玻璃节能原理及常规产品性能介绍.doc

玻璃节能原理及常规产品性能介绍一、 玻璃节能原理1、 环境中的热源日常生活环境中主要有两种热源：太阳光和环境热源。l 太阳光太阳光是主要的人类生活的热量来源，地球上所有的能源归根结底都来自于阳光，是通过辐射形式传播。太阳光谱按波长分为三部分：紫外线、可见光、红外光，他们的波长与比例如下表。光线英文波长比例备注紫外线UV0.3-0.38m3%不可见，诱发化学反应可见光VIS0.38-0.78m48%可见光红外线IR0.78-2.5m49%不可见，具有热效应投射到地球表面上的太阳光能量的98%处于波长在0.3-2.5m范围内。l 环境热源太阳辐射黑体辐射4m250nm除阳光照射外，环境中的任何物体都会辐射热量，如建筑被阳光照射后的二次辐射，用电器、人体自身发热。这些热量通过三种基本的方式传播：传导、对流及辐射。环境中的热辐射不同于阳光辐射，波长主要分布在4m以外的远红外线，辐射强度和主波长与温度有关，跟玻璃作用与普通玻璃也有所不同。玻璃的热学特性l 阳光热是如何透过玻璃的玻璃是一种透明材，在透过光线的同时也透过了阳光热量。阳光透过玻璃时同时有三种方式作用，阳光热量透过玻璃是三种传播方式同时作用的过程。阳光照射在玻璃，除直接透过（t）、反射（r）和吸收（a）,这些值的大小取决于玻璃的种类，厚度有关。阳光透过普通玻璃的过程阳光直接照射在玻璃，分为主要三个部分：直接透过（t=87%）、反射（r=8%）和吸收（a=5%）。即有87%能量直接进入室内。1、 阳光中被吸收部分，通过玻璃表面换热留向两侧，因室外空气流动带走热量，流向室外侧的热量要比室内的要多，其中流向室内约1/3。太阳玻璃直接透过87%直接反射8%二次辐射2%l 热量是如何透过玻璃的热量通过玻璃也是三种方式共同作用的结果，热量传播分以下几个步骤。以冬季晚上为例子：1） 热量由室内通过空气对流换热和辐射换热传递到玻璃内表面，对流只跟空气流动速度有关，辐射只跟玻璃表面辐射率有关。2） 热量通过热传递方式从玻璃内表面传递到玻璃外表面，跟玻璃的导热系数和玻璃厚度有关。3） 热量从内表面通过对流和辐射换热传递到室外，跟过程1相似。上述三个过程属于串联结构，最小过程的决定整体大小。2、 玻璃节能指标为衡量玻璃对阳光的遮挡及对热量的阻隔能力，引入遮阳系数Sc（Shading Coefficient）和传热系数U值（U-Value）来衡量玻璃的节能性。遮阳系数Sc遮阳系数是玻璃制品的阳光热获系数与3mm普通浮法玻璃的阳光热获得系数的比值，阳光热获得系数也称g值（g-value），也称SHGC（Solar Heat Gain Coefficient），3mm普通浮法玻璃的阳光热获得系数是个固定值叫阳光热获得因子SHGF（Solar Heat Gain Factor）,大小为0.87。公式：传热系数U值（K值）衡量在一定内外侧度差下，通过一定面积流失或获得的热量，米制单位为W/m2或英制单位为BTU/ft2hr。是基于一定外部环境的测量值，环境条件包括：内外侧对流模式、强度（包含风速）；内外侧温度；阳光辐射；环境背景辐射等一些因素。各国标准都有所不同，目前见到最常用的有：美国标准U值、欧洲标准K值、中国K值，因外部设定条件不同，同样玻璃其值大小为U值美国K值中国K值欧洲。相对热增益（RHG：Relative Heat Gain）标准环境下一种玻璃制品总的热量获得，计算方法以美国NFRC标准为例。计算方法如下：，其中630为美国标准3mm阳光热量获得，单位为W/m2。节能简单计算夏季白天节能计算，计算必要条件：外部条件：阳光辐射强度W、室内外温度TiTo及玻璃面积S玻璃参数：遮阳系数SC、传热系数U值则进入能量J：冬季晚上节能计算，计算必要条件：外部条件：室内外温度TiTo及玻璃面积S玻璃参数：传热系数U值则从室内流失的热量J：节能模拟计算过程二、 玻璃其他性能及获得1、 光学性能及颜色玻璃外观颜色：颜色的实质是不同波段的光线对人眼的刺激，可见光分布范围是380nm到780nm，颜色依次为紫、蓝、青、绿、黄、橙、红。玻璃的颜色分为玻璃反射颜色和玻璃透过的颜色，镀膜玻璃的颜色实质是薄膜对不同颜色的光线不同的吸收透过反射形成的。目前比较流行的颜色有，银灰色、蓝灰色、无色、浅蓝等。可见光透过：玻璃是作为采光的维护材料被应用在建筑上，如果玻璃不透光则就丧失了一个重要的功能，玻璃镀膜可以调节玻璃的透过率，同时调整透过颜色，使玻璃透过颜色变的柔和，目前比较流行浅蓝。直接影响自然采光，过高会刺眼，过低会造成采光不足，使用照明。可见光反射：镀膜可调节玻璃的反射率，使玻璃显示出一定的亮度，一般我们所说的玻璃的亮度就指反射率。颜色的获得现代建筑越来越多是以玻璃幕墙作为建筑外维护材料，玻璃幕墙的颜色也就是玻璃的颜色至关重要，如同穿在人身上的衣服的颜色，在别人不一定看清楚衣服的款式时，先看见的是衣服的颜色。目前建筑颜色大多以冷色调为主，最多使用的为灰色或蓝色。其他颜色如绿色在90年代初流行过一段时间，黄色、红色及其他颜色很少应用在建筑上。虽然目前常用的颜色为灰色或蓝色，但实际情况中，各种颜色都会有细微的差别，灰色可以偏黄偏蓝，可以灰暗也可以明亮，同时透过率高低也会对人眼对颜色的识别有影响，因此实际颜色的种类是非常多的。同时也会有业主需要蓝色、绿色或其他比较特殊的颜色。所以各种各样的颜色怎样获得，是不是需要特殊条件，会不会带来成本的增加等，这些我们都是必须要考虑的。下面列表是品种-颜色获得表。2、 其他性能视线遮蔽效果：为了防止室外看到室内的情形，保护隐私或保持建筑整体效果，我们一般选用具有视线遮蔽效果的玻璃。视线遮蔽效果公式计算直接反射效果：其中R为玻璃反射率，W为光强度，WR为反射后光强度。室内物品效果：其中WIR为室内物品综合光强度，WI为室内物品光强度，RI物体反射率，W为光强度，T为玻璃透过率。如果屋内没有光源，则WI等于0。则公式变为则强度比为视线遮蔽性能只跟玻璃的反射率R，透过率T，室内反射率RI相关。一般室内所用的物品都存在漫反射，RI是具有一定的统计概念，跟物品的大小、离玻璃的远近、窗户大小及观察者距离都有关系。一般玻璃越大，离玻璃越近，物体越大，则遮蔽效果差，反之亦然。RI模型如下：其中S1为物体面积S2为玻璃面积L1为物体于玻璃面L2为物体离观察者的距离，红色光路为玻璃面直接反射，黑色虚线为内部物体光路。由于考虑光线方向性及空间几何等诸多复杂问题，这里就简化处理做定性分析。色系颜色基片热反射低辐射无色无色透明原片无，没有意义高透型低辐射玻璃，技术成熟，有广泛的使用灰色银灰色无目前大多为此类产品，技术比较成熟。灰色有浅灰有暖灰主体是灰色略带黄冷灰有蓝灰原片，主体是灰色略带蓝深灰有深灰原片，只有国外少数厂家有生产颜色，价格昂贵用白色基片很难做到，必须要使用灰色基片蓝色深蓝有深蓝原片，如福特蓝，还洋蓝等只有柔蓝系列，工艺比较成熟，或使用深蓝原片镀膜必须使用深蓝原片镀膜才能做到浅蓝有有有绿色深绿有，法国绿有柔绿系列，但国内已经没有做了，目前一般都使用绿基片镀膜必须使用绿原片镀膜浅绿有使用绿色原片镀膜理论上可用白玻璃，但一般都使用绿颜色的原片镀膜蓝绿有红色红色有粉红原片理论上可行，目前没有产品，用红色原片也可获得红色黄色黄色不清楚无金黄没有有成熟的金色产品茶色深茶有有茶色系列，国内没有生产，或使用茶色原片必须使用茶色原片浅茶有有成熟产品紫色紫色不清楚无理论上可行L1观察者S2S1L2物体被光照后的光强度可以简单表示为，这里RS1是物体本身的反射。1、 如果观察者离玻璃太近既L2太小则容易看到室内情况，这是为什么有些玻璃远处看具有很好的视线遮蔽效果，近看却可以看到室内情况。2、 如果物体离玻璃太近既L1太小则容易被室外看到。这是为什么窗帘容易被看到，而室内的墙却不容易被人看到。3、 大开窗比小窗更容易看到室内情况，所以玻璃幕墙需要遮蔽性能更好的玻璃。4、 RS1是物体本身决定的，跟颜色，表面光滑度等有关系，一般颜色越白（L*越大）则RS1越大，视线遮蔽效果越差。5、 玻璃的反射和透过，玻璃反射越高透过越低遮蔽效果越好，因T、R值都小于1，则T、R变化同样大小的情况下，R的变化要比T2变化快，因此在视线遮蔽效果不理想的情况下改变可见光反射是最有成效的。不切实际的规定一般具有视线遮蔽效果的玻璃都具有比较高的反射率，而高反射率的玻璃确实是产生不同程度的光污染。因此国内很多各大城市都有对幕墙用玻璃有最大反射限制，如广州市是30%，上海市15%。虽然有这些硬性规定，但实际操作中根本不可能遵循。广州30%规定是有其合理性，而上海15%是根本达不到，因为双白中空的反射都已经达到15%，如果再镀一层膜，则反射很容易就超过了15%，实际上海没有几栋大厦的反射率是低于15%。镀膜产品中反射率接近15%的只有一些高透的低辐射玻璃，而高透低辐射玻璃基本上没有颜色，这点一般人都是接受不了的，因此这些规定不切实际，解决光污染不能仅靠硬性的规定，必须要从设计等方面入手。三、 各类玻璃的特点1、 普通浮法玻璃普通玻璃指的是目前应用最多的钠钙硅玻璃，主要以SiO2做骨架材料，钠钙离子填充，同时有铁硫等一些微量元素。玻璃颜色显示出为透明，随着玻璃厚度增加会显示出绿色，是由玻璃中的少量的铁离子造成的，超白玻璃是普通玻璃含更少的铁离子，又称低铁玻璃（Low-iron Glass）看上去比普通白玻璃更透明。普通玻璃在阳光波段250nm-2500nm透过比较大。直接透过达80%左右，加上二次辐射进入约85%。是一种隔热性能非常差的维护材料。一般建筑使用的玻璃厚度为5mm，相对于墙体是一种很薄的材料，因此单片玻璃的保温性能是非常差的，导热性能约是墙体的5-6倍。如果单片白玻璃使用在建筑上，则50%以上节能支出将都花费在玻璃上。因此单片玻璃不宜用在有节能设施的建筑上。2、 普通着色玻璃蓝绿玻与灰茶玻着色玻璃也是浮法玻璃，通过在玻璃中搀杂金属离子，使玻璃吸收一些颜色，显示出不同的透过颜色，同时降低全光谱的透过，起到降低遮阳系数作用。但是着色玻璃只改变太阳光谱的吸收，对远红外波段没有任何影响，也没有改变玻璃结构，因此玻璃的保温性能没有任何改变，跟普通白玻璃是一样的。由于不同的着色玻璃对光的吸收不尽相同，因此光热性能上也有很大的差别。可以分为两大类：节能性比较好的蓝绿色系玻璃；普通着色玻璃。1） 蓝绿色系列包括一类蓝色为蓝色或绿色的玻璃，这一类玻璃普通对红光吸收很大，而对表征可见光的绿色光却有很大的透过，绿玻璃透过的是黄绿光，蓝色玻璃透过的是蓝光和部分绿光，其他蓝绿玻璃介于其中，因此他们的透过曲线类似于低辐射玻璃，性能上有点相似。同样蓝绿系列玻璃在镀辐射率膜后其性能也会有很大提高。国外在着色玻璃技术方面要比中国先进，开发的高性能基片比较多，如蓝绿，蓝铜（意译），常清绿等。如果在这些基片上镀在线低辐膜，则性能可与离线镀膜媲美，甚至跟双银相当。国内目前比较简单，用的最多的是法国绿，韩国绿，福特蓝，海洋蓝等2） 灰茶玻系列包括各种灰玻，各种茶玻或比较特殊的粉红玻璃等等，这种玻璃在降低阳光透过的同时也降低了可见光的透过，甚至降低更多的可见光。因此这种玻璃只能用来装饰，对于节能方面用处并不大。着色玻璃具有一定的节能效果，但同时也有一些缺陷。着色玻璃通过吸收阳光热量而具有节能作用，但是这种方式会使玻璃温度升高很快，夏天可高达60，人在附近会有不适感，低质量玻璃可能会热炸裂。着色玻璃是通过吸热方式节能其节能性是有限的，单片着色玻璃理论上可以达到最低的遮阳系数是0.3。3、 热反射玻璃及彩釉玻璃热反射玻璃是通过在玻璃表面镀制一层热反射膜，使玻璃对阳光具有反射作用，以此降低阳光的透过，达到节能目的，热反射玻璃通过阳光反射以达到节能，因为是直接反射部分热量，因此节能性上要比着色玻璃好，也不存在0.3的界限。在外表颜色方面与着色玻璃不同，热反射玻璃颜色是通过反射显示出颜色来。热反射玻璃具有丰富的反射颜色。但热反射也有缺陷热反射是无选择性的反射光线，因此降低阳光的同时也降低了可见光透过。因此在采光要求高的场合下不宜选用。大部分热反射玻璃反射太阳热量的同时也吸收了很大部分的阳光热量，因此在使用的时候玻璃温度也会升高，存在着热涨裂等问题。热反射玻璃只是普通材料，因此在玻璃表面辐射没有任何影响，因此没有保温效果。4、 低辐射玻璃传统Low-E玻璃、遮阳Low-E玻璃、双银Low-E玻璃、可钢化Low-E玻璃、XIR膜产品、及夹层Low-E玻璃、三银Low-E玻璃等概念产品低辐射玻璃之所以称为低辐射玻璃是因为其表面的低辐射率，因为镀膜材料中银层具有低辐射效果，一般离线低辐射产品其辐射低达0.15。制成中空玻璃后保温具有良好的保温性能。低辐射玻璃除了具有良好的保温性能外还具有很好的隔热效果，不同于一般的隔热玻璃，低辐射玻璃更具有让的可见光透过，而让太阳中的红外线反射的特性，因此同样隔热性能的前提下，低辐射玻璃的采光效果要比其他玻璃好。低辐射玻璃是目前主流建筑玻璃，市场上很多贴膜夹膜有很大部分是低辐射镀膜。根据性能把低辐射玻璃分类几个大类。1） 可钢化Low-E玻璃离线Low-E镀膜的功能层是金属银，金属银层是一种质地柔软，容易氧化的膜层。因此低辐射产品容易氧化，膜层容易破坏。一般Low-E产品都不能包膜面暴露在空气中使用，必须制成中空销售，使用；Low-E半成品必须在一定时间内加工完成，以防止氧化；镀过Low-E膜的玻璃不能再钢化，高温破坏膜层结构，弯钢无法镀膜。为了克服低辐射玻璃这些缺点，现代镀膜技术通过改进保护层技术改善膜层的理化性能和抗氧化性，从而使产品能长时间保存或进行热处理加工，我们称这类新产品为可钢化Low-E。但可钢化产品仍然不能单片使用。目前使用的产品大多为普通产品，普通产品可为高透型Low-E玻璃，遮阳型Low-E玻璃，双银Low-E玻璃。高透型Low-E玻璃是最早被开发出来的Low-E玻璃，主要被用于西欧，北美的一些寒冷地区，作为保温用，一般具有比较高的遮阳系数，颜色多为无色透明或浅色。照搬过来的欧洲风格整个欧洲基本上处于寒温带，全年盛行西风的从大西洋带来丰富的雨水，很少有阳光，全年温度较低。由于其特殊的气候条件也决定了对玻璃的特殊要求，只需要一种可见光透过高，具有良好的保温效果的玻璃。因此最适合欧洲使用的是高透型的低辐射玻璃（欧洲最早开发使用高透低辐射玻璃）。因此如果照搬欧洲的设计，追求“高透”，则不但颜色达不到要求，而且在业主确定颜色的情况会直接被否决，在节能方面更是适得其反。因此欧洲设计标准并不适合中国，特别是中国南方。遮阳型Low-E玻璃是在高透的Low-E玻璃基础上通过降低透光率从而降低遮阳系数，以达到南方地区使用的要求。同同样具有遮阳作用的热反射玻璃相比，遮阳型Low-E玻璃可以使更多的可见光进入室内，同时也具有保温作用，因此遮阳型即可以用在寒冷地区起保温作用，也可以用在炎热的南方地区起遮阳作用。由于降低了透光率则反射率也得到了相应的提高，因此颜色主要以灰色，银灰和蓝色等为主。双银Low-E或三银Low-E，在某些场合下，需要一种高透，而又需要极低的遮阳系数，这是一对矛盾，就如鱼和熊掌不能兼得。一般普通Low-E都会有一个极限，即使再增加功能层银层也无济于事，因此必须要考虑其他方式，而多层银层却可以做到。因此双银也应运而声，一般情况下，同样的遮阳系数，双银Low-E可以具有更高的可见光透过。三银这种特性则明显。双银玻璃几乎可以用在任何场合，他具有以下几个特点：具有比遮阳型Low-E玻璃更低的遮阳系数具有低的辐射率具有保温作用一般都具有低的反射率，通透性好。双银的尴尬地位双银玻璃在热工方面表现要比普通单银好，尤其适合要求高的场合，可以很好的解决遮阳与采光的矛盾。单纯从节能角度考虑，双银不啻是一种很好的节能玻璃，但是往往很多工程在业主获悉颜色后被否决，最主要的原因是双银本身的一大特点就是反射比较低，因此双银不会显示出颜色，更不会有镜面效果。这一点是很多喜好“亮丽”效果的业主也不会接受的。但双银在美国却大行其道，最主要是美国比较注重一种玻璃的实用性能，双银应该是发展的方面，但要被接受最主要是能否接受其没有颜色。双银应该是以后高档建筑发展的方向，但过程很漫长，前提是中国真正的转变玻璃使用的概念，注重玻璃的性能。四、 镀膜常规产品介绍信义的镀膜产品分为两大类，热反射和低辐射，在这里主要讲一下低辐射产品的分类及特点，信义低辐射产品主要有以下系列，以功能和颜色分类：系列意义英文NE中性色NeutralGY灰色GraySG银灰Silver GraySL银色SilverLB浅蓝Light BlueBL蓝色BlueBG蓝灰Blue GraySB银蓝Silver BlueGL金色GoldenDN双银中性Double NeutralDB双银蓝色Double BlueDG双银灰色Double GreyTN可钢化中性Temperable NeutralTB可钢化蓝色Temperable BlueTG可钢化灰色Temperable Gray1、 NE系列XENE180、XENE170。XEGS11-81中性色系列特点：自然采光好，颜色为无色或略带浅色，可见光透过比较高，遮阳系数相对比较高，同时具有良好的保温性能，大多用于北方寒冷地区。因其高的遮阳系数，只能适用于小开窗的建筑物，即窗墙比比较低的建筑，因此一般高档民用市场比较多。2、 GY系列XEGY160、XEGY140。XE35086、XE52823灰色系列特点：颜色为灰色或浅灰色，遮阳型Low-E，反射在10-20%之间。3、 SG和BG系列XESG138、XESG145、XESG150、XEBG150XEZF11-38、XEZF11-44、XEZF11-53银灰系列，蓝灰系列特点：颜色为银灰色，略带蓝色具有极强的反射率，具有很好镜面效果，往往因为反射天空颜色而变化。可见光透过适中，具有低的遮阳系数和传热系数，可用于任何场合，尤其适合用于南方炎热地区。BG系列颜色相似，比SG偏蓝，其他性能相似。4、 双银系列5、 可钢化系列玻璃品种反射颜色可见光太阳能U值遮阳 系数相对 增热透过率反射率透过率反射率冬季夜里夏季白天外内空气氩气空气氩气6XESG138+12A+6C银灰35 31 13 22 33 1.72 1.42 1.68 1.35 0.31 209 6XESG145+12A+6C银灰39 28 13 23 30 1.73 1.43 1.70 1.36 0.33 221 6XESG150+12A+6C银灰46 32 18 27 40 1.69 1.39 1.65 1.31 0.37 245 6XEBG150+12A+6C蓝灰45 29 13 28 33 1.72 1.43 1.69 1.36 0.38 255 6XEBL160+12A+6C蓝色55 23 13 36 29 1.75 1.45 1.73 1.40 0.48 313 6XEGY140+12A+6C灰色38 21 13 23 27 1.73 1.43 1.69 1.36 0.34 225 6XEGY160+12A+6C浅灰54 13 11 34 21 1.73 1.43 1.70 1.37 0.47 306 6XENE170+12A+6C浅蓝61 11 12 39 21 1.76 1.47 1.74 1.42 0.52 340 6XENE180+12A+6C无色73 11 13 46 20 1.73 1.43 1.69 1.36 0.59 388 6XEDN180+12A+6C无色71 10 11 37 30 1.67 1.36 1.62 1.27 0.48 317 6XESG238+12A+6C绿色30 24 13 13 14 1.72 1.42 1.68 1.35 0.24 164 6XESG245+12A+6C绿色33 22 13 14 13 1.73 1.43 1.69 1.36 0.25 172 6XESG250+12A+6C绿色39 25 18 17 15 1.69 1.39 1.65 1.31 0.28 187 6XEBG250+12A+6C绿色39 23 13 17 14 1.72 1.43 1.69 1.36 0.28 191 6XEBL260+12A+6C浅绿47 19 12 22 12 1.75 1.45 1.73 1.40 0.33 223 6XEGY240+12A+6C灰