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摘要：以长沙中机国际大厦实际采暖（词条“采暖”由行业大百科提供）、制冷用电负荷记录，阐述节能参数涵义，分析验证不同Low-E玻璃，在不同节能参数下设计能耗与实际能耗的差异，验证gIR值是比Sc更准确的建筑节能参数。
关键词：遮阳系数Sc（词条“遮阳系数Sc”由行业大百科提供）;太阳红外热能总透射比gIR;太阳光总透射比;真实能耗
0 引言
玻璃作为幕墙的主要围护材料之一，直接决定了建筑节能性能。据统计，建筑物中通过门窗散失的热量约占整个建筑采暖或制冷能耗的50%，而通过玻璃流失的热量就占整个窗（词条“窗”由行业大百科提供）户的80%左右。建筑玻璃越来越大量的使用，使得玻璃节能成为了建筑节能的最难点。因此，不断提高建筑玻璃的热工性能至关重要。
建筑玻璃热工性用K值和Sc两个指标衡量，K值即保温性能，主要由玻璃结构决定;Sc即隔热能力，主要由玻璃材料表面性能(是否有Low-E膜、是何种Low-E膜)决定。经过多年升级换代，Low-E膜性能已有很大提升，Sc已不能准确衡量玻璃节能性能，更甚至在一定程度上限制了建筑节能玻璃的选用，造成了制冷/采暖成本浪费。
本文以实际项目案例，就玻璃“透热量”与建筑节能展开讨论，通过数据对比，阐述在建筑节能设计中用gIR取代Sc的合理性和必要性。
1 关于遮阳系数Sc的定义及节能设计说明
遮阳系数Sc是在给定条件下，玻璃、门窗或玻璃幕墙的太阳光总透射比，与相同条件下相同面积的标准玻璃(3 mm厚透明玻璃)的太阳光总透射比的比值。
根据JGJ/T 151-2008《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》中对遮阳系数Sc的定义可知，遮阳系数包涵了全部太阳光能量，即2%的紫外光、47%的可见光和51%的近红外光，如图1所示。
图1.中空玻璃可见光反射比示意图
事实上，太阳光能量即太阳辐射（词条“太阳辐射”由行业大百科提供）能，但不同于太阳辐射热能。太阳光能中的热能绝大多数是波长大于780 nm的红外辐射热能。380 nm波长内紫外线不直接产生热量，380～780nm波长的可见光能只有极少量能够转变为人体可感知的“热能”，相关研究给出的可见光能量转化为热能的比例约5%，最多不超过10%，也就是说多达47%的可见光能基本不产生热能，不需要制冷消耗，而遮阳系数Sc包含了太多“非热量”。
对于整个建筑，透过玻璃窗进入的太阳辐射得热形成的逐时冷负荷(CLc)按式(1)计算：
CLc=CcIC*CZ*DJmax*FC (1)
式中：
CLc——透过玻璃窗进入的太阳辐射形成的逐时冷负荷，W;
CcIC——透过无遮阳标准太阳辐射冷负荷系数;
CZ——外窗综合遮阳系数，CZ=Cw*Cn*Cs;
Cw——外遮阳修正系数;
Cn——内遮阳修正系数;
Cs——玻璃修正系数;
DJmax——夏季日射得热因数最大值;
FC——窗玻璃净面积，㎡。
式(1)外窗综合遮阳系数(CZ)，即GB 50189-2015《公共建筑节能设计标准》外窗综合遮阳系数(SD)。在此公式定义下，只要降低遮阳系数，即可阻隔室外太阳辐射能进入室内，减少空调用电消耗。同时表明，只要其他节能参数(可见光透射比Tv、K值、遮阳系数Sc)相同，同一建筑选择用不同类型的Low-E节能玻璃，应该具有完全相同的节能性能。
很明显，“太阳光总透射比”或者“太阳能总透射比”不同于“太阳红外热能总透射比”，基于“遮阳系数”进行的建筑节能设计，与建成建筑的实际能耗状况相差甚远。
在JC/T 2304-2015《建筑用保温隔热玻璃技术条件》全新定义了gIR，采用780～2500 nm波长的太阳红外热能总透射比——即gIR，比遮阳系数Sc或者太阳能总透射比SHGC能够更合理、更科学、更准确地衡量Low-E玻璃隔绝太阳辐射热能的能力，有利于正确引导建筑节能设计和建筑节能产品的开发。
表1是四种不同类型镀膜（词条“镀膜”由行业大百科提供）产品，同为6+12A+6标准结构中空（词条“中空”由行业大百科提供）玻璃的太阳光谱透过曲线，外观颜色接近，可见光透射比接近，但遮阳系数差异巨大，gIR值也不尽相同。
表1.光学性能近似的不同镀膜产品性能
图2为中空玻璃太阳光谱透过曲线。从图2可以看出，相同可见光透射比下，三银的遮阳系数Sc最小，太阳红外光总透射比gIR更小，只允许极少量的太阳热量透过，真正的将太阳光过滤成“冷光源”，进而降低夏季室内空调制冷费用。
图2.中空玻璃太阳光谱透过曲线
根据GB 50189-2015《公共建筑节能设计标准》简化而来的玻璃能耗模拟计算表，依照上述四种产品，设定相同的气候条件(表2)，对同一建筑模型分别以Sc和gIR计算建筑能耗，进一步对建筑能耗进行计算，计算结果见表3、表4。
表2.建筑能耗气候条件
表3.玻璃能耗模拟计算(Sc衡量)
表4.玻璃能耗模拟计算(gIR衡量)
因为热反射膜的光、热选择性差(选择系数r<1)，挡光不隔热，无论以遮阳系数Sc还是太阳红外热能总透射比gIR来计算，同一建筑的电耗总量都接近(10%左右的电耗差异主要来自Sc与gIR的数值差异)，而单银/双银/三银Low-E因为越来越高的光、热选择能力，能够明显降低建筑能耗。
同样因为Low-E膜透光但阻隔太阳红外热能，相对于热反射产品，可以大幅降低建筑能耗。并且无论是以Sc还是gIR来衡量，三银Low-E都具有最好的节能性能，其建筑能耗最低。
2 相同遮阳系数，不同Low-E间的隔热能力
差异在实际工程上的电耗的体现
长沙与上海、苏州、武汉等地均属夏热冬冷地区，冬季冷，夏季炎热，建筑节能设计遵循相同的标准要求，即遮阳系数Sc、传热系数K值要求相同。选取玻璃结构、颜色外观、可见光透射比等接近的产品，以长沙中机国际大厦项目建模，对比双银、三银Low-E节能(特别是夏季隔热能力)的差异。中机国际大厦实际玻璃配置及参照配置参数见表5。
表5.中机国际大厦实际玻璃配置及参照配置参数
从表5中可以看出，遮阳系数Sc接近(偏差不到10%)，而太阳红外热能总透射比gIR相差50%。由此可以推断，以遮阳系数Sc来核定，双银比三银Low-E的建筑能耗高10%左右，而若以太阳红外热能总透射比gIR来核定，双银将比三银Low-E的建筑能耗高50%左右。
中机国际项目为中国南玻集团在湖南地区的第一个批量三银Low-E项目，地处湖南省长沙市韶山中路18号，由中机国际工程设计研究院有限公司设计，于2016年竣工。整个项目由A、B两栋百米塔楼组成，塔楼中间由裙楼连接，超白三银Low-E中空玻璃用量3.5万m2，其中A栋超白三银Low-E中空玻璃用量8259 m2，逐月跟踪记录了A栋办公区域用电量及变电器负载，据此对全年电耗负荷进行分析。中机国际大厦A栋办公区域空调电耗模拟计算见表6。
表6.中机国际大厦A栋办公区域空调电耗模拟计算
对比不同参数(Sc或gIR)下的电耗总量，若以遮阳系数Sc来核定，双银比三银Low-E的建筑能耗高10%左右，而若以太阳红外热能总透射比gIR来核定，双银将比三银Low-E的建筑能耗高近30%，三银Low-E能够降低空调电耗确定无疑。
从电耗总量对比来看，用gIR替代Sc后，无论用何种Low-E(双银或者三银)，总电耗都将有50%以上降幅。
中机国际大厦A栋办公区域用电情况见表7。
表7.中机国际大厦A栋办公区域用电情况记录
由表7可以看出，平均空调能耗占比50.4%，最热的八月超过了66%，制冷负荷是建筑的主要能耗。而依照现行规范设计的变压器平均负载37.4%，最高的八月也仅60%，即使用三银Low-E状态下，现行建筑节能设计使用遮阳系数Sc来衡量建筑能耗水平，与实际状况偏差较大;而使用太阳热能总透射比gIR核算来的建筑能耗，更接近实际能耗。
遮阳系数Sc与太阳热能总透射比gIR都是玻璃隔热性能的表征值，直接决定了夏季空调制冷负荷。因此，依据GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》，查附录H，单独对制冷负荷进一步分析，见表8。
表8.空调制冷负荷峰值比较分析——双/三银Low-E玻璃的差异
仅考虑空调制冷负荷时，使用太阳热能总透射比gIR核算的建筑能耗不到遮阳系数Sc核算的建筑能耗的50%/40%(双银/三银)，这与实际变压器负载情况(项目使用三银Low-E，变压器平均负载率不到40%，峰值不超过60%)仍然一致。
采用三银Low-E，可以降低27%((184-134)/184=27%)空调制冷能耗，这与前述“若以太阳红外热能总透射比gIR来核定，双银将比三银Low-E的建筑能耗高近30%”也一致。
3 结语
通过以上分析，可以得出：
1)计算数据与实际电耗记录对比，用太阳热能总透射比gIR来核定建筑能耗，更符合实际能耗状况;
2)夏热冬冷区域，相对于双银Low-E，三银Low-E空调能耗可以降低30%左右;
3)夏热冬冷区域，使用三银Low-E中空玻璃，变压器负载设计量可降低40%以上，进而降低包括变压器、空调装机总量等电器成本投入。
参考文献:
[1] 许武毅.Low-E节能玻璃应用技术问答[M].北京：中国建材工业出版社，2016.
[2] GB 50189-2015,公共建筑节能设计标准[S].
[3] GB 50736-2012,民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].
[4] JC-T 2304-2015,建筑用保温隔热玻璃（词条“隔热玻璃”由行业大百科提供）技术条件[S].
