区，然而近些年的研究发现，相变窗同样适用于夏热冬冷地区。Ismail和Henriquez研究了双玻相变窗的传热性能；对含十水硫酸钠双玻相变窗在夏热冬冷地区应用的保温隔热效果进行了研究，表明该双玻相变窗在夏季晴天时隔热效果显著。本文通过eQUEST能耗模拟软件，就上海某一幢住宅建筑进行模拟，分析了相对于双玻相变窗和双玻Low-e窗，三玻相变窗对建筑全年能耗的节能优势。2 建筑能耗模拟软件简介国内外建筑能耗模拟软件种类众多，包括DOE、DOEin、eQUEST、EnergyPlus、ESP-r，国内有DEST等。其中eQUEST是一款计算建筑物能耗的简捷高效的工具，它不仅可以快速进行8760h的建筑负荷逐时模拟分析，还有着很好的用户图形界面，且模拟结束后可输出形象直观的图形化结果。本次模拟采用eQUEST进行能耗研究，借助其简捷的图形界面和高效的图形化结果输出特点，基于工作中遇到的一个具体工程项目，结合当地环境状况及围护结构特性，输入建筑物参数和室内设计温度，计算出夏季供冷能耗、冬季供热能耗以及全年得热量及失热量。3 透明围护结构热工参数的确定3.1 三层玻璃相变窗的测试结构三玻相变窗（TW+PCM）长宽尺寸为1.2×1.2m，室外侧相变夹层及室内侧空气夹层厚度均为0.014m，每层玻璃厚0.005m，从而得出窗体的总厚度为0.043m。双玻相变窗（DW+PCM）各个尺寸均与三玻相变窗相同，仅仅夹层为一层相变夹层，厚度为0.014m，所以两种装置所填充的相变材料质量相同。双层Low-e玻璃窗(DW+Ag)在玻璃表面上镀膜，内部结构为镀银膜层加空气夹层，空气夹层厚度与双玻相变窗的夹层厚度相同。3.2 相变玻璃窗光学参数及热工参数表1 三玻相变窗、双玻相变窗及双层Low-e玻璃窗部分热工及光学参数根据Goia等对相变窗热工特性及光学参数的实验研究，本 t−tsolid=A(A−A)+Ailiquidsolidsolid（1）文中，表1显示了计算得到的相变材料分别完全为液态和固态tliquid−tsolid时，相变窗的辐射透射率以及传热系数。式（1）所表示的意义Ai代表相变材料处于相变过程时相变窗的各项热工或光学为含不完全融化或者不完全凝固状态的相变材料的相变窗的热工及光学参数，可根据液相份额的定义（即插值法）获得。参数；Asolid代表含固态相变材料的相变窗的光学或热工系数；建筑与装饰2019年4月下 195建筑与装饰2019年 4月下 内页.indd 1952019/4/30 星期二 下午 3:51:07建筑材料 Construction & Decorationtliquid代表相变材料完全变为液态时的温度，K；Aliquid代表含液态相变材料的相变窗热工或光学参数；tsolid代表相变材料由固态向液态转变的温度，K；t代表在相变过程中的相变材料的温度，K。4 建筑能耗模拟计算与结果分析4.1 建筑模型的建立Building Shell-2-D Geometry Building Shell-3-D Geometry图1 建筑模型图建筑面积为13697.5m2，建筑高度为78.4m，地下2层地上26层，层高3.3米，每层4个户型，共104户。图1显示了在eQUEST模拟软件中导出的建筑模型图。 4.2 各项参数的设置在eQUEST中分别对上述建筑模型进行以下各项参数设定。（1）气象参数设置。本文选择上海作为夏热冬冷地区的代表，在eQUEST模型的天气文件一栏选取上海市的气象数据文件CHN_Shanghai.Shanghai. 582380_CSWD。（2）建筑物非透明围护结构参数设置。本文的建筑模型基于朗诗科技住宅项目中的一个真实建筑案例，其围护结构参数设计依照《全国民用建筑工程设计技术措施-暖通空调动力》，具体参数设置如表2。表2 建筑围护结构材料参数表选择4-Pipe Air Fan Coil。4.3 能耗模拟结果与分析图2 通过三种玻璃窗的建筑物的全年得热量与全年失热量图2给出了通过三种玻璃窗的建筑物的全年得热量与全年失热量。三玻相变窗相对双玻相变窗和双玻Low-e窗，全年得热量分别降低159.GJ和781.40GJ，全年失热量分别降低400.02GJ和增加175.45GJ。相比于双层Low-e玻璃窗，三玻相变窗冬季保温性略差，但夏季隔热性明显。（3）透明围护结构热工参数的确定。首先根据室内外气温及室外气象参数判断相变窗中相变材料的状态，再依照表2中数据以及插值法计算相变窗的热工以及光学参数，最后在能耗模拟软件中代入窗体参数从而进行建筑物能耗计算。（4）建筑物室内人员活动和设备工作参数设置。人员：起居室2人，主卧2人，次卧1人，书房1人；灯光设备：灯光负荷为5W/m2，设备负荷为800W/户；温湿度：夏季26℃，60%，冬季20℃，40%；新风：按照换气次数0.65次/h和人均新风量25m3/h计算，两者比较取大值。（5）空调系统的设置。进入Air-Side System Types，设计冷热源系统；系统末端冷热源分别为Chilled Water Coils和Hot Water Coils，末端采用风机盘管加新风系统，系统类型设置中图3 夏季分别采用三种玻璃窗的建筑物各月供冷能耗（下转第198页）196 建筑与装饰2019年4月下 建筑与装饰2019年 4月下 内页.indd 1962019/4/30 星期二 下午 3:51:08建筑材料复利用。同时，制定优惠，也能够促进废旧钢材的回收再利用。企业，这里我们主要是指钢材制造企业。这些钢材制造企业可以通过提高回收钢材的价格，来鼓励主动回收废旧钢材的企业或者个人。在废旧钢材的回收再利用过程中，有这样一种现象需要我们特别注意。废旧钢材在使用中，出现一些不规范的操作，也就是把一些不符合建筑材料标准的废旧钢材，直接使用到新的建筑中去。这给新建筑带来了非常大的安全隐患。这就需要和企业严格把控废旧钢材的再次使用。避免出现使用一些不符合建筑材料标准的钢材。3.2 废旧木材的回收再利用一方面随着我们国家对生态环境保护的加强，另外一方面木材资源在我们国家本来就比较匮乏。因此，如果能够在低碳经济的理念指导下对废旧木材进行回收再利用。将会对木材资源匮乏起到缓解作用[5]。废旧木材在废旧建筑材料中所占的比例比较大。废旧木材主要是用于建筑、造纸等环节。可以加强对企业的引导，同时提高废旧木材回收管理的力度，建立一套完善的废旧木材回收制度。对于废旧木材的回收再利用，需要企业进行严格的筛选和分类，以确保废旧木材能够正确合理使用。3.3 废旧玻璃的回收再利用废旧玻璃的产生，主要是来源于建筑物的拆除。这些废旧玻璃的剩余价值能不能得到充分发挥。在于相关部门是否能够在低碳经济理念的指导下，重视废旧玻璃的回收和再利用。同时需要相关部门指导拆迁企业在拆除废旧玻璃的过程中，尽量保持玻璃的完整性。因为，对于完整性的玻璃，利用价值会更大。如果是一些已经破碎的玻璃，只能通过高温加热融合之后，再重新制作成玻璃[6]。这虽然可以提高了废旧玻璃的使用率，但是也给企业增加了成本。企业也可以把废旧玻璃应用于大理石的制作工艺中，既能合理利用废旧玻璃，又能够起到很好装饰效果。 Construction & Decoration4 结束语低碳经济理念指导下完成废旧建筑的回收再利用，根本上是为了促进建筑材料的可持续发展，提升废旧建筑材料的利用率。废旧建筑材料的回收再利用，能否取得显著的效果，关键是在于相关部分和企业，对待废旧建筑材料的态度。尤其是需要相关部门进行指导。鼓励企业使用创新技术，对废旧建筑材料进行回收再利用。另外，我们需要明白，废旧建筑材料的经济价值，是促进企业和个人进行废旧建筑回收再利用的主要动力。这种动力来源的核心，在于整个废旧建筑材料回收再利用产业链的健康发展，这需要大家共同努力。参考文献[1] 王调妮,闫小川.基于低碳经济理念的废旧建筑材料回收利用探析[J].建材与装饰,2018,(6):184-185.[2] 陈玲琳.建筑材料中废旧高分子材料的回收利用研究[J].江西建材,2017,(2):12-12.[3] 林洪.针对低碳经济理念下的建筑装饰设计的分析[J].门窗,2017,(7):35-35.[4] 印泽坤.垃圾废料作为建筑材料的综合回收利用途径[J].科技创新与应用,2017,(7):174-174.[5] 金向丹.低碳经济背景下建筑工程造价的发展分析[J].建筑技术开发,2018,(5):83-84.[6] 范梦婷,彭靖.橡胶在建筑行业中回收利用的意义与价值[J].科技、经济、市场,2017,(9):193-195.作者简介吴骁（1992－），男，四川大竹人；学历：大学本科，助理工程师，现就职单位：四川省第三建筑工程有限公司，研究方向：土建经济管理（材料）。（上接第196页）及双玻Low-e窗，其采用三玻相变窗的夏季供冷能耗分别降低9.35%和3.15%，冬季供暖能耗分别增加9.4%和降低17.86%，其全年能耗分别降低4.%和7.65%。因此可以得出，三玻相变窗冬、夏季综合保温性能较好，节能效果明显。5 结束语在夏热冬冷地区，相比于采用双玻相变窗以及双玻Low-e玻璃窗，建筑物采用三层玻璃相变窗时，其全年能耗分别降低4.%和7.65%，夏季供冷能耗分别降低9.35%和3.15%，冬季供热能耗分别增加9.4%和降低17.86%。三玻相相变窗冬、夏季综合保温性能较好，在夏热冬冷地区节能效果更明显。图4 冬季分别采用三种玻璃窗的建筑物各月供热能耗参考文献[1] 江亿.中国建筑能耗现状及节能途径分析[J].新建筑,2008,(2):4-7.[2] 李仕国,王烨.中国建筑能耗现状及节能措施概述[J].环境科学与管理,2008,33(2):6-9.该建筑物在供冷季节（6、7、8、9月）分别采用三种玻璃窗的建筑物供冷能耗如图3所示。该建筑物在供暖季节季（12、1、2月）分别采用三种玻璃窗的建筑物各月供热能耗如图4所示。根据计算结果分析，可得：相比于建筑采用双玻相变窗以198 建筑与装饰2019年4月下 建筑与装饰2019年 4月下 内页.indd 1982019/4/30 星期二 下午 3:51:08
