第二章 理論基礎與文獻分析
第二節 窗戶的熱傳遞
圖 2-6 表明通過窗戶進入或流出房間的熱量包括二部分：由溫差驅動的熱傳遞和 太陽輻射獲得熱量。ASHRAE 基礎手冊給出了計算通過窗戶系統進入室內的熱量的關 係式。公式(2-1)等號右邊的第一項是計算溫差驅動的熱傳遞，第二項則是計算太陽輻 射獲得熱量。公式(2-1)也表明 U 值和 SHGC (Solar Heat Gain Coefficient)是影響窗戶傳 熱量的主要因素，因此美國的國家門窗評級委員會 NFRC (National Fenestration Rating Council)將 U 值和 SHGC (Solar Heat Gain Coefficient)確定為窗戶的主要熱力性能係數。
G
(資料來源：本研究參考 http://www.commercialwindows.org 重繪)
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數和環境條件（如室內外溫差和風速）。NFRC(National Fenestration Rating Council) 規定的標準室內外環境條件為[2]：16
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太陽輻射得熱：太陽輻射得熱的來源主要是太陽的直接輻射、天空散射輻射，或 者地面和其他表面的反射。其中一部分輻射熱量被反射回外界空間，一部分透過窗戶 玻璃直接進入室內，一部分被窗戶玻璃吸收導致玻璃溫度升高隨後間接傳遞進入室 內，如圖 2-6 (b)所示。夏季透過窗戶進入室內的太陽輻射成為夏季空調負荷最主要的 影響因素，在空調負荷中所占的比重超過室外溫度和濕度引起的傳熱量。衡量透過窗 戶進入室內的太陽輻射熱量的大小有兩個參數：太陽熱得係數 SHGC 和遮陽係數 SC(Shading Coefficient)。SHGC 的定義是透過窗戶進入室內的太陽輻射熱量與投射到 窗戶表面的太陽輻射熱量的比值。SC 的定義是垂直入射角度下某窗戶系統的太陽得 熱與 3mm 透明玻璃的太陽得熱的比值。
這 2 個參數都綜合考慮了直接進入室內的太陽輻射部分和窗戶玻璃吸收太陽輻射 溫度升高後向室內傳遞的熱量。然而，SHGC 和 SC 側重的點不同，因為 SHGC 更直 接反映了太陽輻射入射角度對玻璃透射率的影響(如圖 2-8)，所以 SHGC 比 SC 更常用。
雖然可以得到任意入射角度下的 SHGC，最常用的是太陽輻射入射角度為 0°即垂直入 射時的 SHGC。
圖2-8 某種玻璃太陽輻射入射角度與玻璃透射率的關係
(資料來源：本研究參考 http://www.commercialwindows.org 繪製)
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圖2-9 不同類型玻璃具有不同的反射、透過、吸收和再輻射特性
(資料來源：本研究參考 http://www.commercialwindows.org 繪製)
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控制不同波長的太陽輻射反射、吸收、透射的比例能夠有效地改善窗戶的熱力性 能，如圖 2-9。太陽光波長範圍包含極廣，從不可見的短波紫外線到可見光、不可見的 長波近紅外線。可見光在太陽輻射的總能量中占 44%，更多的部分(53%)是來自紅外線 和少部分(3%)來自紫外線。太陽輻射的這個特性使得太陽輻射本身具有選擇性，也就 是說可以人為地阻止部分光譜的能量穿過玻璃進入室內。
如圖 2-10 所示，不同類型的玻璃對不同的太陽光譜具有不同的透過率。利用玻 璃的這種選擇性能夠來減小窗戶玻璃 SHGC，在夏季可以減小窗戶的太陽輻射得熱有 效地降低空調負荷。
圖2-10 不同類型的玻璃對不同的太陽光譜具有不同的透過率
(資料來源：http://coating-glass.com.tw)
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太陽熱得係數 SHGC 描述的是整個窗戶系統的性能，在很廣泛的範圍內能夠精確 地計算窗戶系統的太陽得熱。SHGC 是一個 0～1 之間的無量綱數，其越高代表窗戶 系統的太陽得熱越多。所謂的 SHGC 就是太陽輻射照到窗戶時，直接穿透玻璃而進到 室內的熱量，和經由玻璃吸收之後，以對流與輻射的方式再傳到室內的熱量這二個熱 量的加總。也就是：
(2-7)
(2-8)
其中τ：玻璃的穿透率 α：玻璃的吸收率
Ni：經玻璃吸收的太陽輻射後再傳進室內的比例