玻璃貼膜在高鐵站的技術(shù)應(yīng)用分析

王 飛

上海鐵倫節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司

玻璃貼膜在高鐵站的技術(shù)應(yīng)用分析

王 飛

上海鐵倫節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司

玻璃貼膜技術(shù)具有性能優(yōu)良、實(shí)施簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高鐵站等工程建筑中。該文對(duì)玻璃貼膜技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，并對(duì)其光學(xué)熱工性能進(jìn)行了計(jì)算，最后通過(guò)實(shí)例說(shuō)明選擇合適的玻璃貼膜，對(duì)于高鐵站房的隔熱、保溫、安全性有良好的效果，而且空調(diào)耗電量在貼膜改造后節(jié)能15%，效果明顯。

玻璃貼膜 熱工性能 節(jié)能減排

玻璃貼膜可解決高鐵站房的隔熱、保溫和安全防爆等問(wèn)題，還可以使鐵路站房的能源消耗大幅下降。本文首先闡述玻璃貼膜技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究情況，以及取得成果，并對(duì)不同的玻璃處理方式進(jìn)行了對(duì)比。然后對(duì)玻璃貼膜光學(xué)熱工性能進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算，最后通過(guò)工程實(shí)例來(lái)說(shuō)明玻璃貼膜的有效性和可行性。

1 玻璃貼膜技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究情況

玻璃貼膜技術(shù)起源于美國(guó)，當(dāng)時(shí)主要應(yīng)用在軍工方面。到了19世紀(jì)60年代，人們對(duì)玻璃貼膜技術(shù)有了更深入的研究，其目的是為了將太陽(yáng)輻射發(fā)射出去，從而平衡室內(nèi)的冷熱問(wèn)題。隨著玻璃貼膜技術(shù)和工藝的進(jìn)步，不同的膜產(chǎn)生的功能是不同的，如美國(guó)3M公司的低輻射膜貼在玻璃上會(huì)對(duì)室內(nèi)起到保溫隔熱的效果。國(guó)外的研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者對(duì)玻璃系統(tǒng)的光學(xué)特性和熱工性能都做了大量的研究，得到了玻璃的傳熱計(jì)算方法，從而有針對(duì)的對(duì)玻璃進(jìn)行貼膜。當(dāng)然，我國(guó)的研究成果也是非常多的。孟慶林[1]在能量守恒定理的基礎(chǔ)上建立了日射作用下的導(dǎo)熱微分方程，以此來(lái)說(shuō)明半透明材料的熱屏蔽性。曹冠英[2]詳細(xì)地闡述了建筑玻璃的光學(xué)和色度特性，并且建立了光學(xué)玻璃吸收特性的數(shù)學(xué)模型。

我國(guó)政府也非常重視玻璃貼膜的使用，國(guó)家建筑材料工業(yè)局出臺(tái)了《貼膜玻璃》的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)省也組織進(jìn)行了關(guān)于玻璃貼膜技術(shù)的相關(guān)課題研究。

玻璃貼膜是對(duì)玻璃進(jìn)行了二次加工，即在已有的玻璃上進(jìn)行貼膜操作，與普通玻璃相比，這種加工防止了普通玻璃帶來(lái)的溫室效應(yīng)，減少了陽(yáng)光的輻射，起到了節(jié)能的作用。并且從工藝角度來(lái)說(shuō)，玻璃貼膜不需要研發(fā)新的滿(mǎn)足不同需求的玻璃工藝，降低了研發(fā)費(fèi)用。

目前市場(chǎng)上除了貼膜玻璃還有加膠玻璃，這種玻璃不僅工藝復(fù)雜、制作成本高，而且隔熱效果不理想，不能有效地吸收紫外線(xiàn)，而玻璃貼膜成本低，隔熱、透光等效果都較好，所以玻璃貼膜應(yīng)用前景更為廣闊。

市面上還有一種直接對(duì)既有的玻璃進(jìn)行加工的方式，即為涂膜，這種方式是在涂抹玻璃的溶膠溶劑中加入隔熱顆粒，現(xiàn)將這兩種比較常見(jiàn)的玻璃處理方式對(duì)比如下（見(jiàn)表1）。

表1 玻璃貼膜和玻璃涂膜優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

在進(jìn)行玻璃貼膜前，需要首先檢查玻璃是否完整無(wú)損，然后對(duì)玻璃進(jìn)行清洗，并且將玻璃上的污垢和粘貼物擦拭干凈。然后按照玻璃的尺寸對(duì)玻璃膜進(jìn)行裁剪，這樣可以降低耗材量。然后在玻璃上噴上一層薄水，將撕去保護(hù)膜的玻璃膜迅速的貼在玻璃上，一定要平整，減少水泡，不然會(huì)影響玻璃的熱應(yīng)力。完成貼膜后要注意對(duì)其進(jìn)行合理的養(yǎng)護(hù)，不要用含有酸堿性的清潔劑對(duì)其進(jìn)行擦拭，也不能用利器對(duì)其進(jìn)行刮劃，這些都會(huì)影響到貼膜后玻璃的遮陽(yáng)性、裝飾性等。

高鐵站房玻璃幕墻所需要的玻璃貼膜各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，增強(qiáng)玻璃防爆和耐磨性，可以更好滿(mǎn)足鐵路運(yùn)輸安全需要。

目前市場(chǎng)上的玻璃貼膜特點(diǎn)都有一定的偏向性，針對(duì)高鐵站房玻璃幕墻的特點(diǎn)，還是需要專(zhuān)用的玻璃貼膜技術(shù)。

高鐵站房使用的玻璃貼膜有下面幾個(gè)特點(diǎn)。

（1）隔熱、保溫、節(jié)省能耗

隨著鐵路建設(shè)的高速發(fā)展特別是高鐵投入運(yùn)營(yíng)，站房設(shè)施（候車(chē)室、辦公室）同以前相比采用更多的玻璃墻面和大開(kāi)間窗戶(hù)建筑，雖然增加建筑美感和改善室內(nèi)采光，由于玻璃是熱的良導(dǎo)體（導(dǎo)熱系數(shù)1.0）其進(jìn)行熱交換的量也非常大造成了能源的浪費(fèi)。

玻璃貼膜是利用納米密集噴鍍、磁控濺射等先進(jìn)技術(shù)和工藝，將貴重金屬（如金、鎳、鉻、鈦、鉑等）鍍涂于聚酯（PET）膜表面（導(dǎo)熱系數(shù)0.3～0.4），形成一層反射層，有效反射和吸收紅外線(xiàn)以及構(gòu)成太陽(yáng)熱輻射的電磁波，起到冬季保溫，夏季隔熱的效用。

（2）可以有效的消除安全隱患

由于高鐵站的玻璃大部分是雙層強(qiáng)化玻璃，該種玻璃具有自爆特性，即使在沒(méi)有外界機(jī)械力作用下自身也會(huì)發(fā)生破裂。經(jīng)筆者調(diào)查，在虹橋、南京南等高鐵站近幾年均發(fā)生過(guò)玻璃的自爆現(xiàn)象。通過(guò)玻璃貼膜可以增強(qiáng)玻璃韌性和抗沖擊強(qiáng)度，這樣即使在足夠強(qiáng)的沖擊下破碎玻璃，玻璃碎片仍然能夠粘附在有機(jī)膜上，不會(huì)四處散濺，而是成一個(gè)洞，洞的邊緣不會(huì)有未貼膜時(shí)的鋸齒，因此，可以防止玻璃粉碎后墜樓傷人。此外，在貼膜施工過(guò)程中，除了膜上的粘附膠之外，還可以用特殊膠將邊框與膜粘附起來(lái)，以此來(lái)拖延玻璃破碎后墜樓的時(shí)間，從而減少傷亡。

（3）對(duì)紫外線(xiàn)起到阻隔，以及消除眩光

高鐵站的玻璃本身是透明的，并不能對(duì)紫外線(xiàn)起到阻隔作用，通過(guò)玻璃貼膜技術(shù)可有效防止阻隔紫外線(xiàn)，避免對(duì)人體的傷害，同時(shí)，防止室內(nèi)物品因受紫線(xiàn)照射而加速褪色、老化，延長(zhǎng)了物品使用壽命。

當(dāng)太陽(yáng)光線(xiàn)較強(qiáng)時(shí)，強(qiáng)烈的光線(xiàn)照射到玻璃上，會(huì)讓玻璃產(chǎn)生鏡面反射，產(chǎn)生眩光。當(dāng)這種眩光與人的視線(xiàn)相交，會(huì)讓人產(chǎn)生一種刺眼的感覺(jué)，當(dāng)強(qiáng)烈的太陽(yáng)光直透進(jìn)入室內(nèi)，會(huì)讓人非常的不舒適，貼上玻璃功能膜后能有效地消除眩光，營(yíng)造舒適的候車(chē)環(huán)境。

（4）節(jié)能效果

高鐵站房玻璃幕墻貼膜后，太陽(yáng)光中的可見(jiàn)光波段達(dá)81.5%的透過(guò)率，紫外線(xiàn)有99%以上的阻隔率，中近紅外線(xiàn)有90%的阻隔率，這樣在室內(nèi)采光少受影響的前提下，最大程度地阻隔了影響空調(diào)制冷負(fù)荷的中近紅外線(xiàn)的熱量進(jìn)入室內(nèi)，從而大大提高了空調(diào)效率。在既有建筑節(jié)能改造中有大量的單玻存在，那么先對(duì)比一下，夏天（6mm普通玻璃和6 mm貼膜玻璃的情況）普通玻璃進(jìn)入室內(nèi)的熱量為643.9 W/m2·h；貼膜玻璃（按可見(jiàn)光70%的透過(guò)率計(jì)算）為376.6 W/m2·h,可以計(jì)算出貼膜玻璃可以減少267.3 W/m2·h的熱量進(jìn)入室內(nèi)，節(jié)能比例為41.5%。冬天6 mm單玻流失的熱量116 W/W/m2·h，6 mm貼膜玻璃流失的熱量98 W/m3·h，可以減少 18W/m3·h 的熱量損失，節(jié)能比例為15.5%。按玻璃能耗占建筑使用能耗的40%計(jì)算，6 mm普通玻璃經(jīng)貼膜改造后可以有15%的節(jié)能率。同樣可計(jì)算出6+12A+6普通中空玻璃貼膜改造的節(jié)能率。夏天：貼膜345.3 W/m2·h，中空 552.9 W/m2·h。冬天：貼膜 48 W/m2·h，中空 60 W/m2·h。6+12A+6普通中空玻璃經(jīng)貼膜改造后的節(jié)能率為14.3%。由此可以看出既有建筑中無(wú)論是單?；蚱胀ㄖ锌諆H貼膜這一項(xiàng)改造，可為既有建筑帶來(lái)近15%的節(jié)能率。

2 玻璃貼膜光學(xué)熱工性能計(jì)算

玻璃貼膜主要有熱反射膜和低輻射膜，熱反射膜主要是為了將可見(jiàn)光和近紅外光進(jìn)入室內(nèi)，不讓過(guò)多的太陽(yáng)光進(jìn)入室內(nèi)，從而保證高鐵站室內(nèi)溫度不會(huì)升高的太快，這樣在夏天可以有效地節(jié)省空調(diào)的負(fù)荷，節(jié)省電能。低輻射膜，是將短波太陽(yáng)能進(jìn)入室內(nèi)，保證室內(nèi)的溫度，這種膜對(duì)處于寒冷地區(qū)的高鐵站能夠起到保溫的功能[3]。本文根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2680-94來(lái)計(jì)算玻璃的遮陽(yáng)系數(shù) Me：

式中：wi是太陽(yáng)通過(guò)玻璃的總投射比，wi玻璃對(duì)高鐵站站內(nèi)的二次熱傳遞因子，eα是太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)玻璃的直接投射系數(shù)。

（1）高鐵站的玻璃是單層的情況

式中：eβ是太陽(yáng)光進(jìn)入玻璃后被吸收的比例系數(shù)，ri和re分別是玻璃內(nèi)外表面的熱傳遞因子，單位是 W/m2·K。

（2）高鐵站的玻璃是雙層中空的情況

式中：βe1和βe2分別是內(nèi)外兩層玻璃對(duì)太陽(yáng)光的吸收系數(shù)，G是兩層玻璃之間的熱導(dǎo)[4]，單位為W/m2·K，且G =， R = Rgas+ R1+R2（R是雙層玻璃間的熱阻，Rgas是空氣造成的熱阻，R1和R2分別是兩層玻璃的熱阻，單位都為m2·K/W）。在高鐵站進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)中，要保證其遮陽(yáng)效果和保溫性，需要遵循如下的標(biāo)準(zhǔn)條件（見(jiàn)表2）。

表2 計(jì)算邊界條件

在計(jì)算高鐵站的熱傳因子時(shí)需要根據(jù)冬季參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，這樣可以有利于冬季的保溫和節(jié)能。而計(jì)算遮陽(yáng)因子和太陽(yáng)能的透射時(shí)需要參考夏季參數(shù)，從而有效的均衡空調(diào)的負(fù)荷。

3 工程實(shí)例

本文針對(duì)某高鐵站的玻璃貼膜應(yīng)用說(shuō)明其熱工性能和節(jié)能情況。此高鐵站3層，總的建筑面積為60 000 m2，2009年開(kāi)建，全部工程于2011年底竣工。外窗是普通的鋁合金中空玻璃，利用玻璃貼膜技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改造，以此改變玻璃的熱工性能，達(dá)到隔熱效果。本文采用的是12 nm厚的熱反射膜。本文對(duì)貼膜玻璃光學(xué)熱工性能相關(guān)參數(shù)的計(jì)算利用的是嵌套在office中的excel軟件，這種方式計(jì)算效率高、功能穩(wěn)定，使用簡(jiǎn)單，由此可得玻璃的綜合遮陽(yáng)系數(shù)是0.56，玻璃遮陽(yáng)系數(shù)是0.7，所以此高鐵站應(yīng)選擇的熱反射膜的遮陽(yáng)系數(shù)需小于0.7。

本文對(duì)貼膜玻璃的光學(xué)熱工性能進(jìn)行了測(cè)試，使用的軟件是SC-GB/T2680，玻璃厚度是3 mm，貼膜后在溫度為26℃，濕度是55%的情況下放置7天進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)間是13:00 ～20:00，在距離玻璃內(nèi)側(cè)20 mm的地方每隔3分鐘進(jìn)行一次溫度的采集。其溫度變化如圖1所示。

圖1 貼膜前后玻璃對(duì)室內(nèi)溫度的影響變化曲線(xiàn)圖

從圖1可以看出，在未貼膜時(shí)室內(nèi)的溫度非常高，最高達(dá)到了40℃，而貼膜的室內(nèi)溫度非常適宜，最高溫度才29℃，這說(shuō)明玻璃貼膜很好的阻擋了太陽(yáng)光的入射，起到了隔熱的作用，并且保證了室內(nèi)溫度的舒適性，減輕了空調(diào)的負(fù)載，空調(diào)耗電量在貼膜改造后節(jié)能15%。

觀察后發(fā)現(xiàn)，貼膜的玻璃比較熱，這是因?yàn)槠浣?jīng)過(guò)太陽(yáng)的直射，隔熱膜會(huì)將太陽(yáng)光反射在玻璃表面造成其發(fā)熱。

4 結(jié)論

本文調(diào)研了國(guó)內(nèi)外玻璃貼膜技術(shù)的發(fā)展和研究成果，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比。在文中通過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2680-94計(jì)算得到了玻璃貼膜的熱工性能，最后利用工程實(shí)例來(lái)說(shuō)明玻璃貼膜能夠取得隔熱、節(jié)能的效果。

[1]孟慶林. 半透明材料日照作用時(shí)的溫度分布[J]. 土木建筑與環(huán)境工程,1991(4):96-101.

[2]曹冠英, 滿(mǎn)曉君. 鍍膜玻璃光學(xué)與色度學(xué)特性的計(jì)算研究[J]. 真空,1997(3):23-28.

[3]謝海容, 陳友明, 莫志姣,等. 單層窗戶(hù)玻璃貼太陽(yáng)控制膜的節(jié)能性研究[J]. 暖通空調(diào), 2007, 37(7):129-132.

[4]楊丹萍, 何嘉鵬, 高壽云,等. 中空窗玻璃貼低輻射膜的性能研究[J]. 新型建筑材料, 2011, 38(1):71-74.

Technology Application Analysis on Filmed Glass on High Speed Railway Station

Wang Fei
Shanghai Tielun Energy Saving Environment Protection Technology Co.，Ltd

Filmed glass technology has good performance,easy implementation, low cost advantages, which is applied in high speed railway station engineering building. The article analyzes advantages and disadvantages of filmed glass technology and calculates optical thermal performance and selects suitable filmed glass through detailed example. Filmed glass on high speed railway station room has good effects, such as heat insulation, heat preservation and safety, which has 15%energy saving on air-conditioning electric power consumption after renovation.

Filmed Glass, Thermal Performance, Energy Saving and Emission Reducing

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.12.010

王飛：男，從事環(huán)保、節(jié)能項(xiàng)目的推廣和應(yīng)用。