建筑玻璃的特性及应用选择.pps

中国南玻集团股份有限公司,建筑玻璃的特性及应用,责任编辑：许武毅 高级工程师 (E-mail:) 中国建筑玻璃与工业玻璃协会 专家 全国建筑玻璃标准化技术委员会 专家 中国建筑业协会建筑节能专业委员会 专家 中国建筑金属结构协会铝幕墙门窗委员会 专家,2008版,讲演提纲,二、玻璃的安全性,三、玻璃的隔声性,一、玻璃的节能性,四、玻璃的外观效果,五、太阳电池玻璃,一. 玻璃的节能性,热能的两种形态: 太阳辐射: 仅来自室外,冬夏都存在； 远红外辐射: 冬天来自室内（暖气） 夏天来自室外（物体热辐射）,1. 通过玻璃传递的热量及参数,1.1 两种形态热能的波长分布,太阳辐射透过玻璃,太阳直接辐射透过,反射,吸收,再辐射、传导透过,1.2 热量传递过程示意,远红外热辐射透过,吸收,再辐射、传导透过,1.3 透过玻璃传递热量的公式,Q = 630 Sc + U (T外-T内),- 太阳能透过,- 对流、传导透过,参数说明： Sc-遮阳系数：反映对阳光的遮蔽效果,U-传热系数：与测试条件有关，单位为 W/m2K,1.4 Sc 与 g 的区别,遮阳系数 Sc-Shading coefficient 太阳得热因子 gSolar heat gain,透过玻璃的太阳能=Sc透过3mm玻璃的太阳能 = g 裸太阳辐射能,其中: 透过3mm玻璃的太阳辐射能 = 630 w/m2 因此：g = 0.87 Sc 这两参数是相关的、非独立参数.,1.5 U值与K值的区别,K、U都是传热系数,区别：来自不同的标准体系，其数值有差别。 欧洲EN673、中国GB10294、美国ASHRAE标准,关系：不存在换算关系，但有以下一般关系： 欧洲k值 中国K值 U值,示例：以6CEB21+12A+6C中空玻璃为例 欧洲 k值 =1.61 中国K值 =1.68 美国 U冬 =1.77 U夏 =1.95,不同标准的测试条件,2. 浮法玻璃 2.1 普通浮法玻璃,分类：钠钙硅酸盐玻璃 名称：浮法玻璃、平板玻璃、退火玻璃,特点：铁含量高，透光率8689%，厚玻璃偏绿色； 含有镍金属，钢化后会自爆； 太阳能透过率高Sc0.98， 传热系数U6 w/m2，节能性极差。,普通透明玻璃的光谱,2.2 超白浮法玻璃,分类：钠钙硅酸盐玻璃 名称：超白玻璃、低铁玻璃,特点：铁含量低，透光率91，玻璃无色； 镍含量低，钢化后自爆率极低； 太阳能透过率高Sc1.04， 传热系数U6 w/m2，节能性更差。,超白玻璃应用中国国家大剧院,超白玻璃应用法国巴黎罗浮宫的入口,绍兴市民广场 12CES11+12A+6c+0.76PVB+6c 无色透明,3. 中空玻璃,Q = 630 Sc + U (T外-T内), 功能：降低U值，限制热传导，提高保温性；, 影响U值的因素：气体层厚度、气体成分 玻璃内表面辐射率 当气体层厚度和成分、玻璃厚度确定后，U值仅与 玻璃内表面辐射率有关。,3.1 U值计算公式 1 1 1 n 1 m + + + dm rm (式1-2) U ho hi hg+hr 其中： hr 4 T3/(1/E1+1/E21) (式1-3) 式中：ho、hi -分别是玻璃室外侧、室内侧表面的换热系数； hg - 第n间隔层气体的传热系数（包括对流和传导）； hr -第n间隔层两侧玻璃表面的辐射传热系数； dm、rm -分别是第m层玻璃的厚度和热阻； E1、 E2 - 第n间隔层两侧玻璃表面的辐射率；,3.2 影响中空玻璃使用寿命的因素,干燥剂（分子筛）的灌装率：大于95%； 干燥剂（分子筛）的吸附率：损失小于10%,密封胶的密封性：密实可靠，无虚泡；,注意：绝对禁止使用高硅油含量的密封胶， 否则使用中硅油会渗出形成流痕。,4. 镀膜玻璃, 制造工艺： 离线镀膜真空磁控溅射 在线镀膜化学气相热喷涂, 类型划分： 阳光控制膜（热反射膜） 低辐射膜（Low-E膜）,4.1 阳光控制镀膜玻璃,膜层：13层金属及化合物膜； 功能：降低Sc，限制阳光入射，提高隔热性；,6mm透明玻璃：Sc=0.98 U冬=6.2 W/m2,Q = 630 Sc + U (T外-T内),优点：颜色丰富，色饱和度高； 缺点：辐射率高0.50.8，U5与白玻接近。,4.2 Low-E玻璃,膜层：5层以上，银、钛、镍铬合金及化合物； 功能：降低Sc 控制阳光入射， 降低U 提高保温性能，全面节能；,Q = 630 Sc + U (T外-T内),优点：透光率高3080，Sc范围广0.220.65； 既遮阳又不影响采光； 缺点：离线产品不能单片使用。,4.3 双银Low-E玻璃 （Double Low-E）,特点：解决了透光与遮阳的矛盾； 新推出的三银Low-E更好。,膜层：9层以上，间隔2层银、其它金属及化合物； 功能：2层银膜仅在太阳光谱波段干涉反射， 降低Sc但不影响透光率；,问题：透光率高采光好，但透过的太阳热辐射多； 若降低太阳热辐射透过，则透光率低采光差；,太阳热辐射区,可见光区,4.4 各种镀膜玻璃的光谱特性,4.5 各种镀膜玻璃的判别,选择系数r = 透光率T/遮阳系数Sc,镀膜：r 11.3 取值1.2 双银：r =1.31.7 取值1.5 三银：r =1.72.1 取值 2,光线冷暖指数 DxSc/T （选择系数的倒数） 含义：Dx越小，透过的阳光越凉爽,4.6 选择系数应用举例,节能标准要求 Sc0.4 玻璃合理的透光率=Scr,采用单银：0.41.2 即透光率48% 采用双银：0.41.5 即透光率60%,若设计要求透光率55% 玻璃合理的遮阳系数Sc=55%/r,采用单银：0.55/1.2 即Sc0.46 不满足 采用双银：0.55/1.5 即Sc0.37 满足 采用三银：0.55/2 即Sc0.28 满足,4.7 常用玻璃的节能参数对比,4.8 Low-E玻璃的分类及其名称, 根据使用功能分为2种类型：,注意：民宅与公建的区别： 公建白天使用多，重在防太阳热辐射； 民宅夜晚使用多，重在保温；,传统型：太阳能透过率高，适用于严寒地区； 遮阳型：(也称Solar Low-E、Sun Low-E等), 根据制造工艺分为: 在线Low-E 与 离线Low-E,优点：可单片使用，可作夹层使用；,缺点：节能性差、颜色均匀性差、 钢化后变形大，颜色品种少；,离线Low-E,优点：节能性好、先钢化后镀膜平整度好、 颜色均匀性好；颜色品种丰富；,在线Low-E,缺点：加工工艺要求高、不宜作夹层使用。, 在线、离线Low-E的光谱曲线比较,离线Low-E可反射更多的红外线热能，节能性远优于在线产品。, 在线、离线Low-E的节能参数对比,以上取透明Low-E玻璃进行比较. 对比结果表明,两者的U值相差约10%。 离线Low-E的隔热性能、遮阳性能远比在线Low-E好.,5. 节能玻璃应用 5.1 Low-E膜面位置对节能性的影响,保温性差别：两种方式的 U冬 相等；,1# 2# 3# 4#,室外,室内,隔热性差别：2#面的Sc低于3#面10%以上。, Low-E膜位于2#、3#面参数的差别,结论：如果不受其它限制的话，建议选择2#面, 试验结果对比,试验结果：,试验方法：采用300W红外线灯，间隔玻璃30cm 照射30分钟后，测量玻璃表面温度。,5.3 整窗的节能参数 整窗的节能性能既与玻璃也与窗框有关,计算方法： U玻S玻U框 S框 sssssU窗 ssssssssssssssS玻S框 其中：S玻玻璃透明部分的面积(m2) U玻玻璃的传热系数 S框窗框投影面积(m2) S框窗框的传热系数,6.节能标准及能耗计算 6.1 国标GB50189-2005部分内容, 注意事项,计算单一朝向的面积应包括群楼；,玻璃幕墙的非透明部位应计入墙的面积；,4.2.4款强条 “每个朝向的窗墙面积比不应大于0.7” 并不是限制玻璃幕墙，一般去除窗间墙部位均能满足；,4.2.6款强条 “屋顶透明部分的面积不应大于屋顶总面 积的20”，计算时应包括群楼等整个建筑物的屋顶。,4.2.4款强条 “当窗墙面积比小于0.4时，玻璃的可见光 透射比不应小于0.4”，一般须采用Low-E玻璃才能满足；,6.2 模拟能耗计算 建立计算模型： 不考虑建筑结构，仅考虑采光窗朝向，各立面取正朝向; 环境热源:室外仅考虑太阳辐射，室内仅考虑暖气; 环境参数:室外取当地冬夏的典型温度，室内冬季18， 夏季24 。, 计算公式：, 节能效果的模拟计算对比, 能耗费用对比,6.3 寒冷地区冬、夏季能耗与Sc的关系,冬季能耗随Sc降低,夏季能耗随Sc升高,问题：寒冷地区的公共建筑是否应追求遮阳？, 寒冷地区全年总能耗随玻璃Sc变化曲线,玻璃遮阳系数Sc,白玻中空,热反射中空,Low-E射中空,结论：对于寒冷地区的公共建筑，尽管节能标准规定Sc0.5， 但仍然是“遮阳系数越低节能性越好”。,二、玻璃的安全性能 1. 钢化玻璃,半钢化玻璃特点：强度是退火玻璃的2倍； 不属于安全玻璃但有安全性； 不存在自爆现象。, 钢化玻璃特点：强度是退火玻璃的3-4倍； 钢化后平整度变差； 存在自爆的缺陷。,普通玻璃破裂特征,半钢化玻璃破裂特征,钢化玻璃破裂特征, 自爆的主要原因：NiS晶体(0.06mm)变相后体积增大， 导致局部应力平衡破坏；, 自爆概率：目前尚无任何标准明确给出数值，根据统计 每四吨玻璃存在一粒NiS，按厚度6mm面积1m2计相当于 0.3%, 国际行业一般认同0.3-0.8%，与玻璃尺寸有关；, 自爆的的不可预知性：现有浮法玻璃生产线仅能检测出 0.2mm的杂质粒，因此无法检测出NiS的存在；,1.1 钢化玻璃的自爆, 关于自爆率的标准值：国内外目前无标准值。, 均质处理的作用：促使NiS晶体变相，引发自爆；, 不同标准的处理条件:,1.2 钢化玻璃均质处理, 处理后的自爆率：国内外未累积足够的数据，一般0.1。,2.夹层玻璃 2.1 夹层玻璃的一般特性,隔声性： 隔音性能略优于中空玻璃,安全性： 破碎后仍联成一体。,隔紫外线：可将紫外线基本隔绝,使用不同的夹层膜材料，会获得不同的附加性能。,2.2 夹层膜的种类及特点 种类： PVB膜聚乙烯醇缩丁荃 EVA膜乙烯醋酸乙烯共聚物 SGP膜（离子型膜） 聚乙烯对苯二酸盐及 金属盐离子混合物 其中SGP是美国杜邦 SentryGlasPlus 膜的简称； 目前建筑上使用量最多的仍是PVB膜。, 特性比较：,中心位移,延续时间,夹层玻璃破碎后在330kg荷载下位移变化曲线：,显示玻璃破碎后SGP夹层玻璃的残余强度,用SGP夹层玻璃制成的楼梯板和支撑,3.安全玻璃的应用,在强度满足的情况下，非点接驳式安装的夹层宜采用半 钢化玻璃，以避免自爆及获得破碎后的残余强度;,夹层玻璃在室外裸露使用时，应采用EVA或SGP膜;,夹层需与金属粘接的，应采用EVA或SGP膜;,承受荷载尤其是上人的水平面板，应采用SGP膜;,典型的玻璃采光顶：钢化Low-E12A半钢化加层中空， 考虑太阳辐射的热舒适性（200w/m2），Sc应小于0.3;,承受水平荷载的护栏玻璃应采用12mm以上的钢化玻璃， 相对高度大于5米时，应采用半钢化夹层玻璃，防护栏杆 应与建筑主体结构牢固连接;,三、玻璃的隔声性能,1.人耳对声音的感知度 人耳感知声波的范围：20Hz16000Hz 主观感知程度：,相差10dB 听觉感知相差一倍,相差 5dB 听觉可明显感知有差别,相差 3dB 听觉刚能感知有差别,相差 1dB 人耳无法辨别有差别,结论:如无特殊要求不必追求1dB2dB的差别。,2.玻璃隔声的定律 玻璃的隔声性能服从质量定律： R20lgM+20lgf-47.2dB 其中： R 玻璃的隔声量（dB分贝）； M 玻璃的单位面积质量（kg/m2）； f 入射声的频率（Hz)； 测量频率范围;100Hz4000Hz 测量频率间隔：1/4倍频,3.提高玻璃隔声性能的措施, 单片玻璃：增加玻璃厚度（质量定律）, 中空玻璃：增加玻璃厚度 增加气体层厚度 充惰性气体Ar等, 夹层玻璃：增加玻璃厚度 增加PVB厚度影响不大,部分玻璃的隔声特性,中空与夹层的隔声频谱曲线,夹层玻璃消除了玻璃固有频率产生的波谷。,中空充Ar气的隔声频谱曲线,4.提高玻璃隔声性能的限制,因此隔声性能的提高不是无限度的， 当Rw大于40dB后进一步提高将付出很大的代价。,隔声性能最佳的玻璃配置： 不等厚的夹层玻璃16Ar不等厚的夹层玻璃， 即便如此，Rw由40dB提高到45dB玻璃将非常厚；,四.玻璃的外观, 入射光源的颜色，即天空的颜色，蓝、灰；, 镀膜玻璃的反射颜色；,正确判别方法：在室外均匀背景天光下观察反射颜色和亮度， 绝对避免在室内垫着白纸看，这与实际使用状况相差太远。, 镀膜玻璃的反射率R，决定反射光的亮度；, 玻璃的透光率T，决定透射颜色的浓淡。,1.影响视觉效果的因素,2.视线遮蔽性,其中：V-视见函数值， -漫反射系数,天光强度 Io,室内强度光强度 Ii=IoT,反射光强度IoRV,透出光强度IoT2,基本遮蔽的条件：反射光强度 10 透射光强度 即：RV/T2 10 措施：提高玻璃的反射率，降低玻璃的透过率，室内灰色调。,3.窗间