中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司 肖頌華

0引言
中空玻璃由美國(guó)人于1865 年發(fā)明，是一種良好的隔熱、隔音、美觀適用，并可降低建筑物自重的新型建筑材料。中空玻璃是將兩片（或三片）玻璃，使用高強(qiáng)度高氣密性復(fù)合粘結(jié)劑，將玻璃片與內(nèi)含干燥劑的框架粘結(jié)，制成的高效能隔音隔熱玻璃構(gòu)件。中空玻璃多種性能優(yōu)越于普通雙層玻璃，因此得到

使中空玻璃內(nèi)外的溫度差也較大，空氣借助冷輻射和熱傳導(dǎo)的作用，首先在中空玻璃的兩側(cè)產(chǎn)生對(duì)流，然后通過(guò)中空玻璃整體傳遞過(guò)去，形成能量的流失。合理的中空玻璃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以降低氣體的對(duì)流，從而降低能量的對(duì)流損失。
傳導(dǎo)傳遞是通過(guò)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。玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)

了各國(guó)業(yè)界的認(rèn)可。隨著對(duì)建筑物裝飾性要求的不

是 0.77W（/

m·K），而 空氣的導(dǎo)熱系數(shù)是 0.028W/

斷提高，玻璃在建筑行業(yè)中的使用量也不斷增大。當(dāng)今人們?cè)谶x擇建筑物的玻璃門(mén)窗時(shí)，除了考慮其美學(xué)和外觀特征外，更注重其熱量控制、制冷成本和內(nèi)部陽(yáng)光投射舒適平衡等問(wèn)題。這就使得Low-E 玻璃成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。本文主要對(duì)普通中空玻璃和雙銀Low-E中空玻璃節(jié)能性能進(jìn)行比較。

1節(jié)能原理
1.1中空玻璃
中空玻璃的能量傳遞有三種方式：輻射傳遞、對(duì)流傳遞和傳導(dǎo)傳遞。
輻射傳遞是能量通過(guò)射線以輻射的形式進(jìn)行傳遞，這種射線包括可見(jiàn)光、紅外線和紫外線等輻射。
對(duì)流傳遞是由于在玻璃的兩側(cè)具有溫度差，造成空氣在冷的一面下降而在熱的一面上升，產(chǎn)生空氣的對(duì)流，而造成能量的流失。造成這種現(xiàn)象的原因有幾個(gè)：一是玻璃與周邊的框架系統(tǒng)的密封不良，造成窗框內(nèi)外的氣體能夠直接進(jìn)行交換產(chǎn)生對(duì)流，導(dǎo)致能量的損失；二是中空玻璃的內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理，導(dǎo)致中空玻璃內(nèi)部的氣體因溫度差產(chǎn)生對(duì)流，帶動(dòng)能量進(jìn)行交換，從而產(chǎn)生能量的流失；三是構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)窗的內(nèi)外溫度差較大，致

（m·K），由此可見(jiàn)，玻璃的熱傳導(dǎo)率是空氣的27 倍。空氣中的水分子等活性分子的存在，是影響中空玻璃能量傳導(dǎo)傳遞和對(duì)流傳遞性能的主要因素。
1.2Low-E 玻璃
改變玻璃性能減少熱能損失，最有效的方法是抑制其內(nèi)表面的輻射。普通浮法玻璃的輻射率高達(dá)0.84，當(dāng)鍍覆上一層以銀為基礎(chǔ)的低輻射薄膜后，輻射率可降至0.15 以下。用Low-E 玻璃制造建筑物門(mén)窗，可降低因輻射而造成的室內(nèi)熱能向室外的傳遞。室內(nèi)熱量損失的降低所帶來(lái)的另一個(gè)顯著效益是環(huán)保。
單銀Low-E 玻璃： 單銀Low-E 鍍膜玻璃通常只含有一層功能層（銀層），加上其它的金屬及化合物層，膜層總數(shù)達(dá)到5 層。
雙銀Low-E 玻璃： 雙銀Low-E 鍍膜玻璃且有兩層功能層（銀層），加上其它的金屬及化合物層， 膜層總數(shù)達(dá)到9 層。然而，雙Low-E 玻璃的技術(shù)工藝控制難度比單銀復(fù)雜的多。
單銀Low-E 玻璃與雙銀Low-E 玻璃相比較： 任何鍍膜玻璃在限制太陽(yáng)熱輻射透過(guò)的同時(shí)都會(huì)不同程度地限制可見(jiàn)光的透過(guò)。雙銀Low-E 玻璃比單銀Low-E 玻璃能夠阻擋更多的太陽(yáng)輻射熱能。換

句話說(shuō)，在透光率相同情況下，雙銀Low-E 具有更低的遮陽(yáng)系數(shù)Se，能更大限度地將太陽(yáng)光過(guò)濾成冷光源。雙銀Low-E 玻璃傳熱系數(shù)較單銀Low-E 更低，能進(jìn)一步提高外窗的保溫性能，真正達(dá)到冬暖夏涼。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，由于雙銀Low-E 玻璃大大減少了室內(nèi)外環(huán)境透過(guò)玻璃進(jìn)行的熱量交換，因此當(dāng)空調(diào)進(jìn)行制暖或者制冷時(shí)，在室內(nèi)溫度達(dá)到了設(shè)定溫度后，空調(diào)就能夠更長(zhǎng)時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)，從而節(jié)省耗電量。
雙銀Low-E 玻璃的優(yōu)勢(shì)可簡(jiǎn)述如下：
1）在相同玻璃組合下，雙銀Low-E 玻璃比單銀Low-E 具有更低的輻射率和更低的傳熱系數(shù)（U值）。
2）雙銀Low-E 玻璃具有更低的遮陽(yáng)系數(shù)（Sc值）。
3）在遮陽(yáng)系數(shù)（Sc 值）相同的情況下，可見(jiàn)光透過(guò)率比單銀Low-E 更高。

2中空玻璃節(jié)能性能模擬計(jì)算分析
采用美國(guó)勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的RESFEN6 軟件對(duì)整屋和房間內(nèi)所有中空玻璃進(jìn)行模擬計(jì)算。
基本條件：考慮到自然環(huán)境條件相同或相近， 因?yàn)榧~約市與我國(guó)首都北京緯度相近，所以選擇紐約市為環(huán)境條件城市進(jìn)行計(jì)算。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)人均住宅面積為40.8 m2，以一個(gè)三口之家為例，房間面積為122.4 m2，室溫恒定為24℃，房屋為南北通透類(lèi)型，北面窗戶面積總和為4.645 m2，東面窗戶面積
總和為6.967 m2，南面窗戶面積總和為9.29 m2，西
面窗戶面積總和為6.967 m2。考慮到中國(guó)國(guó)情，一般房屋不具備涉及到天窗的情況，所以天窗面積為 0。窗戶總面積27.87 m2，窗屋比為17.6%。選擇相同的塑鋼窗框進(jìn)行計(jì)算。
首先，我們選取中空玻璃，兩片玻璃均為普通白玻，邊框?yàn)樗茕?。?jīng)過(guò)計(jì)算，由圖1 可以得出全年
整屋制熱能耗為64.6 GJ，需要的費(fèi)用折合為522.29美元。制冷能耗為1242 kWh，需要的費(fèi)用折合為
166.43 美元。制熱制冷設(shè)備全年能耗總計(jì)78.0 GJ，需要的費(fèi)用折合為688.72 美元。
將中空玻璃的室外側(cè)玻璃換成雙銀高反射鍍膜

玻璃，保留其它條件。經(jīng)過(guò)計(jì)算，由圖2 可以得出，
全年整屋制熱能耗為51.7 GJ，需要的費(fèi)用折合為
417.84 美元。制冷能耗為 1168 kWh，需要的費(fèi)用折合為 156.51 美元。制熱制冷設(shè)備全年能耗總計(jì)
64.3 GJ，需要的費(fèi)用折合為574.35 美元。

圖1 普通中空玻璃：6 mm 白玻+12A+6 mm 白玻

圖2 鍍膜中空玻璃：6 mm 雙銀Low-E+12A+6 mm 白玻

圖3 普通中空玻璃與鍍膜中空玻璃能耗及費(fèi)用對(duì)比

通過(guò)對(duì)比圖1 和圖2 的計(jì)算結(jié)果，使用Low-E 雙銀高反射鍍膜中空玻璃的家庭，全年制熱、制冷方面花費(fèi)比使用普通中空玻璃的家庭要節(jié)約超過(guò)110 美元，紐約市為沿海城市，冬季與夏季溫差遠(yuǎn)

小于北京市，如在北京市或巾國(guó)其它北方冬冷夏熱地區(qū)使用Low-E 雙銀高反射鍍膜中空玻璃，每戶每年在制冷、制熱節(jié)約開(kāi)銷(xiāo)方面將大于110 美元。

3節(jié)能效果分析
太陽(yáng)光輻射能量的97% 來(lái)自300 nm~2500 nm 的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，這是室外熱量的主要來(lái)源。而任何溫度高于絕對(duì)零度的物體都會(huì)以輻射紅外線的方式向外界輻射熱量，現(xiàn)代物理學(xué)稱(chēng)之為熱散射，這部分熱量輻射集中在2500 nm 以上的長(zhǎng)波段，這是室內(nèi)熱量的主要來(lái)源。
在冬季或高緯度地區(qū)，建筑要求室外的輻射能量可以進(jìn)入室內(nèi)，而室內(nèi)的輻射能量盡量少地外泄。普通中空玻璃對(duì)太陽(yáng)輻射能具有84% 的透過(guò)率，白天室外輻射大部分可以傳輸?shù)绞覂?nèi)。而在夜晚或者陰雨天，室內(nèi)的物體熱輻射的80% 被其吸收，玻璃溫度升高，繼而通過(guò)室內(nèi)外輻射和對(duì)流交換將熱量散發(fā)到室外，無(wú)法起到保持室內(nèi)溫度的效果。若采用Low-E 中空玻璃，在白天，太陽(yáng)光短波照射在室內(nèi)物體上，這些物體被加熱后，將以長(zhǎng)波的方式再次輻射，這些長(zhǎng)波被Low-E 玻璃反射回室內(nèi)；在夜晚和陰雨天氣，室內(nèi)物體的熱輻射有50%
以上被其反射回室內(nèi)，僅有不到15% 的熱輻射被其吸收后通過(guò)熱輻射和對(duì)流交換散發(fā)到室外，從而起到了保溫節(jié)能作用。
在夏季或低緯度地區(qū)，建筑要求盡可能減少來(lái)自室外的熱量輻射，同時(shí)保證室內(nèi)通過(guò)空調(diào)系統(tǒng)維持的舒適溫度與室外有盡可能少的熱交換，即良好的絕熱性能。由于普通玻璃對(duì)太陽(yáng)光具有很大的透射率，太陽(yáng)光中攜帶的熱量大部分被帶到室內(nèi)，使室內(nèi)溫度升高，而空調(diào)系統(tǒng)維持的溫度由通過(guò)玻璃與室外進(jìn)行大量的熱交換，造成了極大的能源浪費(fèi)。若采用Low-E 玻璃，它的良好的光學(xué)性能保證了可見(jiàn)光可以大部分投射到室內(nèi)，而攜帶大量熱量的紅外線被反射到室外，隰絕了大部分來(lái)自室外的熱量。同時(shí)因?yàn)樗哂辛己玫慕^熱性能（絕熱性能反映了由與玻璃熱傳導(dǎo)和室內(nèi)外的溫差所形成的空氣到空氣的傳熱量，它與玻璃的輻射率直接相關(guān)），室內(nèi)由空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的溫度與外界的熱交換

被盡可能地降低，也就最大程度上減少了能源的浪費(fèi)性消耗。
綜上所述，Low-E 玻璃在各種氣候條件下都有良好的表現(xiàn)，而針對(duì)不同的氣候條件，可以選用具有不同透射率和反射率的Low-E 玻璃來(lái)最大化地減少能源消耗。

4社會(huì)效益
我國(guó)能源人均占有量很低，而建筑能耗已經(jīng)占全圍總能耗的27.5% 左右。外門(mén)窗玻璃熱損失是建
筑物能耗的主要部分，占建筑物全部能耗的50% 以上。寒冷季節(jié)，因建筑物采暖所造成的CO2、SO2 等有害氣體的排放是重要的污染源。如果使用Low-E 玻璃，由于熱損失降低，可大幅減少因采暖所消耗的燃料，從而減少有害氣體的排放。透過(guò)玻璃的熱量是雙向的，熱量既能由室內(nèi)傳遞到室外，反之亦然，并且是同時(shí)進(jìn)行的，只是傳遞熱量差的問(wèn)題。在冬天的時(shí)候，室內(nèi)的溫度比室外高，要求保溫。夏天室內(nèi)溫度比室外的低，要求玻璃隔熱。Low-E 玻璃能夠?qū)崿F(xiàn)冬天和夏天的要求，既能保溫又能隔熱，起到環(huán)保低碳的效果。
我國(guó)擁有能夠穩(wěn)定生產(chǎn)Low-E 玻璃的生產(chǎn)線175 條，Low-E 玻璃實(shí)際產(chǎn)量1.15 億平方米。2017年我國(guó)竣工房屋面積28.63 億平方米，大約需用玻
璃5.7 億平方米。在當(dāng)前大力推進(jìn)節(jié)能減排的形勢(shì)下，對(duì)建筑物外門(mén)窗玻璃的選用提出了更高的要求，既要保證可見(jiàn)光的充分投射以達(dá)到采光的要求，又要盡量減少熱能的損失。

5結(jié)語(yǔ)
隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，人們對(duì)居住、工作環(huán)境的要求越來(lái)越高。玻璃已經(jīng)由單純的采光材料向著裝飾性強(qiáng)、控制光線、節(jié)約能源、減小噪聲及改善環(huán)境等多種功能發(fā)展。我國(guó)Low-E 玻璃使用量占所有建筑玻璃的15% 左右，在建筑領(lǐng)域使用Low-E 玻璃可以帶來(lái)更大的節(jié)能減排效果，且使用Low-E 玻璃帶來(lái)的成本在長(zhǎng)期來(lái)看遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于使用普通玻璃， 對(duì)改善生活、工作環(huán)境，保護(hù)環(huán)境有著十分重要的意義。