1模拟计算软件和研究模型
1.1单片涂膜玻璃光学热工性能研究通过模拟计算，可以得到不同膜层的单片涂膜玻璃的性能参数大小，其1#面和2#面光学热工性能参数有所不同，具体参数性能见表1。从表1可以看出，对单片玻璃而言，膜层位置对可见光透射比、紫外线透射比没有影响。膜层位于室内侧时太阳能总透射比、冬季传热系数、夏季传热系数和遮阳系数均有降低，分别降低约7.4%，25.9%，37.1%和19.8%。由此看出膜层位置对传热系数和遮阳系数的影响比较大。1.2建筑外窗热工性能模拟软件和研究模型为研究涂膜隔热玻璃对建筑外窗的节能效果影响，本文采用粤建科MQMC建筑门窗玻璃幕墙热工计算软件对整窗进行了光学热工性能模拟计算，研究对象为56系列内平开隔热铝合金窗和60系列内平开塑料窗，分格及尺寸见图1。这两种系列的窗夏季和冬季标准计算边界条件设置如下:夏季:室内空气温度和平均辐射温度为25℃，室外空气温度和平均辐射温度为30℃，室内对流换热系数3.6W/(m2·K)，室外对流换热系数16W/(m2·K)，太阳辐射照度为500W/m2。冬季:室内空气温度和平均辐射温度为20℃，室外空气温度和平均辐射温度为－20℃，室内对流换热系数2.5W/(m2·K)，室外对流换热系数16W/(m2·K)，太阳辐射照度为300W/m2。1.3整幢建筑物能耗模拟计算软件和研究模型为研究涂膜隔热玻璃外窗对整幢建筑物的能耗和节能影响，采用PKPM建筑节能系列软件，对天津、上海、广州三个典型城市进行了能耗计算分析。由于三个地区的地理气候差异，国家标准规定的这三个地区的建筑能耗指标各不相同，天津市属于寒冷(B)区，以建筑物耗热量作为节能指标;上海市属于夏热冬冷地区(Ⅲ区)，建筑的能耗以年耗电量为评价指标，包括年采暖耗电量和年空调耗电量两部分，广州市属于夏热冬暖地区(南区)，依据广东省的建筑能耗评价标准，广州市建筑仅考虑夏季空调能耗，以空调耗电量为指标［7—10］。计算采用典型的居住建筑作为模型，该典型建筑模型图见图2，该建筑模型共6层，总高度16.80m，建筑结构类型为砌体结构，体积为4287.30m3，建筑面积1531.18m2，建筑表面积1486.23m2，体形系数为0.35。由于计算目的只是用来比较不同玻璃窗的节能效果，评价围护结构中窗构件对整个建筑物节能的影响，忽略其他围护结构构件的影响，因此节能计算参数值设置时，只改变外窗传热系数和遮阳系数两个参数，其他围护结构热工参数设为定值。
2模拟计算结果及分析
2.1不同涂膜位置的涂膜隔热玻璃对建筑外窗的节能影响为研究不同涂膜位置的涂膜隔热玻璃对建筑外窗的节能影响，共采用10种不同玻璃配置的中空玻璃窗进行热工性能模拟计算，玻璃具体配置情况及计算结果见表2。从表2中可以看出，涂膜隔热玻璃的涂膜位置对可见光透射比无影响，但对传热系数和遮阳系数的影响较大。涂膜位置在4#面时，传热系数最小，其次是1#面、2#面和3#面;涂膜位置在1#面时遮阳系数最小，其次是2#面、3#面和4#面。56系列内平开隔热铝合金窗中，涂膜中空玻璃窗与普通中空玻璃窗相比，传热系数最大可减少12.1%，遮阳系数最大可减少56.2%。60系列内平开塑料窗中，涂膜中空玻璃窗与普通中空玻璃窗相比，传热系数最大可减少12.4%，遮阳系数最大可减少55.1%。2.2涂膜隔热玻璃对不同地区典型建筑的节能影响为研究涂膜玻璃外窗对整幢建筑物的能耗和节能影响，计算时外窗的热工性能参数选用表4中10种窗的传热系数和遮阳系数值。天津市典型建筑的耗热量、上海市典型建筑的年耗电量、广州市典型建筑的年空调耗电量计算结果分别如表3、表4、表5从表3中的数据可以看出，天津市典型建筑涂膜隔热玻璃窗膜层在4面时建筑物耗热量最低，节能效果最好。对于56系列内平开隔热铝合金窗，涂膜中空玻璃窗与普通中空玻璃窗相比，建筑物总耗热量可最多减少18.0%，折合到单位建筑面积上单位时间内通过建筑围护结构的传热量最多减少19.6%，折合到单位建筑面积上单位时间内通过门、窗的传热量最多减少34.8%。对于60系列内平开塑料窗，只有膜层在4面时，涂膜中空玻璃窗与普通中空玻璃窗相比建筑物的耗热量有所降低，但降低幅度较小。从表4中可以看出，对上海市典型建筑，该涂膜隔热玻璃窗膜层在1#面时节能效果最好，8种不同玻璃配置的涂膜隔热玻璃窗都可以使建筑能耗降低，但膜层位置影响节能效果。对于56系列内平开隔热铝合金窗，涂膜中空玻璃窗与普通中空玻璃窗相比，总耗电量、采暖耗电量和空调耗电量最大可分别减少15.6%、4.72%和56.9%。对于60系列内平开塑料窗，总耗电量、采暖耗电量和空调耗电量最大可分别减少13.3%、3.14%和26.6%。由此可见，该涂膜玻璃对采暖耗电量的影响不大，但可以显著降低空调能耗。从表5中可以看出，对于广州市典型建筑，4种不同位置膜层的涂膜玻璃窗均可以使空调耗电量降低，膜层在1#面时节能效果最好，膜层在4#面时节能效果最差。涂膜中空玻璃窗与普通中空玻璃窗相比，对于56系列内平开隔热铝合金窗，空调耗电量最多可以降低24.3%，最少可以降低7.86%，对于60系列内平开塑料窗，空调耗电量最多可以降低21.3%，最少可以降低7.55%。
3结论
由上述模拟计算结果分析可以看出，该纳米涂膜隔热玻璃的膜层位置影响整窗的热工性能及整个建筑物的建筑能耗。对于整窗系统，膜层位置主要影响传热系数和遮阳系数两个性能参数，且对遮阳系数的影响远大于传热系数，涂膜位置在1#面时，遮阳效果最好，涂膜位置在4#面时保温效果最好。通过对天津、上海、广州三个典型气候区进行建筑能耗分析可知，为达到最优的节能效果，不同的气候区应选择的涂膜位置有所不同，对于天津应选择膜层在4#面，上海和广州应选择膜层在1#面。综上所述，对建筑外窗进行节能设计时，对于以建筑物耗热量作为节能指标寒冷地区，应主要考虑窗的保温性能，选择传热系数小的涂膜玻璃窗;以年耗电量为指标的夏热冬冷地区，应综合考虑窗的保温性能和遮阳性能，选择传热系数和遮阳系数都较小的涂膜玻璃窗;对于仅考虑夏季空调能耗的夏热冬暖地区应重点考虑窗的遮阳性能，选择遮阳系数小的涂膜玻璃窗。
作者：王丽丽 王洪涛 孙诗兵 万成龙 单位：北京工业大学材料科学与工程学院 中国建筑科学研究院
