中空玻璃的節(jié)能特性淺析

秦皇島耀華工業(yè)技術(shù)玻璃有限公司    

　　一 前言
    據(jù)統(tǒng)計(jì)我國現(xiàn)有建筑430億平方米，每年新增建筑16億-20億平方米。目前我國建筑能耗已占全部能耗的30%,單位面積能耗是發(fā)達(dá)國家的2-3倍，已成為第二大能源消耗國。在建筑能耗居高不下的問題上，很多人把矛頭指向了玻璃門窗的大面積使用。而建筑門窗作為建筑物保溫性能最弱的部分，建筑能耗的50%左右由門窗損失。因而降低建筑門窗的能耗、提高建筑門窗的隔熱性、保溫性、氣密性是我們面臨的緊迫問題。

    建設(shè)部在2001年10月1日起正式實(shí)施的《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》中，把使用中空玻璃列為節(jié)能措施之一，推廣使用。

    中空玻璃作為國際上最有效的節(jié)能產(chǎn)品，將會(huì)被大幅度的開發(fā)利用。隨著其用量的大幅增加，產(chǎn)生的節(jié)能效益將是巨大的。

　　二 概念
    中空玻璃：由兩片或多片平板玻璃構(gòu)成，中間用金屬鋁條邊框隔開，四周邊部用膠接、焊接或熔接的辦法密封，中間充入干燥空氣或惰性氣體。

    傳熱系數(shù)（K）：在穩(wěn)定傳熱條件下，窗戶兩側(cè)空氣溫差為1℃，單位時(shí)間內(nèi)，通過1平方米的熱量，以 W/㎡·K表示。傳熱系數(shù)越低，說明玻璃的保溫隔熱性能越好。

    輻射率：是某物體單位面積輻射的熱量同單位面積黑體在相同溫度、相同條件下輻射能量之比。輻射率越低其吸收熱量的能力越低，反射熱量能力越強(qiáng)。低輻射率鍍膜能良好地反射2.5-40um范圍的遠(yuǎn)紅外線，阻止接近室溫的物體發(fā)射的遠(yuǎn)紅外熱輻射透過。

    可見光透射率(Tvis)：在可見光譜（380um-780um）范圍內(nèi)，透過玻璃的光強(qiáng)度對(duì)入射光強(qiáng)度 的百分比。

    可見光反射率(Svis)：在可見光譜（380um-780um）范圍內(nèi)，玻璃反射的光強(qiáng)度對(duì)入射光強(qiáng)度 的百分比。

    遮陽系數(shù)（SC）：是指太陽輻射能量 透過窗玻璃的量與透過相同面積3mm透明玻璃的量之比。

中空玻璃的節(jié)能特性———優(yōu)良的隔熱性能
    眾所周知,能量的傳遞方式有三種:對(duì)流傳熱遞,輻射傳遞和傳導(dǎo)傳遞.輻射傳遞是能量過輻射的形式進(jìn)行的傳遞,這種射線包括可見光,紅外線和紫外線等的輻射,就象太陽光線的傳遞一樣。合理的選擇中空玻璃單片與其間隔厚度,就可以最大限度的降低能量通過輻射形式的傳遞從而降低能量的損失。

對(duì)流傳遞是由于在玻璃的兩側(cè)具有溫差,造成空氣在冷的一面下降而在熱的一面上升,產(chǎn)生空氣對(duì)流,造成能量損失。

    傳導(dǎo)傳遞是通過物體分子的運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)能量進(jìn)行運(yùn)動(dòng),而達(dá)到傳遞的目的,中空玻璃對(duì)能量的傳導(dǎo)傳遞是通過玻璃和其內(nèi)部的空氣來完成。材料的隔熱性可用傳熱系數(shù)K（W/㎡K）表示,K值越小說明材料的保溫性能越好,在使用時(shí)節(jié)能效果越顯著。當(dāng)溫度 為20℃時(shí),下列物質(zhì)的傳熱系數(shù)為:空氣為0.026（W/㎡·K）玻璃的傳熱系數(shù)為0.668,鋁的傳熱系數(shù)為20.63（W/㎡·K）玻璃的傳熱系數(shù)是空氣的27倍。因此只要中空玻璃的充氣是密封的,中空玻璃將有最佳的隔熱效果。

中空玻璃與其他材料的傳熱系數(shù)比較如表一所示。

    從上表看出:中空玻璃的傳熱系數(shù)較普通浮法透明玻璃低的多,如(6-12-6low)的K值比6mm浮法玻璃的K值低2/3還多,因此用中空玻璃比用單片其熱量減少2/3還多,可以看出采用雙層中空玻璃做建筑玻璃可以節(jié)約大量的能源。

    普通單層浮法玻璃本身幾乎沒有多大的隔熱能力，決定其隔熱性能的主要是玻璃內(nèi)表面的空氣層的熱阻，這一熱阻又隨玻璃表面的風(fēng)速和玻璃表面的輻射能而變化，中空玻璃正是利用熱阻比較大，特別是形成不產(chǎn)生對(duì)流的中間空氣層，從而獲得了顯著的隔熱效果。

    中空玻璃還有減輕冷輻射的功用。采用隔熱性能高的中空玻璃時(shí)，冷輻射就會(huì)大大的減小，例如，相同的房屋在寒冷的冬季室外-8℃，室內(nèi)20℃，3mm厚普通單層玻璃冷輻射區(qū)域占室內(nèi)空間的68%左右，而采用3+6+3結(jié)構(gòu)的中空玻璃則為13.4%左右。

    炎熱的夏季太陽輻射能透過窗玻璃直接進(jìn)入室內(nèi)，還有一部分由窗玻璃吸收，在玻璃溫度上升后再以輻射的形式進(jìn)入室內(nèi)，吸熱玻璃和熱反射玻璃就是為了減少太陽能透過玻璃進(jìn)入室內(nèi)而采用的，例如6mmLow-E 玻璃在可見光波段具有高的透射率、低反射率、低吸收性的特點(diǎn)。允許可見光良好地透過玻璃傳入室內(nèi)，增強(qiáng)采光效果，在遠(yuǎn)紅外波段具有高反射率、低吸收性的特點(diǎn)。在冬季能有效地阻止室內(nèi)的熱能通過玻璃向室外泄露；在夏季能阻擋外部熱能進(jìn)入室內(nèi)。Sun-E玻璃整體降低了太陽輻射熱量進(jìn)入室內(nèi)的程度，選擇性透過可見光，并同樣具有對(duì)遠(yuǎn)紅外波段的高反射特性，適用于炎熱氣候地區(qū)，能更有效地阻止外部的太陽輻射和熱輻射通過玻璃進(jìn)入室內(nèi)，節(jié)約制冷費(fèi)用。

    普通玻璃對(duì)可見光和近紅外波段具有很高的透射性，而對(duì)遠(yuǎn)紅外波段的反射率很低，吸收率很高，這就使得大部分的輻射熱能可以從熱的空間傳遞到冷的空間。不論是寒冷還是炎熱地區(qū)，普通玻璃的隔熱性能都必然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Low-E和Sun-E玻璃。

　　三 影響中空玻璃節(jié)能性能的因素
　　1氣體間層的厚度
    氣體間層的厚度影響著對(duì)流換熱的強(qiáng)度。對(duì)流換熱是氣體與玻璃表面接觸的傳熱過程，其熱阻主要取決于兩層玻璃與氣體間層的厚度相接觸的界面上的邊界層厚度。當(dāng)間層厚度小于4mm時(shí)，熱表面附近的上升氣流于冷表面附近的下沉氣流相互干擾，此時(shí)氣體流速雖小，但形成的局部環(huán)流使流區(qū)變小，即邊界層的熱阻就小。當(dāng)氣體間層的厚度增加時(shí)，則間層界面附近的邊界層變厚，其間層的熱阻變大。

    雙層中空玻璃的熱阻并不是隨氣體間層的厚度的增加而增加。氣體間層的厚度增加到一定程度時(shí)，因上升氣流與下降氣流幾乎不再相互干擾，其熱阻就不再隨氣體間層厚度的增加而增加。實(shí)驗(yàn)證明，合理的中空玻璃的間隔厚度為12mm即能降低傳導(dǎo)傳熱又能降低對(duì)流傳熱。

    中空玻璃的傳熱系數(shù)與氣體間隔層的厚度關(guān)系如表二：（填充氣體為空氣）。

　　2 氣體間層的氣體種類
    一般情況下，充入玻璃間隔層的氣體有：干燥的空氣、惰性氣體如氬氣、氪氣等以及氟化硫等。由于氣體的導(dǎo)熱系數(shù)很低如空氣0.024（W/㎡·K）,氬氣為0.016（W/㎡·K）因此極大地提高了中空玻璃的熱阻性能。生產(chǎn)中一般采用氬氣能夠降低成本。中空玻璃充入氬氣后內(nèi)外壓力平衡不變形，氬氣幾乎百分之百干燥不上霜不結(jié)露成本低，生產(chǎn)制做不受任何溫度影響，表三為充入間隔層的氣體為干燥空氣與氬氣對(duì)中空玻璃的節(jié)能特性的對(duì)比。

　　3 選用的玻璃的熱透射率
    在通過間層的總傳熱量當(dāng)中，輻射傳熱占主導(dǎo)地位，約占1/3。因此為了提高玻璃的隔熱性，應(yīng)盡量減少間層的輻射換熱量。玻璃作為透熱材料，當(dāng)輻射能入射到中空玻璃的一層玻璃表面時(shí)熱能的一部分被反射，一部分被吸收，一部分透過該層玻璃向中空玻璃的另一層投射，在兩界面間產(chǎn)生輻射換熱，因此減少外層玻璃的熱透射率即可減少兩界面間的輻射換熱量，提高反射率及吸收率均可達(dá)到減少透射率的目的。

　　4 間隔條的類型
    傳統(tǒng)的間隔條為鋁金屬條。用其制造的中空玻璃能夠在四季有比較大的溫差，冷凝不可避免，含部分金屬的間隔條節(jié)能性能中等，冷凝現(xiàn)象減少但仍然存在，現(xiàn)在無金屬的超級(jí)隔條具有微孔結(jié)構(gòu)，這種微孔結(jié)構(gòu)的間隔條擋住熱能逃跑的通道，提供最好的熱性能。超級(jí)間隔條的微孔結(jié)構(gòu)能夠抵消溫度的波動(dòng)、氣壓的變化、風(fēng)載荷和安裝時(shí)的壓力，密封失效幾乎不存在。

　　5 安裝的角度
    一般情況下中空玻璃都是垂直放置，但很多情況下它安裝在防雨蓬或屋頂時(shí)，其安裝角度就會(huì)發(fā)生變化，如果角度變化它的內(nèi)部氣體的對(duì)流狀態(tài)也會(huì)隨之發(fā)生變化，從而影響氣體對(duì)熱量的傳遞效果，最終導(dǎo)致中空玻璃的傳熱系數(shù)發(fā)生變化。

　　6玻璃的平面尺寸
    加大中空玻璃的平面尺寸可減少單位面積的熱損失。

　　7玻璃密封的類型
    市場上玻璃密封的類型有單道密封，雙道密封。單道密封由于只有一道膠與中空腔相連，外界氣體或水很容易滲透到中空腔里，那它的密封性就失敗了，中空玻璃相應(yīng)就失效了，因此就達(dá)不到節(jié)能目的。雙道密封雖然中空腔與外界有兩道密封，但如果間隔條不是一體的，外界氣體或水也會(huì)慢慢的順著玻璃面及間隔條接口，滲透到中空腔里造成密封性失敗，中空玻璃喪失節(jié)能特性。

　　四　提高中空玻璃節(jié)能特性的措施
　　1合理選擇氣體間層的厚度
    中空玻璃氣體間層厚度為4———27毫米，盡管提高間層厚度可以提高隔熱性能，但隨著厚度的增加對(duì)流傳熱也增加，其他造價(jià)相應(yīng)的提高，如增加密封膠的用量增大，實(shí)驗(yàn)證明合理的厚度是12mm。

　　2選擇合理的間隔氣體
    生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)中，間隔氣體有：干燥空氣，惰性氣體氬氣、氪氣、氟化硫等，實(shí)踐證明氬氣不但節(jié)能效果好而以其廉價(jià)的生產(chǎn)成本倍受生產(chǎn)商青睞，其成本大約為每平米0.2元，生產(chǎn)中以使用氬氣為常見。

　　3合理的選擇中空玻璃單片
    目前，為了提高玻璃反射率，可在玻璃表面鍍一層反射系數(shù)高的材料，使其既滿足對(duì)于波長350-750nm范圍內(nèi)的可見光具有較高的透射性，對(duì)波長范圍在0.8-400um的紅外線具有較高的反射率，具有遮陽作用，但有較高的熱吸收率。耀華Low-E玻璃就是符合這種要求的產(chǎn)品，耀華Low-E玻璃在可見光波段具有高透過率、低反射率、低吸收率、低吸收率的特點(diǎn)，允許可見光良好的透射過玻璃傳入室內(nèi)，增強(qiáng)采光效果，而且在遠(yuǎn)紅外波段具有高反射率、低吸收性的特點(diǎn)。在冬季能有效地阻止室內(nèi)的熱能通過玻璃向外泄露；在夏季能阻擋外部熱能進(jìn)入。又有一種新產(chǎn)品耀華Sun-E玻璃，它整體降低了太陽輻射熱量進(jìn)入室內(nèi)的程度，選擇性透過可見光，并同樣具有對(duì)遠(yuǎn)紅外波段的高反射特性。因此一般情況下，在炎熱氣候地區(qū)選擇低傳熱系數(shù)的Sun-E玻璃以減少太陽輻射通過玻璃進(jìn)入室內(nèi)的熱量從而節(jié)約空調(diào)的制冷費(fèi)用，達(dá)到節(jié)能目的。如果是在中部過渡地區(qū)，可根據(jù)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)要求，選用適合的Low-E玻璃或Sun-E玻璃，在寒冷的時(shí)候減少室內(nèi)熱輻射的外泄，降低取暖消耗，在炎熱的時(shí)候控制室外熱輻射的傳入，節(jié)約制冷費(fèi)用。

    如果該地區(qū)氣候寒冷采暖期長，如我國的東三省、西北地區(qū)，就要即考慮提高太陽熱獲得量增加采光效果，又要減少室內(nèi)熱輻射的外泄，應(yīng)選用可見光透過率高、遮陽系數(shù)高、傳熱系數(shù)低的耀華Low-E玻璃，降低取暖能源消耗，達(dá)到節(jié)能的效果。

　　4合理的間隔條
    國內(nèi)一般情況下，使用金屬鋁條作間隔條，使用熱熔聚異丁膠涂框密封膠雙道密封工藝而且鋁管為一個(gè)整體只用一個(gè)插腳。這樣的中空玻璃一般使用20年以上不會(huì)失效。最優(yōu)良的間隔條是超級(jí)間隔條，其產(chǎn)品隔熱等性能有效期一百年以上，是節(jié)能中空玻璃的上品。

　　5合理的設(shè)計(jì)中空玻璃面積
    為了減少小玻璃失熱量大的問題，一般都盡可能的加大中空玻璃的面積，其計(jì)算公式如下：A=4.5/ 〔P/(t+t*t/4 )〕
      A———中空玻璃的設(shè)計(jì)最大面積（㎡）
      P———建筑物附近的風(fēng)壓（Pa）
      t———所選用的玻璃單片厚度（㎜）

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