玻璃的节能特性及节能玻璃.doc

玻璃的节能特性及节能玻璃玻璃作为透明材料被广泛应用于建筑、交通运输、船舶、航空、制冷等行业，它不仅是良好的透明材料也是一种良好的热导性材料。不管玻璃被应用于哪个领域，通过玻璃进行热传导都会发生，而透过玻璃的热传导大部分是能量损失。例如在建筑上使用的普通平板玻璃所发生的能量损失所占的比例很大，据资料介绍普通玻璃应用于建筑上，有1/3能量是通过玻璃的传导而损失的。目前在世界性能源紧张的今天节能已成为一种趋势，减少通过玻璃的能量损失越来越被建筑师和建筑使用者所重视，几乎所有的建筑师都希望能透过某种途径尽量减少建筑上的损失，以使建筑物的能耗尽量少。减少透过玻璃的能量损失已被提到议事日程。其实节能玻璃在最近几年已获得了长足的发展，只是人们对玻璃的认识还不十分全面，因此掌握玻璃的节能特性对正确选用玻璃品种至关重要。FRv!F,l5qg:A6rL4Ta:w6i 1玻璃节能评价的主要参数UmDk6O7Y m+ 自然界中热量的传递通常有三种形式：对流、辐射和传导。由于玻璃是透明材料，通过玻璃的传热除上述三种形式外还有太阳能量以光辐射形式的直接透过。衡量通过玻璃进行能量传播的参数有热传导率及K值（在美国称为U值）、太阳能透过率、遮蔽系数、相对热增益等。f ww H4y*;Q6 1.1 K值K值表示的是在一定条件下热量通过玻璃在单位面积（通常是1m2）、单位温差（通常指室内温度与室外温度之差一般10C或1K）、单位时间内所传递焦耳数。K值的单位通常是W/m2K。K值是玻璃的传导热、对流热和辐射热的函数，它是这三种热传方式的综合体现。玻璃的K值越大，它的隔热能力就越差，通过玻璃的能量损失就越多+D yh y)5QPX ?XOP;mk K 1.2 太阳能参数mbB9?;c6GwGC 透过玻璃传递的太阳能其实有两部分，一是太阳光直接透过玻璃而通过的能量；二是太阳光在通过玻璃时一部分能量被玻璃吸收转化为热能，该热能中的一部分又进入室内。通常有三个概念来定义： （1）太阳光透射率cjWtjmwc 太阳光以正常入射角透过玻璃的能量占整个太阳光入射能的百分数；Tk)eU d,F （2）太阳能总的透过率C,t or|p,W w SP 太阳光直接透过玻璃进入室内的能量与太阳光被玻璃吸收转化为热能后二次进入室内的能量之和占整个太阳光入射能的百分数。/R4V Wr Kv （3）太阳能反射率3E z r,mE# 太阳光被所有表面（单层玻璃有两个表面，中空玻璃有四个表面）反射后的能量占入射能的百分数。!U UsQ9$yWGP)n2r7z1.3遮蔽系数ZNgQjf;e 遮蔽系数是相对于3mm无色透明玻璃而定义的，它是以3mm无色透明玻璃的总太阳能透过率视为1时（3mm无色透明玻璃的总太阳能透过率是0.87）其他玻璃与其形成的相对值，即玻璃的总太阳能透过率除以0.87。GYCHlP!2U1.4 相对热增益O2Qo;u$v0F1od#c 用于反映玻璃综合节能的指标，它是指在一定条件下即室内外温度差为15OC时透过单位面积（3mm透明，1m2）玻璃在地球纬度30O处海平面，直接从太阳接受的热辐射与通过玻璃传入室内的热量之和。也就是室内外温差在15OC时的透过玻璃的传热加上地球纬度为30O时太阳的辐射热630W/m2与遮蔽系数的积。相对热增益越大，说明在夏季外界进入室内的热量越多，玻璃的节能效果越差。对于玻璃真实的热增益是由建筑所处的地球纬度、季节、玻璃与太阳光所形成的夹角以及玻璃的性能共同决定的。影响热增益的主要因素是玻璃对太阳能的控制能力即遮蔽系数和玻璃的隔热能力。rG%y66?T 相对热增益特别适合于衡量低纬度且日照时间较长地区向阳面玻璃的使用情况，因为该指标是在室外温度高于室内温度时室外热流流向室内且太阳能也同时进入室内的情况下而给定的。k)iKG H 对于不存在太阳能辐射部位使用玻璃时，反映玻璃保温能力的指标只有K值。7O U9$r%i8Ud_ 2节能玻璃的主要品种G x X v1)A%Cg 随着技术的不断进步玻璃品种越来越多，目前主要以节能为目的的品种有吸热玻璃、镀膜玻璃、中空玻璃、真空玻璃等。3R-Q d(TD 2.1吸热玻璃0hy0DDNHeMB,b 吸热玻璃是在玻璃本体内掺入金属离子使其对太阳能有选择地吸收同时呈现不同的颜色，吸热玻璃的节能是通过太阳光透过玻璃时将光能转化为热能而被玻璃吸收，热能以对流和辐射的形式散发出去从而减少太阳能进入室内。%sMDJ; 2.2镀膜玻璃Tf%ZN5u# 镀膜玻璃在建筑上的应用主要有两种，即热反射玻璃（也称太阳能控制玻璃）、低辐射玻璃。0ksF H | 热反射玻璃是在玻璃表面镀上金属、非金属及其氧化物薄膜使其具有一定的反射效果，能将太阳能反射回大气中而达到阻挡太阳能进入室内使太阳能不在室内转化为热能的目的。太阳能进入室内的量越少，空调负荷也就越少；热反射玻璃的反射率越高说明其对太阳能的控制越强，但是玻璃的可见光透过率会随着反射率的升高而降低，影响采光效果，太高的玻璃反射率也可能出现光污染问题。U(f*zR&t.B7D 普通平板玻璃的辐射率较高，通常为0.84。低辐射玻璃是通过在玻璃表面涂敷低辐射涂层使表面的辐射率低于普通玻璃从而减少热量的损失来达到降低采暖费用实现节能目的。衡量低辐射玻璃节能效果的重要指标是辐射率。辐射率越低通过玻璃表面发生的辐射损失越少，玻璃的节能效果越好。|7n$tZ A0L3I$vM% Qf#c$y) yq 2.3中空玻璃3I+Ay%KF v*f 中空玻璃由于在两片玻璃之间形成了一定的厚度并被限制了流动的空气或其他气体层从而减少了玻璃的对流和传导传热，因此它具有了较好的隔热能力。例如由两片5mm普通玻璃和中间层厚度为10mm的空气层组成的中空玻璃，在热流垂直于玻璃进行热传递时对流传热，传导传热、辐射传热各约占总传热的2%、38%、60%，同时中空玻璃的单片还可以采用镀膜玻璃和其他节能玻璃，能将这些玻璃的优点都集中于中空玻璃上，也就是说中空玻璃还可以集本身和镀膜玻璃的优点于一身，从而发挥更好的节能作用。如用一层5mm厚、表面辐射率0.2的低辐射玻璃和一层厚度为5mm的普通玻璃组成的空气层为9mm的中空玻璃其K值月约为2.1W/m2K。如果使用辐射率为0.08的低辐射玻璃并且将空气层中的空气用氩气置换空气层的厚度选择12mm，其K值可以达到1.4W/m2K。如果在中空玻璃的外片选择热反射玻璃他还具有控制太阳能的作用。D)?f4hw2p2w2.4真空玻璃 真空玻璃是目前节能效果最好的玻璃，真空玻璃是在密封的两片玻璃之间形成真空从而使玻璃与玻璃之间的传导热接近于零，同时真空玻璃的单片一般至少有一片是低辐射玻璃。低辐射玻璃可以减少辐射传热，这样通过真空玻璃的传热其对流、辐射和传导都很少，节能效果非常好，但目前国内尚未形成生产能力。?uVv%u:TkNIX3To#B 3 节能玻璃的选择0tK9u? 随着玻璃加工技术的不断发展，可供选择的范围越来越大，但不管选择哪钟玻璃都应把玻璃是否能有效控制太阳能和能隔热保温即节省能源放在重要位置来考虑。要是玻璃在使用中能尽量减少能量损失，必须根据需要选择合适的玻璃。在选择使用节能玻璃时，应根据玻璃所在位置确定玻璃品种：日照时间长且处于向阳面的玻璃应尽量控制太阳能进入室内以减少空调负荷，最好选择热反射玻璃或吸热玻璃及由热反射玻璃或吸热玻璃组成的中空玻璃；寒冷地区或背阳面的玻璃应以控制热传导为主，尽量选择中空玻璃或低辐射玻璃组成的中空玻璃。只有因地制宜选择玻璃才能使节能玻璃更充分地发挥节能特性几种玻璃的参数材料名称 颜色 厚度(mm) 透射系数t值 普通玻璃钢化玻璃磨砂玻璃(花纹深密)压花玻璃(花纹深密)(花纹浅稀) 无无无无无 36563633 0.780.820.780.550.600.570.71 夹丝玻璃压花夹丝玻璃(花纹浅稀)夹层安全玻璃双层隔热玻璃(空气层5mm)吸热玻璃 无无无无蓝 663+33+5+33 5 0.760.660.780.640.520.64U$Q(_-f0W.J)yz5乳白玻璃有机玻璃乳白有机玻璃聚苯乙烯板聚氯乙烯板 乳白无乳白无本色 12 6332 0.600.850.200.780.60聚碳酸脂板聚酯玻璃钢板小波玻璃钢瓦大波玻璃钢瓦 无本色绿绿绿 334 层布34 层布- 0.740.730.770.620.670.380.48 玻璃钢罩钢窗纱镀锌铁丝网(孔2020 )茶色玻璃中空玻璃 本色绿- 茶色无 34 层布- 363+3 0.720.740.700.890.080.500.814AwT d)Tz:o 安全玻璃镀膜玻璃 无金色银色宝石蓝宝石绿茶色 3+355555 0.840.100.140.200.080.14离线低辐射镀膜玻璃与在线低辐射镀膜玻璃的区别离线低辐射镀膜玻璃与在线低辐射镀膜玻璃的区别GLraeB+bv 参考文献： “在线与离线Low-E玻璃的比较和选择”，作者：刘欣向，玻璃2004年第6期gOJwd w “离线低辐射玻璃在建筑领域的应用”，作者：彭波，门窗幕墙与设备2004年第12期S.Vs ?$A Q Ef “环保节能材料：低辐射镀膜玻璃”，作者：吴铭，门窗幕墙与设备2004年第5期$D$b9mVyyyn ctB*p:g E6q J 前言： 现代建筑设计倾向于使用大面积玻璃自然采光，然而普通的单片玻璃夏季无法阻挡阳光中的热能向室内传递，冬季也无法阻挡室内热能的外泄，保持室内适宜的温度的代价只能是大量消耗能源，例如：空调、暖气等。由此导致的直接后果是整个建筑的节能性的极大损失。如何在保证室内采光良好的前提下，将玻璃能量损失减至最低。由此，低辐射镀膜玻璃(即Low-E玻璃，为Low Emissivity Glass的简称)应上述功能 而开发使用，并取得了良好的效果，成为当今玻璃市场上的主要发展的产品之一。NI.r1N,R 就我国情况而论，我国纬度跨度较大，北方地区冬天气候严寒，南方地区夏热冬暖。我国建筑能耗占总体能耗的35%，建筑节能滞后，能耗高，污染重，成为制约我国经济可持续发展的突出问题。中国建筑外墙热损失是加拿大和北美同类建筑的3-5倍，窗的热损失在2倍以上；门窗面积占建筑面积的20%-30%，玻璃占门窗面积70%-80%；建筑能耗的70%是通过门窗流失的，其中1/3是通过玻璃流失的；辐射传热是热传导的主要方式，占60%。目前全国城镇符合建筑节能标准的建筑不足3%，很多空调建筑也没有采取必要的保温、隔热措施，建筑用能浪费极端严重，现在建筑能耗已占我国能源消费总量近1/4，其增长速度还将大大超过“八五”计划期间能源生产可能增长的速度。如果放任这种高能耗建筑持续发展下去，能源生产势必难以长期支撑此种浪费型需求。近年国家出台了一系列针对环境保护，节约能源，改善居住条件，提高投资的经济和社会效益的规定和标准规范。 Low-E玻璃的应用就是其中很重要的一项。 Low-E玻璃按生产制造工艺方式分为离线Low-E玻璃和在线Low-E玻璃两种。1 R?do$g*Z,C6QsR 低辐射镀膜玻璃根据用途主要分为以下类型: 高透型低辐射镀膜玻璃 这种玻璃具有传热系数低和反射远红外热辐射的特点,它可将冬季室内暖气、家用电器和人体发出的热量反射在室内,并降低玻璃的热传导,从而获得极佳的保温效果。适用于北方寒冷地区使用的这种玻璃还具有较高的太阳能透过率,可使太阳中近红外热辐射进入室内而增加室内的热量,从而有效地降低暖气的能耗。 (x)PyJ C6l 遮阳型低辐射镀膜玻璃 这种玻璃除具有传热系数低和反射远红外热辐射的特点外,还具有反射太阳中近红外热辐射的特性。这种玻璃只允许太阳光中的可见光进入室内而阻挡其中的热辐射,因而特别适合于南方地区和过渡地区使用。使用这种玻璃后,即使有太阳照射也不会有热感,它既能保证冬季室内的热能不外泄,又可保证阻挡夏季阳光中的热能进入室内。 QBWf#Z C2a 双银Low-E玻璃 9f/R ek#l-f,qf 双银Low-E玻璃是目前最高级的环保节能型产品,它突出地强调了玻璃对太阳热辐射的遮蔽效果,将玻璃的高透光性与太阳热辐射的低透过性巧妙地结合在一起,它除了具有以上普通Low-E玻璃特点外,它还具有以下两个特性。离线Low-E玻璃和在线Low-E玻璃的区别如下：&quq/L81、生产工艺 ju i e3G+iQ在线LowE玻璃是在浮法玻璃生产过程中，在热的玻璃表面上喷涂上以锡盐为主要成分的化学溶液，形成单层具有一定低辐射功能的氧化锡（SnO2）化合物薄膜而制成的。$u(o*#(n|离线LowE玻璃是在专门的生产线，用真空磁控溅射的方法，将辐射率极低的金属银（Ag）及其它金属和金属化合物均匀地镀在玻璃表面而制成的，它至少由四层膜构成，纯银膜在二层金属氧化物膜之间。金属氧化物膜对纯银膜提供保护,且作为膜层之间的中间层增加颜色的纯度及光透射度z q*q8DSqe$N6f/L、品种及外观在线LowE玻璃品种、颜色单一，受浮法玻璃规模生产的限制，透射率反射率等参数不可调节；离线LowE玻璃品种多样，根据不同气候特点可以制作高、中、低多种透过率产品，并且颜色上丰富多彩，可任意调节透射率反射率等参数，膜层更均匀、色泽更自然，在不同的天气呈现不同的视觉效果;H,F7i8sik6S 、性能参数J&rd J)M/?jh#x5A5q9ZN3WK在线LowE玻璃的光谱呈现氧化锡导电膜的特征，而离线LowE玻璃的光谱呈现银和氧化锡复合膜的特征，二者对可见光都有良好的透射，而对近红外光后者比前者具有高得多的反射，对远红外辐射后者比前者吸收少、反射高。因此，与在线LowE玻璃相比，离线LowE玻璃具有极低的遮阳系数和极低的传热系数。H)a+wG-VNM9d0t:Ud*Z 玻璃组合 透光率 外反光率 内反光率 遮阳系数 U值 相对热获得Btu 在线Low-e 71% 21% 21% 0.76 2.0 158 离线Low-e 75% 11% 11% 0.61 1.39 126l+o5q4u6p,w-o 从以上的对比可以看出，离线Low-E 明显比在线热功性能好、U值低在节能方面，冬季在线玻璃明显比离线增加44%的热量损失；而在炎热的夏季在线比离线增加25%的热量获得。根据统计，建筑的70%能量是通过窗户流失的，由此可见，采用离线玻璃对建筑保温节能重要性。离线膜的光学性能和隔热性能远远好于在线膜，在线膜的辐射系数约为0.21，长波反射率为80，单层银膜的辐射率约为0.10，双层银膜的辐射率达到0.05，长波反射率为9。而且所有在线膜的性能基本一样，而离线膜的性能可以灵活改变。离线膜与在线膜的隔热性能比较见表1： 表 1窗 户 热 阻j9J+h普通透明中空玻璃窗 1.76含有离线膜的中空玻璃窗 3.01含有在线膜的中空玻璃窗 2.67 g;u6pq$_Fx 4、技术含量和成本 在线LowE玻璃的制作技术属于化学镀膜，设备和工艺相对简单，产品的技术含量和生产成本都较低；离线LowE玻璃的制作技术属于真空磁控溅射镀膜，设备和工艺都包含很大的技术含量，产品属于高科技结晶，生产成本很高。5、产品适应性qz8j6M md0o 在国外，在线LowE玻璃主要用于民用建筑。原因是民居较为低矮，可单片使用、价格便宜；而功能优异、价格较贵的离线LowE玻璃则主要做成钢化中空玻璃，用在商业楼宇等高档建筑上。6、产品稳定性1%fq6Q6o7Y AS;|iQ 现时一些人士担心离线LowE玻璃产品有膜层氧化问题，不够稳定。事实上，研究和实验结果表明，中空（夹层）玻璃中受干燥气体保护（或与外界隔绝）的LowE膜完全不会氧化。国外20多年的使用经验告诉我们，离线LowE玻璃中空玻璃是长期稳定的产品。:CW.?aa Sx 单片离线LowE玻璃膜面较软（国外有“软膜”之称），在受到潮气和某些氧化剂的侵袭时会缓慢氧化。因此，离线LowE玻璃对中空玻璃或夹层玻璃的加工条件要求很高。我们知道，如果LowE玻璃不做成中空玻璃使用，则其节能作用将受到极大的削弱甚至完全丧失，所以Low玻璃（无论在、离线）一般是中空玻璃。值得指出的是，既然是中空玻璃，在“离线LowE玻璃中空（夹层）玻璃是长期稳定的产品”的前提下，在线LowE玻璃膜面稳定的优点则只对中空玻璃（夹层）加工单位有利。作为镀膜玻璃产品的最终用户，接受的是稳定的中空（夹层）玻璃产品，理应着眼于玻璃的功能，而不是加工过程的难易。故对于LowE玻璃最终用户而言，在线LowE玻璃所谓“膜面稳定”的优点并无实际意义。u3R.XOO 结束语：i4A 随着国民经济的发展，人们对居住环境的要求越来越高，平板玻璃已由过去的单纯作采光材料向装饰性强、控制光线、节约能源、防止噪声、降低建筑物自重及改善环境等多功能方向发展。美国在上世纪80年代末期，低辐射玻璃窗已占整个双层