门窗幕墙节能基础知识 (4.3)  太阳热增益和可见光透射率 - 太阳热增益的计算

窗户太阳热增益有两个组成部分。第一个组成部分是直接透射的太阳辐射。直接进入窗户的辐射量由玻璃系统的太阳透射率决定，通过将入射辐照度乘以玻璃面积及其太阳透射率来确定。第二个组成部分是吸收的太阳辐射的向内流动部分。这些辐射被窗户的玻璃和框架材料吸收，其中一些随后被传导、对流或辐射到建筑物内部。

可见光透射率是透过窗户的太阳辐射量相对于人眼视觉反应的权重。它在物理上表示窗户的感知清晰度，并且可能与同一窗户的太阳透射率不同。

太阳热增益和可见光透射率背后的基本物理原理可能非常复杂，但如果要讨论低辐射涂层等技术，则需要有基本的了解。在存在多个玻璃和遮阳层的情况下，准确计算开窗系统的太阳得热和可见光透射率 (包括角度和光谱依赖性的影响) 非常复杂。有关如何进行此计算的完整详细信息，请参阅ISO 15099。LBNL WINDOW 7等软件整合了这些高级计算，可用于更详细的门窗幕墙分析。

前篇: 《门窗幕墙节能基础知识 (4.2) - 太阳热增益和可见光透射率 - 太阳得热系数 (SHGC)》

本篇介绍: 太阳热增益的计算

三、太阳热增益的计算

要计算太阳能通量，首先根据当地标准时间和经度计算入射角q。然后可以确定直接法向太阳辐照度E_DN、散射天空辐照度E_d、地面反射辐射E_r和总入射辐照度E_t。请注意，后两者被假定为理想的散射辐射。

穿过窗户的太阳能流可分为两部分：不透明部分 (q_op) 和玻璃部分 (q_s)。玻璃太阳能通量q_s可分为入射光束辐射 (q_b) 和入射漫射辐射 (q_d)，后者包括漫射天空辐射和从地面散射 (反射) 的辐射：

 (22)

图18显示了在没有漫射辐射的情况下，阳光照射玻璃产生的净热平衡。该净热平衡不包括室内/室外温差产生的任何热流。热平衡被描绘为叠加在热效应上。然而，这种叠加图不应被过度延伸，因为图18中所示的由对流和辐射产生的热流部分取决于与温度呈非线性的过程，因此实际上这两种效应是无法分离的。要计算它们，需要实际的玻璃 (和其他) 温度，而不仅仅是阳光引起的增量温升。

图18: 阳光照射玻璃材料的瞬时热平衡

图18显示，来自光束辐射的玻璃太阳能流由两部分组成：

 (23)

式中：

q_bt = 透射入射光束辐射引起的玻璃太阳能通量

q_ba = 吸收光束辐射向内热流引起的玻璃太阳能通量

入射光束辐射引起的玻璃太阳能通量计算如下:

 (24)

其中，光束太阳得热系数由公式 (12) 或 (13) (见《门窗幕墙节能基础知识 (4.2) - 太阳热增益和可见光透射率 - 太阳得热系数 (SHGC)》) 给出。如果需要分别计算太阳辐射和热通量，则计算玻璃透射太阳通量 (沿入射方向传播的太阳辐射)，公式如下:

 (25)

以及向内流动的吸收的太阳通量 (热量)，其来自:

 (26)

这些方程中的T(q) 和A^f(q) 的值可以在表10中找到，而N_k的确定则在“太阳得热系数计算”部分 (见《门窗幕墙节能基础知识 (4.2) - 太阳热增益和可见光透射率 - 太阳得热系数 (SHGC)》)  中讨论。

注: 表10由于内容较多所以没有贴在文章中，有需要的可以私信我。

对于漫射辐射，

(27)

式中：

q_dt = 透射入射漫射辐射引起的玻璃太阳能通量

q_da = 吸收漫射辐射向内热流引起的玻璃太阳能通量

由漫射入射辐射引起的玻璃太阳能通量计算如下:

 (28)

其中，半球平均太阳得热系数由公式 (15) (见《门窗幕墙节能基础知识 (4.2) - 太阳热增益和可见光透射率 - 太阳得热系数 (SHGC)》) 计算得出。太阳辐射和热通量可分别通过以下公式计算:

 (29)

这是扩散分布的太阳辐射 (请注意，玻璃尺寸和厚度的有限影响被忽略)，并且

 (30)

门窗幕墙不透明元素

不透明部分太阳能通量计算如下:

(31)

其中，SHGC_op根据公式 (18) (见《门窗幕墙节能基础知识 (4.2) - 太阳热增益和可见光透射率 - 太阳得热系数 (SHGC)》) 得出。