镀膜玻璃的隔热特性及其参数

- 1 - 镀膜玻璃的节能特性及其参数 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 Low-E 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。 Low-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3阿波长之 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- 2 -

能，其能量分布在3至40阿 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、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。

对流传导透过 、太阳直接辐射透过 图1.太阳能量透过玻璃示意图 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（二辐射率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- 3 -

过传热、对流传导传热。 3 •窗玻璃传热的定量表达

对流传导所传递的热能为 Qi，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 = U （T内一T外）+ 太阳辐射系数 Sc （式-1 ）

QI对流传导部分 C2太阳直接辐射部分

U——玻璃的传热系数，单位为 W/m2C。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630w/m2,可理解为太阳照射到地面的能量强度 （注：实际强度为783 w/m2，透过3mm普通白玻璃后为630 w/m2，Sc的定义如此）。

T内一T外---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、 几种玻璃的参数对比 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 - 4 -

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

玻璃名称 玻璃种类、结构 透光率 (% 遮阳系数

Sc

传热系数 U夏 2 (w/m °C) 传热系数

U冬 2 (w/m C)

单片白玻 6c 89 0.99 5.74 6.17

白玻中空 6c+12A+6c 81 0.87 3.09 2.75

单片热反射镀膜 6CTS140 40 0.55 5.72 5.66

热反射镀膜中空玻璃 6 CTS140+12A+6C 37 0.44 3.04 2.58

LOW-E中空玻璃 6 CEB12+12A+6C 39 0.31 1.70 1.66

说明：白玻指普通透明玻璃，6c表示6mn透明玻璃，CTS14C是热反射镀膜玻璃 型号，CEB12是 Low-E玻璃型号。U是ASHER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 Sc=0.99,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=6.17w/m2c

，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Q1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 - 5 -

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

Low-E玻璃的表面辐射率低E—0.15、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-冲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。 Low-E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 （0.25〜0.68）。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 ） O

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