Low_E玻璃镀膜面处于不同位置对中空玻璃性能的影响

Doors & Windows TM 2012.09 Low-E 玻璃镀膜面处于不同位置 对中空玻璃性能的影响 摘要： 本文主要分析了Low-E玻璃镀膜面放置位置不同时，对Low-E中空玻璃尤其三玻Low-E中空玻璃的U值、遮阳 系数的影响，并对Low-E玻璃e值、U值、遮阳系数的相应关系，及中空玻璃充填惰性气体后玻璃U值的变化进行了探讨，以期 为节能门窗设计提供了Low-E玻璃的使用方法。 关键词：Low-E玻璃； 镀膜面；Low-E玻璃U值；e值； 遮阳系数； 惰性气体 1前言 随着天津地区建筑节能向第四步节能目标推进， 对门 窗的节能性能要求也越来越高， 今后的门窗U值要求在 2.0W/(m2K）1.8W/(m2K）左右，要想提高门窗的节能性能， 玻璃的选用是很重要的一环。 目前使用的中空玻璃品种，多数为双玻中空、三玻中空、 双玻Low-E中空等产品。 随着对门窗节能性能要求的提升， 门窗用中空玻璃的配置也向双玻Low-E中空（离线、双银）、 三玻Low-E中空、三玻双片Low-E或采用暖边、充气等技术 方向发展，玻璃的节能性能将得到显著的提升。 Low-E玻璃的选用越来越被人们所重视， 其产品系列、 规格、品种越来越细化，针对不同的节能性能要求，出现了更 多的新产品。更好地认识和了解Low-E玻璃的性能是门窗设 计人员的首要任务。 2Low-E玻璃的特性 Low-E玻璃 （又称低辐射镀膜玻璃） 是Low Emissivity Glass的简称， 是在玻璃表面镀上多层金属或其他化合物组 成的膜系产品。 该产品对可见光有较高的透射率，对红外线 （尤其是中远红外）有很高的反射率，具有良好的隔热性能。 可以起到控制阳光、节约能源、控制调节热量及改善环境的 作用。 普通玻璃的表面辐射率e在0.84左右，在线Low-E玻 璃的表面辐射率一般在0.25以下。 这种厚度在80nm90nm 的低辐射膜层对远红外热辐射的反射率很高，能将80%以上 的远红外辐射反射回去，所以Low-E玻璃具有良好的阻隔热 辐射透过的作用。 太阳的辐射光线，能大部分通过中空玻璃透射到室内,给 我们的生活带来了光明和温暖。 室内的物品会因自身温暖的 温度而发生再辐射（长波），又将一定的热量通过中空玻璃而 传递到室外。 使用低辐射镀膜玻璃制作的中空玻璃，会将太 阳光线中的大部分可见光和太阳能透射至室内，并且有效地 阻止室内的再辐射（长波）通过玻璃传到室外，达到了降低门 窗产品U值的目的。 冬季，我国北方城市的低辐射中空玻璃设计主要考虑的 是屏蔽紫外线、对可见光线的高透射（提高自然光的利用）、 对近红外线的高透射（获得太阳热能）、对长波（2.5m50m 之间）的低透射（阻止室内的热能流失）。 夏季，我国南方城市的低辐射中空玻璃设计主要考虑的 是屏蔽紫外线、对可见光的高透射（提高自然光的利用）、对 近红外线的低透射（屏蔽太阳热能）、对长波（2.5m50m之 间）的低透射阻止室外物品（公路、建筑等）的热能辐射、同时 也阻止室内冷气的流失。 3Low-E玻璃的e值对区别在线Low-E玻璃、离 线Low-E玻璃的作用 由于Low-E玻璃是在玻璃表面涂镀一层或几层银金属 李玮王芹孟宪媛 天津市建材业协会 何振程 美国亚松 部品与原材料专栏 玻璃 26 Doors & Windows TM 2012.09 薄膜或其他化合物组成的膜系列产品，其膜层具有极低的表 面辐射率， 将波长在2.5m40m的远红外热能辐射回去。 Low-E玻璃的辐射率e值越小，玻璃的U值越低，其隔热保 温效果越好。 按照加工工艺不同，Low-E玻璃可分为在线Low-E玻璃 和离线Low-E玻璃。 两种的主要区别是Low-E玻璃的e值 大小，一般在线Low-E玻璃的e值在0.300.16左右；离线 单银Low-E玻璃的e值一般在0.150.08左右；双银Low-E 玻璃的e值一般在0.050.07左右；三银Low-E玻璃的e值 一般在0.02左右。 普通透明玻璃的辐射率e为0.84，意味着 能将波长在2.5m40m之间的远红外热能的16%辐射回 去。 如国家玻璃数据库中的253号，是离线低辐射镀膜玻璃， 其辐射率为0.08，就意味着可将波长在2.5m40m远红外 热能的92%辐射回去，使中空玻璃的节能效果更加明显。 3.1离线Low-E玻璃 一般膜系由几到十几层膜层构成， 镀膜材料为金属银， 其中仅仅是银膜层起低辐射作用，其它膜层全部为保护和过 度膜层。 采用真空磁控溅射工艺，在玻璃表面镀上单层、双层 或多层银的功能膜，银的两侧需加上多层介质膜。 为了追求不同地区的更高节能要求， 相继出现了双银、 三银的低辐射镀膜玻璃。其膜系结构比普通Low-E膜层复杂 双银（三银）Low-E玻璃突出了玻璃对太阳热辐射的遮蔽，它 最大限度地将太阳光过滤成为冷光源，解决了高可见光透过 率与低太阳能透过率不能兼顾的矛盾，从而获得了同时具有 较高可见光透过率、较低太阳热辐射透过率的效果。 3.2在线Low-E玻璃 在线低辐射镀膜玻璃硬度大，不容易划伤，故称为硬镀 膜。 其生产是在一定温度下进行的，称为化学气相沉积法。 镀膜材料为氧化锡，其膜层厚度是离线的20倍，但也是相 当薄的。 离线Low-E玻璃的光谱呈现银和氧化锡复合膜的特征， 而在线Low-E玻璃的光谱呈现氧化锡导电膜的特征，二者对 可见光都有良好的透射，而对近红外光前者比后者具有高得 多的反射，对远红外辐射前者比后者吸收少、反射高。 因此， 与离线Low-E玻璃相比， 在线Low-E玻璃具有较高的遮阳 系数和较高的传热系数。 在应用中要根据对门窗性能的设计要求， 选择玻璃品 种，同时还应考虑Low-E玻璃的U值、遮阳系数SC、Low-E 玻璃的e值，应在玻璃数据库中选择既符合门窗用玻璃U值 要求， 又符合对遮阳系数SC设计要求的玻璃品种。 不同 Low-E玻璃的e值，其玻璃U值和遮阳系数有很大影响， 正 确认识Low-E玻璃的e值，对选用玻璃品种时会有很大的参 考价值。 3.3Low-E镀膜面位置对中空玻璃的影响 图1Low-E中空玻璃节能效果分析图 如图1中所示两片中空玻璃的室外侧表面为第1面， 室内侧内表面为第4面， 第2、3面分别位于中空玻璃的内 部中间。 低辐射镀膜位于第2面或第3面，对于两片中空玻璃的 U值影响甚微，但却有着不同的遮阳系数（表1第67号）。 当Low-E玻璃处于第三面时(5mm+12Ar+6mm)： U=1.728，SC=0.819，g=0.712； 当Low-E玻璃处于第二面时(5mm+12Ar+6mm)： U=1.729，SC=0.593，g=0.618。 在我国的北方低辐射镀膜位于第3面时，在冬季会获得 大量的太阳能，而夏季会加大制冷的费用。 天津处于寒冷（B） 地区气候区，气候特征属于冬寒夏热，所以确定Low-E玻璃 面的位置既要考虑冬季获得太阳能的热量，又要考虑夏季空 调制冷所耗费的能源，遮阳系数（SC）不能过大。 综合考虑，建 议天津地区窗用玻璃，低辐射镀膜应位于第2面，在阻止太 阳能热量进入室内的同时，又有良好的隔热保温效果。 4两腔三玻中空Low-E玻璃面的配置对玻璃性 能的影响 我们采用粤建科MQMC热工软件， 对两腔三玻中空 Low-E玻璃的镀膜面处于不同位置的节能效果进行了计算， 汇总成表1。 4.1玻璃面确定 双玻中空玻璃的玻璃面，室外侧为第1面，由室外向室 内依次为2面、3面，第4面为室内侧，三玻时依然为室外侧 为第1面，以此类推为2、3、4、5，第6面为室内侧。 4.2三玻中空单片Low-E玻璃镀膜面位置确定 三玻中空单片Low-E玻璃镀膜面位置不同， 其参数结果 见表2。 从表2中可以看出，膜面所处位置不同，玻璃U值却 没有太大变化，U都在1.4711.452之间。 位置不同保温节能 部品与原材料专栏 玻璃 27 Doors & Windows TM 2012.09 部品与原材料专栏 玻璃 表1Low-E中空玻璃镀膜面处于不同位置时玻璃U值、遮阳Sc变化表 编号 1 2 中空玻璃配置 5mm+12A+5mm 5mm+12Ar+5mm U 2.660 2.502 SC 0.893 0.893 g 0.777 0.777 e 0.84 0.84 玻璃数据库号 18，18 18，18 备注 3 4 5 5mm+12A+5mm(Low-E) 5mm+12Ar+5mm(Low-E) 5mm+12A+6mm(Low-E) 2.079 1.837 1.983 0.771 0.783 0.810 0.671 0.681 0.705 0.30 0.30 0.24 18，328 18，328 18，323 在线Low-E在第三面 在线Low-E在第三面 在线Low-E在第三面 6 7 8 5mm+12Ar+6mm(Low-E) 5mm+12Ar+6mm(Low-E) 5mm+12Ar+6mm(Low-E) 1.728 1.729 1.854 0.819 0.593 0.829 0.712 0.618 0.721 0.24 0.24 0.16 18，323 18，323 18，318 在线Low-E在第三面 在线Low-E在第二面 在线Low-E在第三面 9 10 11 5mm+12Ar+5mm(Low-E) 5mm+12A+6mm(Low-E) 5mm+12Ar+6mm(Low-E) 1.576 1.740 1.445 0.835 0.758 0.767 0.726 0.660 0.667 0.16 0.09 0.09 18，318 18，307 18，307 在线Low-E在第三面 离线Low-E在第三面 离线Low-E在第三面 12 13 14 5mm+9A+5mm+9A+5mm 5mm+9Ar+5mm+9Ar+5mm 5mm+9A+5mm+9A+5mm(Low-E) 1.907 1.731 1.641 0.805 0.806 0.712 0.700 0.701 0.620 0.84 0.84 0.30 18，18，18 18，18，18 18，18，328在线Low-E在第三面 15 16 17 5mm+9Ar+5mm+9Ar+5mm(Low-E) 5mm+9Ar+5mm+9Ar+5mm(Low-E) 5mm+9Ar+5mm+9Ar+5mm(Low-E) 1.422 1.211 1.176 0.720 0.696 0.725 0.626 0.605 0.631 0.30 0.09 0.08 18，18，328 18，18，307 18，18，307 在线Low-E在第三面 离线Low-E在第三面 离线Low-E在第三面 18 19 20 5mm+12A+5mm+12A+5mm 5mm+12Ar+5mm+12Ar+5mm 5mm+12A+5mm+12A+5mm(Low-E) 1.776 1.636 1.481 0.806 0.806 0.718 0.701 0.702 0.625 0.84 0.84 0.30 18，18，18 18，18，18 18，18，328在线Low-E在第三面 21 22 5mm+12Ar+5mm+12Ar+5mm(Low-E) 5mm+12Ar+5mm+12Ar+5mm(Low-E) 1.303 1.263 0.724 0.723 0.630 0.629 0.30 0.08 18，18，328 18，18，253 在线Low-E在第三面 离线Low-E在第三面 23 24 25 26 5mm+12Ar+5mm+12Ar+5mm(Low-E) 5mm+9A+5mm+9A+5mm(Low-E) 5mm+9A+5mm(Low-E)+9A+5mm(Low-E) 5mm+9A+5mm(Low-E)+9A+5mm(Low-E) 1.043 1.452 1.410 1.183 0.731 0.715 0.455 0.603 0.636 0.622 0.523 0.524 0.08 0.08 0.08 0.08 18，18，253 18，18，253 18，253，253 18，253，253 离线Low-E在第三面 离线Low-E在第三面 离线Low-E在第4、5面 离线Low-E在第3、5面 27 28 29 30 31 32 33 34 注：双玻时两片玻璃的玻璃面分别为室外侧为1面、2面、3面、第四面为室内侧；三玻时依旧为室外侧为1面，以此类推为2、 3、4、5，6为室内侧。e为Low-E玻璃的辐射率，幅射率越低玻璃的节能性能越好，一般在线在0.25左右，离线小于等于0.15， 好的离线在0.1左右，双银在0.050.07，三银在0.02左右。 5mm(Low-E)+9A+5mm(Low-E)+9A+5mm 5mm(Low-E)+9A+5mm(Low-E)+9A+5mm 5mm+9A+5mm(Low-E)+9A+5mm 5mm+9A+5mm(Low-E)+9A+5mm 5mm(Low-E)+9A+5mm+9A+5mm 5mm+9A+5mm+9A+5mm(Low-E) 5mm+9Ar+5mm+9Ar+5mm(Low-E) 5mm+12Ar+5mm+12Ar+5mm(Low-E) 1.432 1.183 1.471 1.452 1.471 1.452 1.186 1.043 0.433 0.401 0.675 0.557 0.481 0.715 0.725 0.731 0.377 0.349 0.587 0.485 0.418 0.622 0.631 0.636 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 253，253，18 253，253，18 18，253，18 18，253，18 253，18，18 18，18，253 253 253 离线Low-E在第2、3面 离线Low-E在第2、4面 离线Low-E在第3面 离线Low-E在第4面 离线Low-E在第2面 离线Low-E在第5面 离线Low-E在第5面 离线Low-E在第5面 效果一样，但遮阳系数Sc从0.4810.715却有很大变化。 从 U值的角度考虑，四种选择（第2面、第3面、第4面和第5 面）都有着相同的数值。 而从Sc角度考虑，第2面最小，第5 面最大。Sc越大，表示获得的太阳能越多，反之越少。 如果选 择Sc（0.715）放在第5面的情况，冬季可以获得更多热量，但 夏季又会付出更多空调费用，要根据设计要求来确定相应的 膜面位置，因天津处于寒冷（B）区，我们建议应放在第2、第4 面更好一些，冬季可以获得足够热量，夏季又会付出相对较 少的空调费用。 28 Doors & Windows TM 2012.09 部品与原材料专栏 玻璃 4.3三玻中空双片Low-E玻璃镀膜面位置确定 三玻中空双片Low-E玻璃镀膜面位置不同，其参数结果 见表3。 从表3中可以看出，采用两片Low-E玻璃，主要是提高 玻璃配置的节能性能，获得更好的节能效果，从所处不同的 膜面位置分析35、24组位置较好（即第3、第5面和第2、第 4面），玻璃U值一样为1.183，采用双片Low-E玻璃，其节能 性能提高的比较显著，Sc却大不一样 （Sc分别为0.603和 0.401）相差很大，选用哪种组合要根据设计要求确定，我们建 议选用24组合即膜面放在第2面和第4面， 会取得更大的 节能效果。 具体可参考表1提供的数据。 5Low-E中空玻璃充气后对节能性能的影响 从表4中可以看出，同一种玻璃品种（Low-E玻璃的e 值为0.30或0.24或0.16或0.09），对比充气后变化相差很 大，如： 第1、2组普通中空玻璃其U值相差2.66-2.502=0.158； 第3、4组e值0.30，其U值相差2.079-1.837=0.242； 第5、6组e值0.24，其U值相差1.983-1.728=0.255； 第7、8组e值0.16，其U值相差1.854-1.576=0.278； 第9、10组e值0.09，其U值相差1.740-1.445=0.295。 随着Low-E中空玻璃e值不断地降低， 其充气后玻璃 U值的对比差也会从0.242提升到0.295， 提升幅度达到 21.9%。 随着玻璃的e值降低，充气后其节能效果愈加明显， 如普通中空玻璃第1、2组充气后差值（0.158），和玻璃e值最 好的第9、10组充气后差值 （0.295） 相比 （0.295-0.158= 0.137），提升了86.7%。 所以玻璃的e值越低，节能性能越好， 充气后其玻璃的U值降低幅度越大。 如果在中空玻璃中增加Low-E玻璃后又充填惰性气体， 其玻璃的U值可大幅度降低。 表4第17组是三玻中空，U值 1.776；第21组是三玻中空增加了Low-E玻璃其U值1.263， 提升幅度40.6%；第22组是三玻中空Low-E充填气体，其U 值是1.043，与17组比值相比，提升幅度达到70.2%。 所以要 想大幅度降低玻璃的U值， 就必须既采用Low-E玻璃又要 充填气体，才能获得更好的节能效果。 图2充气后中空玻璃U值变化曲线图 表3三玻中空双片Low-E玻璃镀膜面处于不同位置时 玻璃U值、遮阳系数Sc对比表 中空玻璃 配置 5mm+9A+ 5mm(Low- E)+9A+5mm (Low-E) 5mm +9A + 5mm (Low - E)+9A+5mm (Low-E) U 1.410 1.183 SC 0.455 0.603 g 0.523 0.524 e 0.085 0.08 玻璃数据 库号 18253253 18253253 膜面 位置 45 35 5mm (Low- E)+9A+5mm (Low -E) + 9A+5mm 1.432 0.433 0.3770.082532531823 5mm(Low-E) +9A +5m m (Low-E)+9A+ 5mm 注：24组，是指三玻中空，双片Low-E玻璃，其镀膜面 一片在第二面，一片在第四面。 1.183 0.401 0.3490.082532531824 表2三玻中空单片Low-E玻璃镀膜面处于不同位置时 玻璃U值、遮阳系数Sc对比表 中空玻璃 配置 5mm+9A+ 5mm(Low- E)+9A+ 5mm 5mm+9A+ 5mm(Low- E) +9A + 5mm U 1.471 1.452 SC 0.675 0.557 g 0.587 0.485 e 0.84 0.08 玻璃数据 库号 1825318 1825318 膜面 位置 3 4 5mm(Low- E) +9A + 5mm+9A+ 5mm 5mm+9A+ 5mm+9A+5 mm(Low-E) 1.471 1.452 0.481 0.715 0.418 0.622 0.08 0.08 2531818 1818 253 2 5 29 Doors & Windows TM 2012.09 部品与原材料专栏 玻璃 表4不同玻璃配置充气后玻璃U值变化表 编号 1 2 中空玻璃配置 5mm+12A+5mm 5mm+12Ar+5mm U 2.660 2.502 SC 0.893 0.893 g 0.777 0.777 eU值差 U1-U2=0.158 差值 0.158 3 4 5 5mm+12A+5mm(Low-E) 5mm+12Ar+5mm(Low-E) 5mm+12A+6mm(Low-E) 2.078 1.837 1.983 0.771 0.783 0.810 0.671 0.681 0.705 0.30 0.30 0.24 U3-U4=0.2420.242 6 7 8 5mm+12A+6mm(Low-E) 5mm+12A+5mm(Low-E) 5mm+12A+5mm(Low-E) 1.728 1.854 1.576 0.819 0.829 0.835 0.712 0.721 0.726 0.24 0.16 0.16 U5-U6=0.255 U7-U8=0.278 0.255 0.278 9 10 11 5mm+12A+6mm(Low-E) 5mm+12A+6mm(Low-E) 5mm+9A+5mm+9A+5mm 1.740 1.445 1.907 0.758 0.767 0.805 0.660 0.667 0.700 0.09 0.09U9-U10=0.2950.295 12 13 14 5mm+9A+5mm+9A+5mm 5mm+9A+5mm+9A+5mm(Low-E) 5mm+9A+5mm+9A+5mm(Low-E) 1.731 1.641 1.422 0.806 0.712 0.720 0.701 0.620 0.626 0.30 0.30 U11-U12=0.176 U13-U14=0.219 0.176 0.219 1