常规镀膜玻璃的节能特性和参数精.docx

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1、常规镀膜玻璃的节能特性和参数一、概述现代建筑,不论是商厦还是住宅,都趋向于大面积采光。但是,普通透明玻璃对太阳能辐射和远红外热辐射没有控制,其面积越大,夏季进入室内的热量越多,冬季室内散失的热量越多。为此,必须对玻璃表面进行处理,于是产生了有节能功能的镀膜玻璃。早期的镀膜玻璃主要是热反射镀膜玻璃（或称阳光控制膜玻璃,其作用是限制太阳能辐射直接进入室内。用于建筑幕墙玻璃时,除具有亮丽的外观装饰效果外,还可降低冷气设备的运行费用。但这种玻璃与普通玻璃一样,会吸收远红外热辐射而使其自身的温度升高,最终仍有相当部分的热能透过了玻璃,其隔热性能也受到了极大的限制。选用什么材料?采用何种工艺镀膜才能有效地

2、阻挡远红外热辐射?研究的结果诞生了低辐射镀膜玻璃（简称LoWE玻璃。这种玻璃的最大特点是将远红外热辐射反射出去，使其不能透过玻璃从而起到节能隔热的作用。因此,目前世界上公认LOW-E玻璃是最理想的窗玻璃材料。1.ow-E玻璃在国外已有近二十年的使用历史，我国因受到设备和生产工艺技术方面限制,同时也因节能观念的落后而起步较晚。可喜的是,自南玻集团于1997年推出Low-E玻璃并在全国范围内大力推介后,目前已为众多设计师和用户所认同并采用。规模化采用LOW-E玻璃时代已经到来，这必将对我国的建筑节能材料应用产生影响并作出贡献。关于镀膜玻璃，包括LoW-E玻璃的节能特性,已有许多文章或专著论述过，在

3、大多数文章或企业的产品介绍中都列出了完整的参数,但理解这些参数须具备一定的专业知识。对用户来说更关心的是:哪些参数与节能性直接相关?怎样才能区别不同玻璃之间节能性的优劣?如何根据这些参数选择适用的玻璃?本文拟深入浅出地回答这些问题。二、热能的形式及窗玻璃组件的传热1、自然环境中的热能自然环境中的热能主要是太阳辐射能，其能量的98%分布在0.3至3pm波长之间。除了太阳直接辐射的能量外（能量分布在,还存在着大量的远红外线热辐射能,其能量分布在3至40Pm波长之间。在室外，这部分热能是由太阳照射到物体上被物体吸收后再辐射出来的,夏季成为来自室外的主要热源之一。在室内,这部分热能是由暖气、家用电器、

4、被阳光照射后的家具及人体所产生的,冬季成为来自室内的主要热源。需要说明的是,在通常情况下来自室内、室外的热辐射可同时存在,只不过夏季来自室外的热辐射远大于室内的热辐射,而冬季来自室内的热辐射又远大于室外的热辐射。因此,选择玻璃时必须考虑建筑物所处的地理环境,以便所选择的玻璃能有效地阻挡来自主要热源的热能。2.热量的传递过程照射到玻璃上的太阳辐射能,一部分被玻璃所吸收或反射,另一部分透过玻璃成为直接透过的能量（图1。当玻璃吸收太阳能后温度升高,吸收的能量通过与空气对流及向外辐射远红外线（即热辐射而散失。因此,被吸收的能量最终仍有约50%透过了物体,这可归结为对流传导形式的传递。辐射、对流传导通过

5、辐射、对流传导选过图1.远红外热辐射也能透过物体或被物体所吸收。一般工程材料,例如普通平板玻璃,不能透过远红外热辐射，只能反射它或吸收它，反射和吸收能力因材料而不同。吸收率（=辐射率E低的物体，则必然反射率高（反射率+吸收率=1,这种物体不易吸收外来的热辐射能量，其隔热性能就好。辐射率E高的物体吸收的热辐射多,图.2远红外热辐射透过玻璃示意它再次向外辐射出的热量也多,相当于透过该物体的热量多。因此,远红外热辐射透过物体物体的传热,是通过对流传导传体现的。低辐射玻璃正是限制了这一部分的传热。通过对两类热源传热过程的分析,可将热量的传递可归结为两种方式:辐射直接透过传热、对流传导传热。3.窗玻璃传

6、热的定量表达对流传导所传递的热能为QL这其中还包括玻璃吸收各波段的辐射后再放出的热量。太阳能直接辐射透过的热能为Q2,这部分热能仅指可见光、近红外辐射直接透过的能量。透过玻璃传递的总热能Q可由下式表示：Q=Ux(T内一T外+太阳辐射系数XSc(式-1Ql对流传导部分Q2太阳直接辐射部分U-玻璃的传热系数,单位为Wm2C.在相同的室内外温差下,U值越低则通过对流传导传递的热能越少。玻璃的U值与玻璃的辐射率E有关,辐射率E越低U值也越低。降低U值的两种有效方法是:在玻璃表面上镀低辐射膜，或将窗玻璃合成中空玻璃结构。SC-玻璃的遮阳系数,反映玻璃对阳光的遮蔽效果。SC高则意味着透过玻璃的太阳能多，反

7、之则少。控制玻璃SC的有效方法是:在玻璃表面上镀膜，或在制造玻璃的过程中加入色剂形成着色玻璃。但着色玻璃属于吸热玻璃,其吸收率偏高因而U值也高，所以它是以增大对流传导传热为代价来降低太阳能直接透过的。太阳辐射系数-为一常数630wm2,可理解为太阳照射到地面的能量强度（注：实际强度为783wm2,透过3mm普通白玻璃后为630wm2,Sc的定义如此。T内一T外一玻璃两侧的温度差,即室内、室外的的温度差。从上式可看出，玻璃节能性的优劣由U和SC这两个参数就完全可以判定，但实际上考虑到玻璃的透光率,Sc不可能选的太低,否则室内采光极差。U和SC是玻璃的重要参数,在产品说明书中一般是给出的。特殊结构

8、的产品如中空玻璃、夹层玻璃等需个别测量并计算得出。中国南玻集团置有测量仪器和计算软件包,可提供实测参数。根据供应商提供的U、SC值,及设定室内外的温度条件后,可由上式计算出玻璃的传热量,从而比较各种玻璃的节能特性。三、不同玻璃的传热特性及参数1、儿种玻璃的参数对比以下列出几种玻璃的传热系数U、遮阳系数Sc,随后对比说明各自的传热特性及其优劣。其它参数暂不论及。表1几种玻璃的主要光热参数被播名称玻璃种类.结构透光率(%)遮阳系数Sc传热系数,U夏(wmaC)传热系数U冬单片白玻6c簿0.995.746.17白玻中空6c+14+6cBl0.873.092.75单片热反射镀朦6CTS140轲11.5

9、55.725.66热反射镀膜中空玻璃6CTSI40+i2A-h6c的b.443.042.58LOW-E中空玻阚6CEBI2+12-b6c031L70L66型号,CEB12是LOW-E玻璃型号。U是ASHERA标准条件下的传热系数。2、单片透明玻璃单片透明玻璃的遮阳系数Se=O.99,这意味着它对阳光辐射阻挡能力很差，绝大部分的太阳辐射热能透过玻璃进入了室内,夏季白天进入室内的太阳辐射热能远大于玻璃向外辐射散发的热能,因此使室内温度升高。单片透明玻璃的传热系数U冬=6.17wm2c若室内外温差为25c则因对流传导而透过每平方米玻璃的热能就达154瓦。冬季夜间和阴雨天气,由于没有阳光辐射,玻璃吸收

10、室内热辐射后向外散热成为主流,因此使室内温度降低。即使在冬季的阳光天气,虽然阳光辐射的透过率相当高,但由于室内外温差大,对流传导散热仍是主流,室内大量的热辐射会透过玻璃泄向室外。3、透明中空玻璃(白玻中空与单片透明玻璃相比,透明中空玻璃仅改善了对流传导部分的传热,即通过降低U值而使对流传导热Ql减少，但对辐射直接透过和吸收部分没有明显的改善。由于玻璃表面没有镀膜，故U值的降低也是有限的。因此，采用中空玻璃的结构来增加隔热性能只能隔绝一部分的传热,其效果是有限的。需要说明的是，中空玻璃的U值与其空气层的厚度关系密切，且随厚度的变化比较明显。在空气层小于13mm时,空气层越厚U值越低，在13mm左

11、右达到最低极限此后U值随厚度增加。这是由于在13mm以上的厚度下，内部空气会形成闭环对流，增大了热量的传递。若在中空玻璃中充入Ar气等惰性气体还会更进一步地降低U值。4、单片热反射镀膜玻璃热反射镀膜玻璃是在玻璃的表面镀上介质、金属或金属氧化物膜,在使玻璃呈显不同色彩的同时,还具有了新的光、热性能。它的主要作用就是降低玻璃的遮阳系数Sc,限制太阳辐射的直接透过,因此称其为阳光控制玻璃更为确切。由于所镀的膜仍是一般工程材料，故对改善U值没有大的贡献。在夏季白天和光照强的地区,其隔热作用十分明显,可有效限制进入室内的太阳热能。但在不存在阳光的环境中,如夜晚或阴雨天气,其隔热作用与白玻璃无异。由此可见

12、它不适用于寒冷地区,因为这些地区需要阳光进入室内采暖。在北方寒冷地区采用这种玻璃的唯一目的就是追求装饰效果。需要指出的是，热反射镀膜玻璃在有效降低SC的同时，也大大地降低了玻璃的透光率，从而影响到室内的采光。若要提高透光率就不得不损失隔热性,这是个矛盾的选择,而这一矛盾是热反射玻璃镀膜玻璃所无法解决的。5、热反射中空玻璃将热反射镀膜玻璃合成中空玻璃后,可集两种优点于一身,即不但对太阳直接辐射有所控制,同时也限制了对流传导传热。这种玻璃结构是一种比较理想的搭配,基本上可适用于我国的绝大部分地区。需要说明的是，这种玻璃U值的降低是通过中空玻璃结构实现的,因而也是有限的。6、LOW-E中空玻璃1.O

13、W-E玻璃的表面辐射率低E0.15、红外线（热辐射反射率高，这意味着它同室内外空气接触后吸热少、升温低、再放出的热量少，即隔热性能好;仅单片LoW-E玻璃的U值就低于热反射玻璃，合成LoW-E中空玻璃后这一优势更加突出,因此这是最理想的玻璃结构搭配。1.oWE玻璃的另一特点是透光率偏高（33%72%,而遮阳系数SC选择范围大（0.257）.68。与热反射玻璃相比，在同样的透光率下LoW-E玻璃具有更低的Sc,这解决了热反射玻璃所遇到的矛盾,即在保证室内高透光的前提下不损失隔热性（见表-1。冬季LoW-E玻璃可有效地阻止室内暖气和人体发出的热辐射泄向室外,夏季则可有效地阻挡室外道路及建筑物发出的

14、热辐射进入室内。LOW-E玻璃的这种阻挡热辐射透过的作用与季节无关。换句话说,Low-E玻璃是一种良好的绝热材料。7、传热量对比在以下条件下对上述几种玻璃的传热量按（式进行计算,计算结果列入表_2中:夏季白天室外35、室内20,冬季夜晚室外0、室内温度15。表2透过玻璃传递的热能（功率玻璃种类、结构夏季传入室内的热量冬季传出室内的热量卑片6mm白玻710wm2154w/in白玻中空594wm269w/nr单片热反射玻璃432wZm2141wni-然反射中空玻璃323wm265wiu-Low-E中空玻胸221wm242wm-从表中数据可以看出，在夏季白天，采用LOW-E中空玻璃比采用同样透光率的

15、热反射中空玻璃，可使透过每平方米玻璃进入室内的热能减少102W。而在冬季则可使透过每平方米玻璃泄出室内的热能少23Wo若整个建筑物朝南向的采光窗为Iooom2,全天太阳的平均照射功率为最大功率的1/3,每天开机10小时，夏季开机3个月,则一个夏季可节省25500度电（未考虑电致冷转换率,节能效率达30%以上。冬季也可用同样方法估算出节能量。与其它玻璃的比较可按同样的计算方式得出。由此可见LoW-E玻璃优良的节能特性。四、传热系数U与K的区别传热系数是重要的热工设计参数之一，我国的设计师已习惯于用K值进行热工计算。自20世纪80年代中期引进国外镀膜玻璃生产技术及产品后,目前较多技术资料提供的传热系数已不是中国国家标准GB10294条件下的K值（等同采用日本标准，而是美国ASHREA标准条件下的U值，或欧洲标准EN673条件下的K值。这三种传热系数之间有什么区别?各有什么特点?相互之间是否存在换算关系？以下就此进行说明。1、传热系数的定义传热系数（导热系数是衡量物体导热性能的物理量,它的定义是:在规定的标准温度条件下,单位时间内从单位面积的玻璃组件一侧空气到另一