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0.3-0.7,天窗/采光顶与竖向外窗玻璃K值差异竟然这么大!
类别:门窗幕墙  日期:2020-11-5  来源:万成龙  点击率:1884  打印 关闭

 

国内部分建筑节能设计标准中天窗/采光顶与竖向外窗传热系数K值为相同限值,这么设定是否合适呢?笔者对比了4种常见中空玻璃在水平(0°)与竖直(90°)时的传热系数K值,结果差异较大,某些情况下会无产品可用。不妥之处敬请指正!

一、问题的提出

示例1:国内部分建筑节能标准中,经常将天窗/采光顶和竖向外窗传热系数K值设定为相同限值,典型示例如下:
 


 

示例2:国外建筑节能设计或相关认证标准中,通常将天窗/采光顶和竖向外窗传热系数分开考虑,典型的如美国ENERGY STAR认证。

 

 

以美国北方地区为例,竖向外窗传热系数U值为0.27-0.30 Btu/(ft2·h·°F),天窗的传热系数U值为0.50  Btu/(ft2·h·°F),二者差异接近2倍。

 

注:1 Btu/(ft2·h·°F) =5.67826 W/(m2·K)

 

那么问题来了,哪种设置方式更合适呢?
 

二、0°与90°时中空玻璃K值分析
 

以典型中空玻璃0°与90°时传热系数K值分析。(1)5+12A+5(2)6Low-E+12A+5(3)6Low-E+12Ar+5+12Ar+6(4)6Low-E+12Ar+5+12Ar+6Low-E
 

传热系数K值单位为W/(m2·K),为表述方便,以下均将其省略。
 

WINDOWApp计算结果如下。

 

过程见下图。 
 

 

 

中空玻璃由竖向(90°)变为水平(0°)时,传热系数K值明显升高,4个典型案例中升高幅度为0.359至0.68。

 

为什么会有这么大差异呢?这要从中空玻璃热工性能计算原理说起。

 

三、差异原因及示例分析
 

JGJ/T 151-2008《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》中玻璃层间气体间层对流换热系数计算原理如下。

 

 

其中与角度有关的参数是努谢尔特数Nui,计算方法如下。

 

 

由于计算比较繁琐,感兴趣的同学可自行编制Excel表格计算。

 

可以看出,玻璃放置角度影响了努谢尔特数,导致中空玻璃传热系数K值变化,是天窗/采光顶和竖向外窗传热系数K值差异的根本原因。

  

示例1中,天窗/采光顶和竖向外窗传热系数K值限值相同,均≤1.0,计算配置4中空玻璃竖向(90°)和水平(0°)时K值相差0.4。

 

假如天窗/采光顶K值要达到1.0,对应玻璃水平(0°)K值为0.744时,则同样配置玻璃竖向(90°)K值约需为0.3-0.4,事实上如不考虑真空玻璃,则几无合适玻璃可用,难以做出达标的天窗/采光顶。

示例2中,天窗的传热系数U值约为竖向外窗的2倍,应该是考虑了天窗/采光顶与竖向外窗玻璃传热特性的差异。

 

通过上述分析,显然第二种设定方式更为合理务实。 
 

四、国内天窗/采光顶热工性能研究现状
 

将天窗/采光顶和(竖向)外窗传热系数K值设定为同样限值,反映了对天窗/采光顶和竖向外窗传热特性差异的认识和研究尚显不足。

 

天窗在国内属于小众产品,采光顶虽然应用相对多一些,但对其性能的研究还不够深入。

 

国内门窗幕墙保温性能检测主要针对竖向产品,缺少天窗/采光顶产品检测手段,需要认真研究天窗/采光顶传热特性,建立科学合理的测评方法。 国内在幕墙(采光顶)节能验收时,考虑玻璃本身传热系数,为见证取样试验;这种方式以竖向玻璃传热系数K值替代了水平方向,显然与实际不符。
 

五、小结

 

综上所述,可得结论如下:

 

1、天窗/采光顶与竖向外窗玻璃传热特性不同,导致传热系数K值差异较大;天窗/采光顶和竖向外窗传热系数K值同样限值将导致部分天窗/采光顶无达标产品可用;
 

2、常见中空玻璃由竖向(90°)变为水平(0°)时,传热系数K值约升高0.359至0.68,若按玻窗比70%计,同玻璃配置时天窗/采光顶传热系数K值比竖向外窗约高出0.25~0.50;

 

3、天窗/采光顶保温性能测试手段在国内尚属于空白,考虑到水平试件热工测试的复杂性,还需要认真研究,建立科学合理的测评方法;

 

4、在天窗/采光顶保温性能测试手段尚未完善的情况下,可考虑以热工计算替代检测手段。

 

这也是GB/T 8484-2020《建筑外门窗保温性能检测方法》中“本标准适用于竖向建筑外门窗的保温性能检测”,取消2008版中“包括天窗”说法的原因。
 

标准是产品和工程的基础,不够专业、严谨必然损害其权威性,编制相关标准时应秉持战战兢兢、如履薄冰的谨慎态度,力求科学合理!



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