一种建筑玻璃节能化改造后建筑节能性能评价方法与流程

1.本发明创造属于建筑节能领域，尤其是涉及一种建筑玻璃节能化改造后建筑节能性能评价方法。


背景技术：

2.在节能减排方面，能否降低住宅建筑的能耗需求，对于降低二氧化碳排放有着重要意义。住宅建筑的能耗主要集中于空调和暖气等温度调节设备的使用，如在我国南方城市，空调系统的能耗甚至高达住宅建筑整体能耗的40%-60%。
3.建筑材料，尤其是门窗部件的隔热性能差是建筑能耗较高的原因之一。这主要是源于玻璃对热辐射的防护较差：一方面，玻璃为了美观透明，要尽可能保证其对入射光线的高透过率。而另一方面，这些透过的入射光中所带的光子能量会同时以热辐射的形式入射到室内或室外，从而造成能源流失。
4.为了提高玻璃的节能效率，目前最成熟的方法是通过提高玻璃对红外线的反射性能来实现节能，即low-e玻璃，也被称为低发射玻璃。这种玻璃通过在真空条件下，将银层蒸镀在玻璃内侧，形成银膜，通过反射作用来实现对不同波长入射光的选择性反射。然而，在实际使用中，low-e玻璃表面银层会发生氧化并失去节能效果，而low-e玻璃的生产过程只能在工厂的生产线上进行，对于已安装到建筑门窗上的玻璃是无法进行后续改造的，因此，需要额外进行节能化改造处理。
5.目前，市场上常见的节能化改造方式有两种，一种是涂刷断热涂层。其原理是利用某些材料的特殊性质，对太阳光的红外线与可见光进行筛分。通过选择性地吸收红外线，透过可见光来实现透明隔热功能。这种方法可以通过简单地现场涂刷方式进行施工。另一种方式是将双层玻璃换装具有选择性红外阻隔性能的夹胶玻璃，通过对红外线的选择性透过来实现隔热性能。
6.针对如何对建筑玻璃节能化改造后建筑的节能性能进行评价，对节能化改造具有重要意义。目前，关于建筑玻璃节能化改造后建筑节能性能评价方法主要有gb/t 36261—2018《建筑用节能玻璃光学及热工参数现场测量技术条件与计算方法》，该标准提出了多种建筑用节能玻璃在现场参数的测试方法，该标准针对的是玻璃窗单独的性能测试方法，但并未对建筑物整体节能性能进行表征。现有对建筑节能的计算标准通常为建筑的设计标准。在实际建筑节能改造过程中，通过对门窗玻璃进行改造处理后，对整体建筑物节能的改善情况是无计算标准可循的。
7.建筑整体节能化改造后，其节能性能的改善情况受多种因素影响，这包括：建筑所在地理位置，当地日照条件影响，天气气象条件影响，楼层门窗位置日照条件影响，门窗玻璃结构，玻璃表面银层老化情况等多种因素影响。因此，需要一种方法更为精确的方法对建筑的节能化改造前后节能性能进行测算评价。然而，由前文分析可知，通常对建筑节能性能的计算方法较为粗糙，不适用于建筑节能改造后节能性能的分析。


技术实现要素：

8.有鉴于此，本发明创造旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种建筑玻璃节能化改造后建筑节能性能评价方法。
9.为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：一种建筑玻璃节能化改造后建筑节能性能评价方法，包括如下步骤：步骤一：统计建筑每月建筑所在地区上一年的当日日平均气温高于冷气开启阈值温度的天数，计算温度系数δ
tempi
；步骤二：计算日照系数δj，δj表示每面玻璃在以8小时日照标准模型中受到的实际日照比例；步骤三：对建筑物玻璃门窗样品节能改造效果进行测试，得到断热阻隔系数δ
insu
；步骤四：按下式计算出每块玻璃改造后每月额外减少的电量e
ij
；单位为kw
•
h，
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式1；式中，ssr
(x,y,i) 为根据建筑所在地区的经纬度坐标（x，y）得到的月平均短波辐射数据，单位为w/m2；sd
(x,y,i) 为建筑所在地区的每月的标准日照时长，单位为h；sj为对建筑以及周边建筑进行日照建模分析后确定的每面玻璃窗面积，单位为m2；步骤五：按下式计算该建筑全年节约电能e，单位为千瓦时：
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式2。
10.优选的，所述步骤三中建筑物玻璃门窗样品节能改造效果的测试方法为实地在线测试，具体测试方法为：在待改造建筑当地，选取一块日照良好的门窗玻璃，对其进行部分节能化改造，选取一晴朗无云天气，当太阳接近直射时，利用太阳辐照测试仪分别测量已改造的太阳辐射强度d
改造前
，单位为w/m2，以及未改造端的太阳辐射强度d
改造后
，单位为w/m2，并根据式3计算断热阻隔系数：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式3。
11.优选的，所述步骤三中建筑物玻璃门窗样品节能改造效果的测试方法为实验室离线测试，具体测试方法为：获得2块尺寸为40
×
40 mm的玻璃样品，对其一进行节能化改造，采用紫外可见分光光度计分别对两个样品的透过率进行测试，并获得波长-透过率谱线，测试范围为280 nm至2500 nm，步长为5-10 nm，然后根据式4分别计算改造前和改造后的玻璃样品对太阳光的透过率δ
trans(改造后)
与δ
trans(改造前)
：
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式4；其中，t(λ)为玻璃样品测试得到的光谱透过率，τ
sun (λ)为am1.5太阳光谱数据，由此，通过式5计算其差值得出断热阻隔系数：δ
insu =δ
trans(改造前)-δ
trans(改造后)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式5。
12.优选的，步骤一为根据建筑自身规定，确定冷气开启阈值温度t0，单位为℃，根据建筑所在地区上一年的当日日平均气温temp，单位为℃，统计每月中当日日平均气温高于t0的天数，ni，并根据式6计算出温度系数δ
tempi
：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式6式1中，n
0i
为每月总天数。
13.优选的，步骤二为确定每日日照时数tj，单位为h，再根据式7计算出其日照系数δj：δj=tj/8
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式7。
14.优选的，所述评价方法可进一步计算得到碳排放减少量，所述碳排放减少量的计算公式如式8所示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式8。
15.本发明还提供一种终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述建筑玻璃节能化改造后建筑节能性能评价方法的步骤。
16.相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：（1）本发明的评价方法能够具体问题具体分析，能够根据建筑物自身的地理位置，当地日照条件，天气气象条件，楼层门窗位置，门窗日照条件，门窗结构，门窗表面银层氧化情况等诸多因素的影响，具体、精确地分析该建筑进行节能化改造后的节能效果。
17.（2）本发明的评价方法能够直观地将建筑物节约电能带来的经济效益，节约碳排放带来的环境效益，与节能改造所需的成本花费相联系，从而直观地指导消费者是否进行节能化改造决策。
18.（3）本发明的评价方法操作简单，方便非专业人士进行分析，易于推广应用。
附图说明
19.图1为实施例中购物广场以及周边建筑的模拟图；图2为实施例中每月节约电量图。
具体实施方式
20.下面结合附图给出本发明一种建筑玻璃节能化改造后建筑节能性能评价方法的具体实施过程，并予以详细描述。
21.下面结合实施例来详细说明本发明创造。
22.本发明一种建筑玻璃节能化改造后建筑节能性能评价方法，具体包括如下步骤：步骤一：用常规方法查询以下气象信息，这包括：建筑所在地区的经纬度坐标（x，y）；建筑所在地区的月平均短波辐射数据：ssr
(x,y,i)
, 单位为w/m2。该参数的物理意义为到达经纬度坐标为（x，y）位置的地球表面的太阳辐射量。
23.建筑所在地区上一年的当日日平均气温数据：temp，单位为oc。需要说明的是，该温度为地表上空2 m出的空气温度。
24.建筑所在地区的每月的标准日照时长：sd
(x,y,i)
,单位为h。该参数也被称为峰值日
照时长，该参数为在所述期内的太阳辐照度累计总量折算成标准测试条件下(辐照度1000 w/m2)持续的时长。通常以该参数来表征当地的气候和描述过去的天气状况。
25.步骤二：根据建筑自身具体规定，确定冷气开启的阈值温度：t0，单位为oc，即当当日日平均温度(temp)高于阈值温度（t0）时，建筑内开启空调制冷降温，并根据阈值温度（t0）与上一年度当日日平均温度（temp）数据，统计出每月温度高于阈值温度的天数，ni，并根据式1计算出温度系数:
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式1其中，为每月温度高于阈值温度的天数，为每月总天数。如前文所述，节能化改造的实质是通过透过门窗的太阳辐射能量的透过来降低空调制冷需求，以此来降低消耗的电能；而当当日气温低于阈值温度时，则无制冷需求，也不涉及节能。因此，该温度系数的意义为每月的真实节能需求天数占每月总天数的比例。
26.步骤三：对待改造建筑以及周边建筑进行日照建模分析，并确定每面玻璃窗面积（，单位m2）以及每日日照时数（，单位h），再进一步计算出其日照系数。
27.其中，表示每扇窗户在以8小时日照标准模型中受到的实际日照比例，该参数反映了建筑物朝向，楼层以及周围建筑物是否会遮挡其采光的影响。
28.步骤四：采用实地在线测试，或者实验室离线测试的方式，对建筑物玻璃门窗样品节能改造效果进行测试。这里，实地在线测试具体操作方法是在待改造建筑当地，选取一块日照良好的门窗玻璃，对其进行部分节能化改造。选取一晴朗无云天气，当太阳接近直射时，利用太阳辐照测试仪分别测量已改造()与未改造端()的太阳辐射强度，并计算断热阻隔系数如式2所示。
29.ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式2实验室离线测试方法为：获得2块尺寸为40x40 mm的玻璃样品，对其一进行节能化改造。采用紫外可见分光光度计分别对两个样品的透过率进行测试，并获得波长-透过率谱线，测试范围为280 nm至2500 nm，步长为5-10 nm。然后，根据式3分别计算其对太阳光的透过率：与。
30.ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式3其中，为玻璃样品测试得到的光谱透过率，为am1.5太阳光谱数据（astm g173-03 reference spectra
ꢀ‑ꢀ
global tilt）。由此，通过计算其差值可以进一步计算出断热阻隔系数，即。
31.这种实地在线测试与实验室离线测试透过率的方式可以反映出建筑物本身窗户结构（如双玻中空玻璃，“三玻两腔”的双层中空结构等等）的影响以及建筑物玻璃表面银层氧化的影响，从而直观地反映出进行玻璃节能化改造后的节能效果。现有标准和现有技术中缺少对这些影响因素的考量。
32.步骤五，评估确定该建筑内空调的制冷效率，eer，最终，根据上述数据以及断热阻隔系数测试方法，可以计算出每块玻璃改造后每月可额外减少的电量（，单位kw
•
h），如式4与式5所示。
33.实地在线测试时：
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式4实验室离线测试时：
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式5该计算方法实质是指当外界温度高于阈值温度时，在考虑了建筑所在地理位置，当地日照条件影响，天气气象条件影响，楼层门窗位置日照条件影响，门窗结构，等多种因素影响下，计算出实际入射到室内的能量减少了多少。若空调制冷效率良好，设备能正常工作，那么当屋内温度恒定时，可以减少空调向屋内等额输出的制冷量，由此，可以计算出节能化改造后建筑每月节约的电能。
34.步骤六，根据每月每块玻璃节点情况，计算该建筑全年节约电能（e，单位千瓦时），并进一步计算由节电带来的碳排放减少量。该建筑全年节约电量可通过各月各玻璃累加计算获得，计算公式如式6所示。
35.ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式6碳排放的减少量主要是根据节约等量电能折算得到的，按照每节约1度电可减少0.785千克二氧化碳排放计算。因此，建筑进行节能化改造后，可因减少电能消耗降低的碳排放量为。
实施例
36.以常州市某购物广场为例，具体说明本方法的计算过程：步骤一，该区域的经纬度坐标为33on，120oe，其2020年日照强度数据，月标准日照时长数据，日平均温度数据如表1和表2所示。
37.表1 常州市2020年日照辐射数据与标准日照时长数据表月份月平均短波辐射强度(ssr,w/m2)月标准日照时长(sd,h)181.8969.652128.65103.223152.91129.954205.3169.155219.38186.736197.83163.097159.41136.138183.35156.529181.6150.07
10155.29132.1711109.2390.0112102.5687.87表2 常州市2020年日平均气温数据表步骤二，根据该购物广场管理规定，当当日平均温度超过20度时，广场会开启空调制冷，因此，设定t0=20℃，由此计算出每月高于温度阈值的天数与温度系数，结果如表3所示。
38.表3 每月t》t0天数与温度系数月份t》t0天数(天)温度系数（δ
temp
）100.00210.04370.234200.675311.006301.007311.008311.009301.0010240.7711120.401200.00步骤三，根据当地建筑实际位置，利用建模模拟软件对该购物广场建筑日照情况进行分析，具体来说，该购物广场周围有大量高层建筑，会很大程度上影响该建筑的采光，因此，对购物广场与周边建筑进行一同分析，其结果如图1所示。由此计算出不同位置处窗
户的日照系数，如表4所示。
39.表4 日照系数与窗面面积窗面id日照系数（）窗面面积（sj，m2）1（北）0.9477.002（东）0.3156.003（南）0.0677.004（西）0.1956.005（顶）0.69352.00步骤四，该建筑的改造方式为在玻璃表面涂刷市售easyto
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1098型断热涂层，采用的现场涂刷样品玻璃后，进行实地在线测试的方式测定其节能化改造效果，涂刷前透过玻璃后的日照强度测得860 w/m2，涂刷后日照强度降低至 260 w/m2。根据式2计算得出断热阻隔系数为0.7。
40.步骤五，当地空调为一级能耗，eer按照国标取3.6，由此计算出整个建筑进行节能化改造后，每月节约电量见表5和图2。
41.表5 每月节约电量月份节约电量（kw
•
h）10210831192.346230.5511036.568687.175852.887742.597342.2104428.5111070.8120步骤六，若将该购物广场全部穹顶和外墙玻璃进行节能改造，计算该建筑全年节约电能：=53691.2 kw
•
h，即每年可节约约53700度电，因节电带来每年的直接经济效益可达约53700元，每年可减少约42154.5千克二氧化碳排放，而一棵树每年可吸收约18.3千克二氧化碳，因此，对该购物中心的节能化改造相当于额外种植了约2303棵树。
42.以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。