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太阳得热系数与遮阳系数

来源:2020-2021分析报告  作者:刘忠伟  日期:2021-7-28
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    太阳的表面温度大约6000℃,内部温度更高。太阳光是地球上几乎一起生命所需热量的来源,因此一般认为太阳光“很热”。现代科学认为,热是组成物质分子的热运动。根据斯蒂芬—波尔兹曼定律,任何物体,只要温度在0K以上,由于分子的热运动,每时每刻都在辐射电磁波,无需介质。

  本篇文章内容由[中国幕墙网tmkj.net]编辑部整理发布:

  一、 光与热

  太阳的大约6000℃,内部温度更高。太阳光是地球上几乎一起生命所需热量的来源,因此一般认为太阳光“很热”。现代科学认为,热是组成物质分子的热运动。根据斯蒂芬—波尔兹曼定律,任何物体,只要温度在0K以上,由于分子的热运动,每时每刻都在电磁波,无需介质。其辐射的能量为:

  太阳光中虽然没有热量,但是太阳光有热效应,即太阳光照射在物质表面上,物质吸收太阳光子获得能量,使得物质中分子的热运动加剧,温度升高,特别是太阳光中的近红外线的热效应更显著。这也就是太阳光温暖地球的机理。

图一太阳光谱和波谱

  按照斯蒂芬—波尔兹曼定律,只要高于0K,如何物质都在辐射热辐射,人们所在的空间充满了热辐射。北方冬季,人们主要采用暖气,暖气使得房间温暖的主要途径就是暖气向其周围不断发射热辐射。由于热辐射位于远红外线,人们只是看不见而已,但是远红外线无时不刻环绕在人们周围。

  二、 传热机理及表征方法

  图二是的光谱图。由图二可见,玻璃对于太阳光几乎是完全透明的,而对于热辐射则是完全不透明的,这也是玻璃能够作为维护材料使用的根本原因。试想,如果玻璃对于热辐射是透明的,那么对于热量即没有室内外之分,热量在室内外之间传递没有任何阻力,玻璃也就不能作为维护材料使用了。

图二浮法玻璃光谱图

  图三表示了浮法玻璃对于太阳光的传播特性。

图三浮法玻璃太阳光传播

  图中显示,85%的称为太阳光的一次透射比或直接透射比,这85%透过的是太阳光。2%的透射比称为二次透射比或再次透射比,这2%透过的就不是太阳光了,虽然它源于太阳光,但它是玻璃吸收部分太阳光,使得自身温度升高,向室内发射的热辐射,即这2%透过的是远红外线。太阳光一次透射比加上二次透射比称为。

  设太阳光的辐射照度为 ,玻璃的太阳光总透射比为G,则单位时间通过玻璃单位面积进入室内的为E:

  太阳光总透射比完美、准确地表征了玻璃对于太阳光的透过性能,即表征了太阳光对室内的热效应。

  《建筑玻璃、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关玻璃参数的测定》GB/T2680—94是参照ISO9050—1990标准制订的。在该标准中,虽然给出了玻璃太阳能总透射比这一参量,但是仅仅将其作为过程量使用,表征玻璃太阳光透过性能采用的是。玻璃系数的定义是:玻璃太阳光总透射比与3mm透明玻璃太阳光总透射比理论值0.889的比值。此后我国建筑和玻璃幕墙的太阳光透过特性,《公共准》GB50189—2005也采用遮阳系数表征玻璃幕墙和遮阳系统对太阳光的透过性能。

  如采用遮阳系数,设太阳光的辐射照度为 ,玻璃的遮阳系数为S,则单位时间通过玻璃单位面积进入室内的太阳能为E:

  G为玻璃的太阳光总透射比,公式(3)恢复的公式(2)。由此可见,遮阳系数的引进纯属多此一举。

  《玻璃幕墙计算规程》JGJ/T151—2008是参考ISO15099、ISO10077和ISO9050制订的。在该标准中采用了遮阳系数,但与GB/T2680不同的是,该标准3mm透明玻璃太阳光总透射比的理论值采用0.87。玻璃太阳光总透射比是绝对值,一块玻璃只有一个值。而遮阳系数是相对值,同一块玻璃采用GB/T2680是一个值,采用JGJ/T151是另外一个值。

  《》GB50189—2015版摒弃遮阳系数,采用 ,对于玻璃而言,太阳得热系数即是玻璃太阳光总透射比。由于《公共标准》GB50189—2015是建筑行业节能设计的纲领性标准,其他相关节能标准将会陆续采用太阳得热系数替代遮阳系数。

  三、 的太阳得热系数

  透明幕墙一定是玻璃幕墙,但透明幕墙除玻璃外,还有等非透明部分。设照度为 ,幕墙玻璃的太阳光总透射比即太阳得热系数为G,幕墙玻璃面积为 ,幕墙型材太阳辐射为 ,型材的为 ,型材的面积为 ,幕墙外为 。根据牛顿定律,由室外传入室内的热量为:

  对于玻璃,太阳得热系数即是玻璃的太阳光总透射比。对于透明幕墙,太阳得热系数也可理解成太阳光总透射比,只不过此时的非透明部分的太阳光直接透射比为零,透明部分和非透明部分按面积进行了计权平均。

  四、结束语

  名词术语的定义非常重要,理解其物理内涵更重要,只有准确理解其物理内涵,应用时才会正确。

作者单位:北京中新方建筑科技研究中心

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专家介绍

 刘忠伟

铝门窗幕墙委员会专家组

工作单位:北京中新方建筑科技研究中心

技术职称:教授级高级工程师,工学博士

专业:1.建筑幕墙设计与计算。 2.建筑幕墙应用技术咨询;《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113主编。

专长:建筑玻璃应用科学与技术、建筑物理、建筑节能、建筑幕墙、门窗等专业的设计与研究。

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