Low-E玻璃選型及在節(jié)能建筑中的應(yīng)用

張京玲 王文彪

（中國建筑材料檢驗(yàn)認(rèn)證中心有限公司,北京 100024）

Low-E玻璃全稱為低輻射鍍膜玻璃，英文為low emissivity coated glass，是指能對波長在1.0～40μm范圍內(nèi)的遠(yuǎn)紅外線，低吸收、低二次向外輻射(即低向外發(fā)射)、基本完全反射的鍍膜玻璃制品，能很好地阻擋遠(yuǎn)紅外的輻射熱傳遞[1]。迄今為止，國內(nèi)外市場上Low-E玻璃的最終使用形態(tài)絕大多數(shù)是以中空玻璃的形態(tài)出現(xiàn)的，具有隔熱、保溫、防噪聲、防結(jié)露等優(yōu)良性能。

在建筑能耗中，通過門窗傳熱損失能源消耗約占建筑能耗的30%，用Low-E玻璃制造建筑物門窗和玻璃幕墻，可大大降低因輻射而造成的室內(nèi)熱能向室外的傳遞，達(dá)到理想的節(jié)能效果。

1 影響Low-E玻璃節(jié)能程度的兩個(gè)重要指標(biāo)

1.1 傳熱系數(shù)K/U

表示在一定條件下熱量通過玻璃在單位面積、單位溫差(指室內(nèi)外溫差，不是溫度分布溫差)、單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的能量，單位通常用W/m2·K表示。玻璃的傳熱系數(shù)越大表明它的隔熱保溫性能越差，也就意味著通過玻璃的能量損失也就越多。傳熱系數(shù)可通過實(shí)測或理論計(jì)算分別獲得，并已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。流行的有防護(hù)熱板法、熱流計(jì)法和計(jì)算法[2]。

1.2 遮陽系數(shù)Sc

遮陽系數(shù)是相對于3mm無色透明玻璃而定義的。它是以3mm透明玻璃的總太陽能透過率作為基準(zhǔn)，其他玻璃種類的總太陽能透過率與之相比的結(jié)果。遮陽系數(shù)越低，表明能夠進(jìn)入室內(nèi)的太陽熱能就越少。但只是在炎熱氣候地區(qū)和大窗墻比時(shí)，遮陽系數(shù)低的玻璃才有利于節(jié)能；在寒冷地區(qū)和小窗墻比時(shí)，遮陽系數(shù)高的玻璃更有利于利用太陽能，以降低采暖能耗而實(shí)現(xiàn)節(jié)能[3]。

1.3 太陽得熱系數(shù)SHGC

又稱太陽能總透射比、得熱因子、g值，是指在太陽輻射相同條件下太陽輻射能量透過窗玻璃進(jìn)入室內(nèi)的量與通過相同尺寸但無玻璃的開口進(jìn)入室內(nèi)的太陽熱量的比率。我們把標(biāo)準(zhǔn)的3mm白玻璃的太陽能透過率的取值稱為航向比，遮陽系數(shù)Sc=太陽能得熱系數(shù)(SHGC)/ 航向比。

2 Low-E玻璃選型需考慮的主要因素

2.1 原片玻璃的選擇

原片玻璃對Low-E玻璃節(jié)能特性的影響主要從玻璃厚度和玻璃種類兩方面考慮。

2.1.1 原片玻璃的厚度

以具有12mm空氣夾層的普通中空玻璃進(jìn)行計(jì)算，從圖1中可以看出，K值的變化與玻璃厚度的變化基本為直線關(guān)系，增加玻璃厚度對降低中空玻璃K值的作用不是很大。8+12+8的組合方式比常用的6+12+6組合K值僅降低0.03 W/(m2·K)，對建筑能耗的影響甚微。在鍍膜玻璃組成中空時(shí)，厚度會依原片玻璃的種類而產(chǎn)生不同程度的影響，但主要的因素將會是玻璃鍍膜的類型[4]。

圖1 玻璃厚度對中空玻璃K值的影響

2.1.2 玻璃的類型

Low-E玻璃可分為在線Low-E和離線Low-E兩大類。目前市場上的離線Low-E又可以分為單銀高透型Low-E玻璃，遮陽型Low-E及雙銀Low-E三種。單銀高透型Low-E的透光率一般都較高，最高的透光率能達(dá)到83%左右。遮陽型Low-E與高透型Low-E的區(qū)別在于它的透光率沒有高透型高，一般都在40%左右，而遮陽系數(shù)較低一般都在0.5以下。因此，它具有良好的遮陽效果，適宜于南方使用。雙銀Low-E的膜層中有兩層銀層，銀層的添加是為了得到最低的輻射率。由于陽光透過率非常低，所以膜具有很低的遮陽系數(shù)和很高的可見光透過率。因此雙銀Low-E兼?zhèn)淞烁咄感蚅ow-E及遮陽型Low-E的優(yōu)點(diǎn)，并且具有比上述兩種Low-E更低的輻射率[5]。

以相同配置的6+12A+6(mm)的雙白中空玻璃與相同配置的Low-E中空玻璃為例。6+12A+6(mm)的雙白中空玻璃K值為2.9 W/m2·℃，而普通單銀Low-E中空玻璃的K值約為1.8 W/ m2·℃，兩者之間的熱阻值相差1.1 W/m2·℃。一個(gè)具有玻璃幕墻約2萬m2的高層建筑，如采用雙白中空玻璃就會有22 kW/h的損失，每天按8 h工作制計(jì)算，則為22 kW×8h=176 kW·h的損失，約合140.8元[6]。

2.2 鍍膜面位置

圖2 中空玻璃鍍膜位置的編號

由于Low-E玻璃鍍膜面所具有的獨(dú)特低輻射特性，在組成中空玻璃時(shí)，鍍膜面放置位置的不同將使中空玻璃產(chǎn)生不同的特性。圖2為中空玻璃鍍膜位置編號。中空玻璃共有4個(gè)表面，由室外向室內(nèi)數(shù)分別為1#、2#、3#、4#面。以耀華low-E為例，按照與白玻進(jìn)行6+12+6的組合方式計(jì)算，將鍍膜面放置在4個(gè)不同位置時(shí)，中空玻璃的特性變化見表1。Low-E膜位于2#、3#面時(shí)，具有較低的相同的傳熱系數(shù)K值1.923，即保溫隔熱性能最好，位于2#面時(shí)具有較低的太陽得熱系數(shù)SHGC值0.625，而位于3#面時(shí)同樣的玻璃其太陽得熱系數(shù)SHGC0.676要大于位于2#位置的太陽得熱系數(shù)SHGC值。因此，建議在南方地區(qū)Low-E膜位于2#面，而在寒冷氣候條件下，在對室內(nèi)保溫的同時(shí)希望更多地獲得太陽輻射熱量，北方地區(qū)位于3#面。還需注意的是，Low-E膜位于2#、3#面時(shí)外觀效果也不相同，不同型號的Low-E玻璃所具有的外觀效果差別很大，選擇時(shí)應(yīng)綜合考慮外觀效果和節(jié)能特性[4]。

表1 low-E玻璃膜面位置對節(jié)能的影響

為了建筑節(jié)能或顏色裝飾的設(shè)計(jì)需要，在炎熱地區(qū)采用吸熱玻璃與Low-E玻璃組成中空。從表1中可以看出，吸熱玻璃位于室外，膜面在2#或3#位置時(shí)的傳熱系數(shù)為1.925都是最小，但3#位置的太陽得熱系數(shù)SHGC0.347比2#位置0.586小得多。這是因?yàn)長ow-E膜在3#位置時(shí)吸熱玻璃已經(jīng)吸收一部分太陽輻射熱，同時(shí)再經(jīng)Low-E膜反射一部分太陽輻射熱，吸熱玻璃進(jìn)行的二次輻射也被Low-E膜反射掉大部分。因此Low-E膜在3#位置的太陽得熱系數(shù)比在2#位置小得多，此時(shí)Low-E膜層應(yīng)位于3#位置。

2.3 氣體夾層

氣體夾層主要影響中空玻璃的隔熱特性，而影響氣體夾層的因素主要有以下幾個(gè)方面：氣體夾層的厚度、氣體種類、氣體夾層間隔條和密封膠。

2.3.1 氣體夾層厚度

目前國內(nèi)常用的中空玻璃氣體夾層厚度為6mm、9mm、12mm等。以三種6mm中空玻璃組合夾層為例，夾層厚度在1mm~15mm范圍內(nèi)K值變化見圖3。由圖3可看出，三種6mm中空玻璃組合夾層的夾層厚度在1mm~9mm范圍內(nèi)K值下降較快，而9mm~13mm開始變緩，13mm后基本保持持平甚至還有輕微回升。所以，對于6mm中空玻璃組合，超過13mm的氣體夾層厚度再增大不會產(chǎn)生明顯的節(jié)能效果。合理的中空玻璃的氣體層厚度為12.7mm左右，因此間隔層厚度選用12mm較好[4]。因此不同的中空玻璃組合夾層氣體層厚度在適宜的范圍內(nèi)會產(chǎn)生明顯的節(jié)能效果。

圖3 氣體夾層厚度對K值的影響

2.3.2 氣體種類

充入中空玻璃夾層內(nèi)的氣體需具有化學(xué)穩(wěn)定性和低的導(dǎo)熱系數(shù)。中空玻璃夾層內(nèi)部充填的氣體除空氣以外，還有氬氣、氪氣、氙氣等惰性氣體，不同的氣體，其導(dǎo)熱系數(shù)不同。由于氣體的導(dǎo)熱系數(shù)很低（空氣0.024W/(m·K)，氬氣0.016W/(m·K))，因此極大地提高了中空玻璃的熱阻性能。因氬氣在空氣中的含量豐富提取較容易，使用成本低，所以中空玻璃產(chǎn)品多采用。而氣體的濕度不同，其導(dǎo)熱系數(shù)也不相同。隨著氣體中含水量的增加，導(dǎo)熱系數(shù)會增加，所以夾層中一般要采用干燥氣體。不論填充何種氣體，在相同厚度情況下，中空玻璃的SHGC值和可見光透過率基本保持不變[4]。

表2 不同地區(qū)建筑外窗傳熱系數(shù)K(Wm- 2 k- 1 ) 及遮陽系數(shù)SC限值

2.3.3 間隔條

間隔條用來控制中空玻璃的內(nèi)、外兩片玻璃的間距，并隔絕外部的水蒸氣，保證中空玻璃具有合理的氣體夾層厚度和使用壽命。間隔條的性能對中空玻璃的K值有一定影響。通常情況下，大多數(shù)間隔使用槽鋁法，雖然重量輕，加工簡單，但其導(dǎo)熱系數(shù)大，鋁間隔條的導(dǎo)熱系數(shù)在160W/(m·K)左右，分別是空氣的6667倍和玻璃的208倍(空 氣0.024 W/(m·K)，玻 璃0.77W/(m·K)。由于室內(nèi)外溫差的存在，熱能通過鋁間隔條損失很多，導(dǎo)致中空玻璃的邊部熱阻降低。在室外氣溫特別寒冷時(shí)，室內(nèi)的玻璃邊部都會產(chǎn)生結(jié)霜現(xiàn)象?，F(xiàn)在市場上還有用Swiggle(實(shí)唯高)膠條，由于它采用邊部連續(xù)密封材料保溫、只有一個(gè)連接角，消除了密封不連續(xù)、有縫隙的問題，隔熱性能比鋁間隔條更好，大大減少了玻璃邊部的熱量損失，有效地減少了邊部結(jié)露現(xiàn)象，達(dá)到更佳的節(jié)能效果。

2.3.4 密封膠

中空玻璃制造有單道和雙道密封工藝。密封膠必須具備良好的密封性能，較低的透氣性能。常用的幾種玻璃密封膠包括PIB(聚異丁烯)、硅酮類、聚硫類和聚氨酯類密封膠。密封膠除了具有優(yōu)良的粘結(jié)性能，同時(shí)還應(yīng)具有優(yōu)良的耐候性和耐老化性能。

3 不同型號的Low-E玻璃在節(jié)能建筑中的應(yīng)用

我國地域廣闊，氣候差異較大，包括嚴(yán)寒氣候區(qū)、寒冷氣候區(qū)、溫暖氣候區(qū)、夏熱冬冷氣候區(qū)、夏熱冬暖氣候區(qū)，不同的氣候區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不同(見表2) [7]。在使用Low-E玻璃門窗時(shí)還應(yīng)綜合考慮各地區(qū)氣候、建筑類型等因素。

3.1 嚴(yán)寒氣候區(qū)、寒冷氣候區(qū)

嚴(yán)寒氣候區(qū)、寒冷氣候區(qū)指的是冬季時(shí)間長、氣溫低的中、高緯度地區(qū)。許多寒冷地區(qū)有幾周甚至幾個(gè)月室外的溫度明顯低于人們所要的室內(nèi)溫度水平。在這些地區(qū)選用Low-E就必須使用高透型Low-E，這種玻璃具有較高的陽光透過率，為的是在冬季白天讓更多的陽光直接進(jìn)入室內(nèi)。Low-E膜在2或3號任何一個(gè)面都不影響其傳熱系數(shù)計(jì)算，但實(shí)際情況還是有區(qū)別的。大家都知道Low-E玻璃的最大特點(diǎn)能夠向熱源方向的反射熱輻射因此安裝時(shí)就要考慮朝向。如考慮室內(nèi)保溫為主，Low-E用在3號面上的性能優(yōu)于2號面。如考慮防止外部熱輻射在2號面上鍍Low-E膜更有效。

3.2 溫暖氣候區(qū)、夏熱冬暖氣候區(qū)

溫暖氣候區(qū)、夏熱冬暖氣候區(qū)指的是夏季炎熱的中、高緯度地區(qū)，如美國、日本及我國的大部分地區(qū)。這些地區(qū)由于室外溫度很高，室外大量的陽光直接進(jìn)人室內(nèi)，導(dǎo)致室內(nèi)溫度迅速升高，增加大量的制冷費(fèi)用。在這些地區(qū)選用Low-E玻璃必須選用具有較低的遮陽系數(shù)的Low-E玻璃。目前市場上有遮陽型單銀Low-E及雙銀Low-E可供使用。由于雙銀Low-E不但具有較低的遮陽系數(shù)同時(shí)還有較高的透光率，在南方使用有其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。但由于雙銀Low-E生產(chǎn)工藝復(fù)雜，對生產(chǎn)線的要求高，故生產(chǎn)成本較高相應(yīng)市場價(jià)格也較高。遮陽型Low-E由于它是單銀Low-E的一種，生產(chǎn)工藝相對簡單，對生產(chǎn)線的要求沒雙銀高，市場價(jià)格相對便宜。從遮陽角度來說，遮陽型Low-E的遮陽系數(shù)與雙銀的相當(dāng)，唯一的差別在于透光率相對較低，但仍有40%左右，完全能滿足市場的要求。

3.3 夏熱冬冷氣候區(qū)

夏熱冬冷氣候區(qū)氣候特征是，夏季氣候炎熱，室內(nèi)溫度在30℃以上，有時(shí)甚至高達(dá)40℃；冬季冷，室內(nèi)溫度一般在8℃左右，最低到0℃，氣候條件十分復(fù)雜。氣候的突出特點(diǎn)表現(xiàn)在夏季時(shí)間長，太陽輻射強(qiáng)度大，因此節(jié)能的重點(diǎn)應(yīng)在夏季防熱，同時(shí)兼顧冬季保溫。在這些地區(qū)選用Low-E玻璃與炎熱氣候區(qū)相似，必須選用具有較低遮陽系數(shù)的Low-E玻璃。但每一種玻璃都有優(yōu)缺點(diǎn)，玻璃的選型還要考慮到設(shè)計(jì)需要，窗的采光問題，不能以損失窗的透光性能來提高隔熱能力，否則，節(jié)能效果會適得其反。

通過以上分析，建筑節(jié)能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)之一在于使用節(jié)能玻璃，尤其是Low-E鍍膜玻璃。傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)是影響Low-E玻璃節(jié)能效果的兩個(gè)重要指標(biāo)。Low-E玻璃在選型使用時(shí)需考慮以下內(nèi)容：

1 玻璃鍍膜的類型和鍍膜面的位置是影響節(jié)能效果的主要因素；

2 不同的中空玻璃組合夾層氣體層厚度在適宜的范圍內(nèi)會產(chǎn)生明顯的節(jié)能效果；

3 間隔條的性能對中空玻璃的K值有一定影響；

4 密封膠除了具有優(yōu)良的粘結(jié)性能，同時(shí)還應(yīng)具有優(yōu)良的耐候性和耐老化性能；

5 還應(yīng)綜合考慮各地區(qū)氣候、建筑類型等因素。

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