銀層厚度對雙銀離線Low-E玻璃光熱比的影響

朱宏剛

（天津北玻玻璃工業(yè)技術(shù)有限公司 天津 301800）

全球公共建筑和公共建筑能耗約占全球總能耗的36%，在能源日益短缺以及環(huán)境污染愈來愈嚴重的今天，如何降低建筑能耗已經(jīng)成為建筑行業(yè)乃至整個社會的焦點問題。作為建筑不可或缺的部件—玻璃，是建筑的窗口，其兼顧采光、保溫、隔熱、隔聲等多項功能。而離線Low-E復合產(chǎn)品以其優(yōu)越的保溫和遮陽性能，早已成為建筑行業(yè)的寵兒。

Low-E玻璃又稱低輻射鍍膜玻璃，是在玻璃表面涂覆多層金屬或其它化合物組成的膜系產(chǎn)品。衡量Low-E玻璃節(jié)能指標包含傳熱系數(shù)即U值和太陽能得熱系數(shù)即SHGC兩項，兩項數(shù)值越低，其玻璃產(chǎn)品節(jié)能指標越好。同時考慮到目前雙銀產(chǎn)品U 值相差較小，因此本文主要針對銀層厚度與太陽能得熱系數(shù)之間的關(guān)系展開討論。

1 理論研究

透過玻璃熱能由兩部分構(gòu)成，一部分為太陽照射進入室內(nèi)熱能，包括直接照射透過和二次傳熱透過的熱能，另一部分為溫差傳熱透過的熱能。單位面積玻璃透過熱能的功率可由式（1）計算：

式中：Q——單位面積玻璃透過熱能的功率，W/m2；

Io——太陽輻射強度，W/m2；

SHGC——太陽得熱系數(shù)，無量綱；

T室外、 T室內(nèi)——分別為室外、室內(nèi)的環(huán)境溫度，℃；

U——玻璃的傳熱系數(shù)，W/（m2·K）。

在實際使用中，透過玻璃的光與透過玻璃的太陽能關(guān)乎采光和隔熱性能，二者的關(guān)聯(lián)度很大且與玻璃的品種密切相關(guān)，反應這個關(guān)聯(lián)的參數(shù)就是“光熱比LSG”。

光熱比LSG＝可見光透過率T/太陽能得熱系數(shù)SHGC

通過LSG可以一目了然地看出LSG數(shù)值越大，在相同可見光透過率的前提下透過玻璃的太陽能越少。選擇玻璃作為目前的主要原材料，主要是看中了玻璃具有一定的強度及通透性。因此，對于玻璃追求的是在獲得恒定的SHGC的同時，可見光透過率越高玻璃越通透。對于離線Low-E產(chǎn)品的LSG值與鍍膜產(chǎn)品的銀層厚度及比例存在很大的聯(lián)系，本文針對如何提高離線鍍膜產(chǎn)品光熱比進行實驗。

2 實驗

2.1 基片清洗

本實驗試樣基片采用6 mm新鮮浮法玻璃原片，通過鍍膜線專用清洗機用高潔凈去離子水清洗后烘干。清洗過程中對于玻璃表面潔凈度要求非常苛刻，由于離線Low-E膜厚一般小于400 nm，附著在玻璃表面很小的臟污都會對后續(xù)膜層的耐久性及加工性產(chǎn)生影響。附著在玻璃表面的臟污會向膜層內(nèi)遷移，對膜層造成不同程度的破壞。

2.2 膜層設計

本實驗膜層設計采用：玻璃/SiAlNx/ZnAlOx/①Ag/NiCr/AZO/SiAlNx/ZnAlOx/②Ag/NiCr/AZO/SiAlNx的膜層結(jié)構(gòu)。在固定除銀層外其它膜層厚度的情況下，通過改變兩層銀層的厚度及比例制備一系列鍍膜試樣，而后測量不同的LSG值，找出與銀層的關(guān)系。

2.3 試樣制備

基片經(jīng)過清洗風干后利用北玻集團自主研發(fā)的超大玻璃鍍膜生產(chǎn)線進行試樣制備，相關(guān)試樣銀層厚度如表1所示。

表1 試樣銀層厚度

A系列試樣制備：設定①Ag厚度為10 nm，將②Ag厚度分別按照從4 nm開始以2 nm的幅度逐步加厚直至18 nm制備8種試樣。

B系列試樣制備：設定②Ag厚度設定為10 nm，將①Ag厚度分別按照從4 nm開始以2 nm的幅度逐步加厚直至18 nm制備8種試樣。

C系列試樣制備：將銀層總厚度設定為28 nm分別按照①Ag從厚度4 nm開始以2 nm的幅度逐步加厚直至24 nm制備11種試樣。

將①Ag與總銀層厚度比按照30%、40%及50%的三種配比按照銀層總厚度從20 nm開始以2 nm的幅度逐步加厚直至34 nm依次制備D、E和F系列試樣各8種。

2.4 試樣光學性能測試

將制備的所有試樣改切成尺寸約為80 mm×80 mm的試樣，使用Lambda950測試得到200～2 500 nm光譜數(shù)據(jù)。

利用LBNL系列軟件中的WINDOW6.3按照6 mm白玻（Low-E）+12Air+6 mm白玻的標準中空結(jié)構(gòu)計算出試樣的太陽能得熱系數(shù)（SHGC）和可將光透過（T）；按照式（1）計算出光熱比LSG。

3 分析與討論

A、B系列試樣銀層變化與LSG值的關(guān)系見圖1。

圖1 A、B系列試樣銀層變化與LSG值的關(guān)系

從圖1可以看出，無論固定雙銀產(chǎn)品的哪一層銀層，只要銀層總厚度增加，其LSG數(shù)值就會隨之變大。當變量Ag層的厚度到達10 nm之前A系列試樣LSG值小于B系列試樣，但是當厚度大于10 nm時LSG值大于B系列試樣。圖1中A、B系列試樣的LSG曲線接近于直線，且同銀層總厚度成正比例關(guān)系。

C系列試樣①Ag占銀層總厚度變化與LSG值對比見圖2。

圖2 C系列試樣①Ag占銀層總厚度變化與LSG值對比

從圖2中可以看出，C系列產(chǎn)品在總銀層厚度不變的情況下，隨著①Ag厚度比例的增加，LSG值變化曲線呈拋物線狀。當①Ag厚度占總銀層厚度的40%時，LSG值達到最大值。因此證明在銀層總厚度不變的情況下，銀層比例的變化的確對LSG值影響較大。

為了驗證銀層比例對雙銀LSG數(shù)值關(guān)系曲線，特將①Ag比例分別為30%、40%、50%的D、E、F三個系列試樣的LSG值隨著銀層總厚度變化進行對比。見圖3。

圖3 ①Ag比例分別為30%、40%、50%下不同銀層總厚度LSG對比圖

如圖3所示，E系列試樣即①Ag比例為40%時在整個銀層變化過程中LSG值一直處于較大數(shù)值。

F系列試樣即①Ag比例為50%時的LSG變化曲線，與E系列試樣曲線幾乎平行；在到達銀層總厚度為34 nm時出現(xiàn)相交趨勢。

D系列試樣①Ag比例為30%時在最初銀層總厚度為20 nm時LSG值最大，當銀層總厚度為22 nm時就與E系列試樣LSG值相等。隨著銀層總厚度的不斷增加，D系列試樣的LSG值曲線斜度不斷減??；在銀層總厚度為27 nm時與F系列試樣曲線相交。在銀層總厚度超過27 nm后，隨著銀層總厚度的增加D系列試樣的LSG值增長速度要小于E、F系列試樣且差值逐漸增大。

4 結(jié)論

（1）采用真空磁控濺射生產(chǎn)的離線雙銀產(chǎn)品光熱比隨著銀層總厚度的增加而增大；

（2）在銀層總厚度不變的情況下，底層銀厚度占總銀層厚度40%時，可獲得相同銀層總厚度條件下的最大光熱比。