技术贴NO61丨系统门窗中的SHGC值概念

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技术流

（第61期）

01

“什么是SHGC值”

GB50189-2015《公共建筑节能设计规范》、JGJ26-2010《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》、JGJ134-2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》、JGJ 75-2012《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》中，对于建筑立面，不同的窗墙比的玻璃材料，都有遮阳系数Sc或者太阳得热系数SHGC的具体参数限制。

SHGC可以直接计算或测量,遮阳系数Sc无法直接计算或测量，只可以从SHGC换算。遮阳系 数Sc起初是作为一个单一数值来比较玻璃对太阳得热的控制能力，简单但不够精确。Sc只定义了窗户玻璃这部分的太阳得热能力(Scg)，整窗遮阳系数 Scw是以玻璃Scg乘以玻窗比来计算，也就是忽略了窗框的影响。Sc还可以用来表征一定范围太阳方位角下玻璃的太阳得热性能，但是当太阳入射角较大时，精度上就得不到满足。美国已经废除了遮阳系数这个概念。

目前国内普遍采用SHGC值来进行建筑能耗分析, 国内2015版GB50189《公共建筑节能设计标准》中，外窗的Sc值也由SHGC值替换了，两者关系如公式(10)，0.87是3mm透明玻璃的SHGC。

在自然条件下，太阳辐射包括直接辐射和漫射辐射，直接辐射相对于玻璃表面有一定角度，而且角度随时间变化。SHGC也是基于理想化的环境条件，在SHGC的定义中，仅考虑直接太阳辐射，并且太阳辐射方向和玻璃表面垂直。美国NFRC标准体系中SHGC标准用于门窗系统评级，玻璃的SHGC计算是标准的一部分，使用数值计算法求解每个节点的温度和热流量，太阳照度被定义为783 W/㎡，可用WINDOW软件直接计算玻璃的SHGC值，使用计算公式(11)。

玻璃的SHGC值增大时，意味着可以有更多的太阳直射热量进入室内;减小时，则将更多的太阳直射热量阻挡在室外。SHGC值对节能效果的影响，是与建筑物所处的不同气候条件相联系的。在炎热气候条件下，应该减少太阳辐射热量对室内温度的影响，此时需要玻璃具有相对低的SHGC值。而在寒冷气候条 件下，应充分利用太阳辐射热量来提高室内的温度，此时需要高SHGC值的玻璃。

根据图6，我们从太阳得热原理来分析，太阳得热Q应该包括直接透射得热和二次得热，如公式(12)。

ISO 9050-2003《建筑玻璃、光透率、日光直射率、太阳能总透射率及紫外线透射率及有关光泽系数的测定》仅适用于玻璃SHGC评级，使用解析法，并未具体计算温度分布，不需要知道太阳照度，使用计算公式(13)。太阳能透射比和反射比是光学性质，只有热辐射，没有对流和传导。内流分数N是一个热学性质，同时有辐射、对流和传导。综上，SHGC的二次得热原理和U值的传热原理几乎一样。

02

“玻璃SHGC值”

通过分析表1中SHGC值对比可以看出，增加玻璃层数、增大中空层厚度、Low-e镀膜可以有效降低SHGC值，使用Low-e膜是目前最有效的降低SHGC值的措施。Low-e膜通过两种机制影响SHGC值：a.改变玻璃在太阳光谱范围内的光学性质，例如降低太阳能透射比 ;b.降低内流分数(N)，使较少热量传到室内。前者是主要作用，后者是次要作用。

如图7所示，对于双层中空玻璃Low-e膜位置不影响U值，但会影响SHGC，在表1中也已经验证过。Low-e膜不管位于#2表面还是#3表面，太阳能透射比 并没有改变。膜位于#2表面时，太阳能吸收比 较高，但是总体SHGC较低，因为内流分数较小，较多热量被吸收，但较少被传到室内，SHGC较低，适用于常年制冷地区。膜位于#3表面时，太阳能吸收比 较低，但是总体SHGC较高，因为内流分数较大，较少热量被吸收，但较多被传到室内，SHGC较高，适用于常年采暖地区。

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“窗框SHGC值”

铝窗框对于太阳辐射是不透明的，但热量一定会从高温侧传递到低温侧，所以太阳热量可以通过窗框以二次得热的形式传递。窗框SHGC值可以被认为是一种没有直接太阳透射的特例，太阳能透射比=0，只考虑二次传热，如图8所示。

在JGJ/T 151-2008《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》7.6中窗框SHGC值使用公式(14)：

由公式(14)得出两种降低太阳得热的方法：a.降低窗框的表面太阳能吸收系数，比如采用浅色外表面；b.提高窗框的保温性能降低U值，比如增加隔热条宽度、增加发泡。

通过公式(14)计算三个系列的框扇组合部分框的SHGC值，如表4所示。综上，降低窗框U值，也可以降低窗框的SHGC值，65系列隔热断桥铝窗与40系列普铝窗相比，窗框SHGC值降低了47.9%；91系列隔热断桥铝窗与40系列普铝窗相比，窗框SHGC值降低了80.0%。

04

“整窗SHGC值”

JGJ/T 151-2008《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》3.4.1中规定了整窗SHGC计算使用公式(15)：

在分别模拟了三个系列框、中梃、梃扇部分SHGC值(具体计算步骤不再赘述和展示)，按照公式(15)搭配不同配置的玻璃来计算整窗的 SHGC值，计算出三个系列整窗SHGC值(如表5)。对比表5中数值可以得出，不管是优化玻璃配置还是增加窗框的保温性能都有助于降低整窗的SHGC。采用相同配置玻璃时，65系列隔热断桥铝窗与40系列普铝窗相比，整窗SHGC值降低了9.3%；91系列隔热断桥铝窗与40系列普铝窗相比，整窗SHGC值降低了16.3%。

05

“总结”

门窗的保温隔热性能主要通过U值和SHGC值来体现，保温性能由U值大小决定，隔热性能由SHGC值大小决定。

整窗U值与玻璃U值、窗框U值、间隔条选用以及玻窗比有关，整窗SHGC值与玻璃SHGC值、窗框SHGC值以及玻窗比有关。在常年取暖或者采暖能耗高于制冷能耗地区，节能型门窗具有相对低的U值和相对高的SHGC值;在常年制冷或者制冷能耗高于采暖能耗地区，节能型门窗具有相对低的U值和相对低的SHGC值。但是U值和SHGC值并不是两个完全没有关系的数值，对于玻璃来说，大部分降低U值的措施都是可以降低SHGC值的，但两者之间并没有绝对性关系，Low-e膜位置对SHGC值起着决定性作用;对于不透明的窗框来说，SHGC值与U值成正比关系。

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