LOW-E玻璃與清玻璃的室內舒適度、空調耗電差異性分析(第78期)

2024/12/20 作者： 陳俊貴 林大惠-國立成功大學能源科技與策略研究中心、黃星雲-國立成功大學機械工程學系、余培煜 蘇梓靖 鄭忠志 林奉怡-財團法人工業技術研究院綠能與環境研究所

摘要

本研究探討建築玻璃窗面向西南，空間規模及使用情境相仿的兩房間窗玻璃分別採LOW-E玻璃、清玻璃時的室內舒適度與空調耗電差異。研究結果顯示，採用LOW-E玻璃能減少日射熱量進入室內，降低室內玻璃表面熱流，達隔熱效果。採用LOW-E玻璃房間的空調耗電較採用清玻璃房間空調耗電減少約16%，也具有較佳的室內舒適度。

 

前言

2023年的國內住宅與服務業部門的電力消費佔整體的36.1% [1]；若將住宅與服務業部門的建築用電依項目分類，其中電力消費主要在於空調用電，其次依序為插座用電、照明用電、其它用電。因此住宅與服務業部門不論是建築整體節能或是空調系統節能，皆成為相當重要的議題，如何在建築設計或改善時，兼顧個別系統與系統整合效率，對於設計或改善結果最終是否有效節能至關重要。如目前市面對於窗戶的隔熱性能改善，大多選擇隔熱膜或節能玻璃等產品。國內的綠建材評估手冊[2]有制定各項數據須符合的標準，如遮蔽係數 Sc 值(shading coefficient)，節能玻璃之遮蔽係數評定基準為Sc值≦ 0.35。

由於國內建築樣態多元、使用型態各有不同，各類建築節能潛力各有差異，相同技術或材料在不同的建築案例應用時的節能效益常有落差，特別是採用節能建材之節能效果又間接依附在空調使用條件之下，呈現複雜難以具體量化之態勢。因此本研究以「亞熱帶綠能建築技術研發測試平台SPINLAB」探討LOW-E玻璃、清玻璃的室內舒適度與空調耗電影響。

 

實驗配置

本研究的實驗參數，如表一，並以「亞熱帶綠能建築技術研發測試平台SPINLab」[3]進行測試；主要探討LOW-E玻璃、清玻璃的室內舒適度與空調耗電影響。表二為清玻璃與的LOW-E玻璃光學性質表。實驗情境以辦公空間為模擬情境，建築座向西南、A, B兩室以相同配置佈置(如圖一所示)，單側牆面的開窗率為40%、分別有4張辦公桌椅、2個假人與電腦發熱器、4個溫濕度感知器(距離地面170公分)、2個熱舒適指標PMV(Predicted Mean Vote)量測設備、室內空調機為HITACHI RAS-110NJP。空調開啟的設定溫度為26oC，風速設定強，開啟時間為8點到18點。

前述所謂PMV(Predicted Mean Vote)熱舒適指標是1970年代由堪薩斯州立大學和丹麥技術大學的Povl Ole Fanger教授所開發，而後被各國廣泛使用的熱舒適模型。該模型以量測氣溫、平均輻射溫度、空氣速度、濕度，並依情境代入人體代謝率和著衣量，綜合計算指標，指標值+3、+2、+1、0、-1、-2、-3分別依序表示：熱、溫暖、微溫、中性、微涼、涼、寒冷；一般定義-0.5 <PMV <+0.5為舒適範圍。

 

表一、實驗參數表

玻璃種類

LOW-E玻璃

( A室)

清玻璃

(B室)

使用情境辦公室 
建築座向西南 
空調設定溫度與開啟時間26℃ (風速強) 早上8點至下午18點 
空調機種HITACHI RAS-110NJP 
室內熱負載2人+2台電腦(辦公室情境)共1kW 
單側牆面開窗率40% 

表二、玻璃光學性質表

檢測項目LOW-E玻璃 (24 mm)清玻璃 (12 mm)
1. 可見光穿透率(380nm～780nm)50%85.82%
2. 可見光反射率(380nm～780nm)16%7.44%
3. 日光穿透率(300nm～2500nm)23%66.92%
4. 日光反射率(300nm～2500nm)32%6.17%
5. 遮蔽係數Sc0.310.849
6. 總熱傳係數U (W/m2-K)1.205.534

 

圖一、實驗情境佈置

結果與討論

圖二顯示建築座向西南的溫度變化數據圖，戶外全天溫度約在25.9至35.8oC；A室(LOW-E玻璃)的AC全天溫度變化約25至28oC，A1至A4的全天溫度變化約在24.1至28.9oC，A1與A2的溫度變化高於A3與A4，此現象是由於A1與A2靠近玻璃開口部，受到陽光與戶外溫度影響較為顯著，因此溫度變化會高於A3與A4。A1至A4的平均溫度，如圖二的A room曲線所示。

B1至B4的全天溫度變化約在24.1至29.2oC，B1與B2的溫度變化高於B3與B4，此現象是由於B1與B2靠近玻璃開口部，受到陽光與戶外溫度影響較為顯著，因此溫度變化會高於B3與B4。此外，圖三顯示A室(LOW-E玻璃)與B室(清玻璃)，各點溫度(對稱點位)差距，可以發現全天的差距都在-3.5至+1.1oC內。

 

圖二、戶外、A室(LOW-E玻璃)與B室(清玻璃)各點溫度變化

圖三、A室(LOW-E玻璃)與B室(清玻璃)各點溫度差距變化(對稱點位)

 

圖四顯示A室(LOW-E玻璃)與B室(清玻璃)的熱通量(H)與表面溫度(T)變化。A, B兩室玻璃面的熱通量(H)在7點之後會開始上升，約16點達到最大值之點後開始下降。由A室(LOW-E玻璃)與B室(清玻璃)的熱通量變化可發現，A室(LOW-E玻璃)的熱通量(H)低於B室(清玻璃)。此現象為A室的LOW-E玻璃減少陽光的熱量進入室內，降低室內玻璃表面的熱，使得A室(LOW-E玻璃)量到的熱通量(H)與表面溫度(T)會低於B室(清玻璃)。

 

圖四、A室(LOW-E玻璃)與B室(清玻璃)的熱通量和溫度變化

 

 

圖五顯示8點到18點空調開啟的時間，B室(清玻璃)耗電量在15點之後開始大於A室(LOW-E玻璃)，A室(LOW-E玻璃)的耗電量相比於B室(清玻璃)，節省約16%。

 

圖五、A室(LOW-E玻璃)與B室(清玻璃)空調耗電變化

 

圖六顯示A室(LOW-E玻璃)與B室(清玻璃)的PMV值變化，可以發現8點到18點之間，靠窗戶玻璃側(A1與B1)的PMV值會高於室內側(A2與B2)，此現象主要是靠窗戶玻璃側，較易受到陽光的影響，量測到的輻射溫度與空氣溫度也較高。但A室(LOW-E玻璃)A1與A2的PMV值都會略低於B室(清玻璃)B1與B2；A室(A1與A2)的PMV值，於12點到16點為0到1，明顯低於B室(B1與B2)的0到3，此結果顯示A室(LOW-E玻璃)有較佳的室內舒適度。

 

圖六、A室(LOW-E玻璃)與B室(清玻璃)PMV值變化

 

結論

  1. 於沙崙SPINLAB實驗發現，A室(LOW-E玻璃)與B室(清玻璃)的熱通量差異比較，可發現A室熱通量都會低於B室。原因為LOW-E玻璃鍍膜與雙層中空結構可有效減少室內側玻璃表面熱流；Sc值 (Sc = 0.31)亦明顯低於清玻璃的Sc值(Sc = 0.849)，可減少日射熱量進入室內，達到隔熱的效果，並致使A室(LOW-E玻璃)的空調耗電量較B室(清玻璃)節省約16%。
  2. 8:00到18:00空調開啟時段，A室(LOW-E玻璃)與B室(清玻璃)的PMV值於12:00到16:00有明顯的差異。當玻璃的熱通量增加時，A室跟B室的PMV差異就會越明顯。整體而言，A室(LOW-E玻璃)會比B室(清玻璃)有較佳的室內舒適度。

 

誌謝

本文承經濟部能源局111年「住商智慧節能系統技術與示範應用計畫 (1/3)」補助研究經費方得以順利完成階段性研究工作，於此謹申謝忱。

 

參考文獻

  1. 經濟部，能源統計手冊，中華民國112年。
  2. 內政部建築研究所，綠建材解說與評估手冊(上、下)，2020年。
  3. Hsing-Yun Huang , Wei-Chieh Hu, Chun-Kuei Chen, Ta-Hui Lin, Feng-Yi Lin, Chung-Chih Cheng, Tzu-Ching Su and Pei-Yu Yu, Evaluation of the Effects of Window Films on the Indoor Environment and Air-Conditioning Electricity Consumption of Buildings, Energies, 17(6), 1388, 2024.

檔案下載

回上一頁