厚度對(duì)玻璃節(jié)能性能的影響分析

廖利娣（廣東省建筑材料研究院）

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厚度對(duì)玻璃節(jié)能性能的影響分析

廖利娣
（廣東省建筑材料研究院）

【摘要】玻璃的節(jié)能性能對(duì)整棟建筑的能耗起著不可忽視的作用，而決定玻璃節(jié)能性能有許多因素，本文通過(guò)試驗(yàn)分析玻璃本身厚度對(duì)玻璃熱工性能的影響，為提高玻璃節(jié)能性能提供依據(jù)，另外也為建筑工程師在工程設(shè)計(jì)中如何選用玻璃材料提供參考意見(jiàn)。

【關(guān)鍵詞】厚度；傳熱系數(shù)；遮陽(yáng)系數(shù)

1　概述

隨著現(xiàn)代建筑快速的發(fā)展，不論是居建還是公建，都趨向于大面積采光，玻璃在建筑中被廣泛應(yīng)用。玻璃材料的太陽(yáng)光透射比、太陽(yáng)光反射比、遮陽(yáng)系數(shù)以及傳熱系數(shù)等指標(biāo)，對(duì)建筑的室內(nèi)熱環(huán)境和采暖空調(diào)能耗影響很大。因此，在建筑設(shè)計(jì)上如何利用玻璃材料，做到減少能耗，是建筑設(shè)計(jì)師亟待解決的問(wèn)題。本文采用先進(jìn)設(shè)備測(cè)試幾個(gè)不同厚度玻璃的透射比、反射比和遠(yuǎn)紅外反射比，通過(guò)分析玻璃的幾個(gè)主要節(jié)能技術(shù)指標(biāo)，總結(jié)出厚度對(duì)玻璃節(jié)能性能的影響，為建筑設(shè)計(jì)師選用玻璃材料提供參考意見(jiàn)。

2　試驗(yàn)條件

本文采用同一生產(chǎn)批次的透明玻璃，選取5mm、6mm、8mm、10mm四種常見(jiàn)厚度進(jìn)行光學(xué)試驗(yàn)。太陽(yáng)光透射比和反射比的測(cè)試設(shè)備是美國(guó)PE公司生產(chǎn)的Lambda750紫外/可見(jiàn)/近紅外分光光度計(jì)，另外遠(yuǎn)紅外反射比的測(cè)試設(shè)備也是美國(guó)PE公司生產(chǎn)的Spectrum65傅立葉變換紅外光譜儀。計(jì)算軟件采用由廣東省建筑科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的Glazing Design 1.0。

3　玻璃厚度對(duì)玻璃的節(jié)能性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1厚度對(duì)玻璃太陽(yáng)光透射比的影響

從圖1可看出，波長(zhǎng)250～380nm區(qū)間屬于紫外線(xiàn)波段，此波段的透射率幾乎為0，由此可見(jiàn)紫外線(xiàn)具有很弱的穿透力，透明玻璃能把99%的紫外線(xiàn)阻擋在外。波長(zhǎng)超過(guò)380nm后，透射率大幅直線(xiàn)上升，而在波長(zhǎng)380～500nm區(qū)間，四個(gè)厚度玻璃的透射率幾乎不變，玻璃厚度對(duì)其透射率沒(méi)有影響，但在500nm之后透射率隨著玻璃的厚度增加而減小。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 151-2008中玻璃的太陽(yáng)光透射比計(jì)算公式：

圖1　不同厚度玻璃的透射率光譜圖

式中，

τ（λ）——玻璃透射比的光譜；

Sλ——標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜。

從上式中得知玻璃太陽(yáng)光透射比隨著透射率增大而增大，由于玻璃透射率隨著厚度增大而變小，因此玻璃太陽(yáng)光透射比隨著厚度的增大而變小。

3.2厚度對(duì)玻璃太陽(yáng)光反射比的影響

圖2　不同厚度玻璃的反射率光譜圖

從圖2試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，四個(gè)樣品的反射率幾乎重合，光線(xiàn)直射在玻璃表面上，玻璃對(duì)光譜的反射取決于玻璃的表面狀況，表面有鍍膜的玻璃對(duì)太陽(yáng)光的反射比較大，例如熱反射鍍膜玻璃，因此玻璃的厚度對(duì)玻璃的太陽(yáng)光反射比沒(méi)有影響。

3.3厚度對(duì)玻璃傳熱系數(shù)的影響

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 151-2008中玻璃的傳熱系數(shù)計(jì)算公式：

式中，

Rt——玻璃系統(tǒng)熱阻；

hin、hout——玻璃系統(tǒng)室內(nèi)、外側(cè)換熱系數(shù)；

Ri——?dú)怏w間層熱阻；

Rg.i——玻璃的固體熱阻。

單片玻璃中沒(méi)有空氣層，因此Ri=0，從式中看出影響傳熱系數(shù)大小的因素有：內(nèi)外側(cè)換熱系數(shù)、玻璃表面的發(fā)射率和玻璃本身熱阻。換熱系數(shù)為對(duì)流換熱系數(shù)和輻射換熱系數(shù)之和，其中，對(duì)流換熱系數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)中取定值，而輻射換熱系數(shù)與玻璃表面發(fā)射率成正比。

從圖3試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，由于四個(gè)樣品的表面都是光滑、沒(méi)有鍍膜，且同一種材質(zhì)的，四個(gè)樣品的遠(yuǎn)紅外反射率幾乎重合，四個(gè)樣品的表面發(fā)射率大體一致，因此四個(gè)樣品的室內(nèi)外換熱系數(shù)一致。

圖3　不同厚度玻璃的遠(yuǎn)紅外反射率光譜圖

從上述分析和玻璃的傳熱系數(shù)計(jì)算公式中得知玻璃本身熱阻決定了玻璃的傳熱系數(shù)大小。下面通過(guò)計(jì)算得出玻璃傳熱系數(shù)，如圖4所示。

玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)是1 W/（m·K），隨著厚度的變化，其熱阻也發(fā)生變化，從圖4看出，玻璃的傳熱系數(shù)隨著厚度的增加而變大，變化幅度隨著厚度的增加而變大，5mm增加到6mm傳熱系數(shù)只降低0.59%，若從5mm增加到10mm，傳熱系數(shù)就降低2.43%，由此看出，玻璃的厚度對(duì)其傳熱系數(shù)有影響，但影響效果不明顯。

圖4　不同厚度玻璃的傳熱系數(shù)

3.4厚度對(duì)玻璃遮陽(yáng)系數(shù)的影響

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 151-2008中單片玻璃的遮陽(yáng)系數(shù)計(jì)算公式：

圖5　不同厚度玻璃的遮陽(yáng)系數(shù)

式中，

g——玻璃太陽(yáng)光總透射比；

As——玻璃太陽(yáng)光吸收比；

τs——玻璃太陽(yáng)光透射比；

ρs——玻璃太陽(yáng)光反射比。

從上式中得知遮陽(yáng)系數(shù)的大小由玻璃的太陽(yáng)光透射比、太陽(yáng)光反射比和內(nèi)外側(cè)表面換熱系數(shù)決定。本次試驗(yàn)中，四個(gè)樣品的太陽(yáng)光反射比和表面發(fā)射率基本一致，只有太陽(yáng)光透射比隨著厚度的增大而變小，因此玻璃的遮陽(yáng)系數(shù)隨著厚度增大而變小。

4　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，玻璃的厚度對(duì)玻璃的熱工性能有很大的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果分析，可得出以下幾個(gè)結(jié)論：

⑴玻璃的厚度對(duì)玻璃太陽(yáng)光透射比有一定的影響，厚度越大，太陽(yáng)光透射比越小。

⑵玻璃厚度對(duì)玻璃太陽(yáng)光反射比沒(méi)有影響。

⑶玻璃厚度對(duì)玻璃傳熱系數(shù)有一定的影響，傳熱系數(shù)隨著玻璃厚度增大而降低，但效果不明顯。

⑷玻璃厚度對(duì)玻璃遮陽(yáng)系數(shù)有影響，遮陽(yáng)系數(shù)隨著厚度的增加而降低?！?/p>

【參考文獻(xiàn)】

［1］JGJ/T 151-2008，建筑門(mén)窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程［S］.

［2］GB/T 2680-1994，建筑玻璃可見(jiàn)光透射比、太陽(yáng)光直接透射比、太陽(yáng)能總透射比、紫外線(xiàn)透射比及有關(guān)窗玻璃參數(shù)的測(cè)定［S］.