節(jié)能建筑中Low-E玻璃選型及具體應(yīng)用

秦軍文

(山西六建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030024)

Low-E玻璃屬于鍍膜玻璃制品，對(duì)波長(zhǎng)為1.0～40μm的遠(yuǎn)紅外線具有低吸收、低二次向外輻射、基本完全反射的特點(diǎn)，能夠阻擋遠(yuǎn)紅外的輻射熱傳遞，改善建筑內(nèi)部環(huán)境以及節(jié)能降耗。建筑門窗和玻璃幕墻采用Low-E玻璃時(shí)，能夠減少門窗傳熱損失能源消耗，降低因輻射而引起的室內(nèi)熱能向外的傳遞量，符合綠色節(jié)能的現(xiàn)代建筑行業(yè)發(fā)展理念。因此，研究Low-E玻璃的選型及應(yīng)用方法具有重要意義，可提升Low-E玻璃的應(yīng)用價(jià)值，促進(jìn)建筑行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

1 Low-E玻璃的節(jié)能

Low-E玻璃是以平板玻璃為基礎(chǔ)材料，對(duì)其表面鍍覆金屬及金屬氧化物薄膜制作而成的新型玻璃材料，鍍膜層能夠反射4.5～25μm的遠(yuǎn)紅外光，減少玻璃的熱輻射通過量。白天太陽光照射時(shí)，Low-E玻璃對(duì)0.3～2.5μm太陽能輻射的通過率超過60%，夜間或陰雨天氣，Low-E玻璃可反射室內(nèi)物體的熱輻射，反射量普遍超過50%，以輻射或?qū)α鲹Q熱的方式散失至室外的熱輻射量在15%以內(nèi)，有效減少室內(nèi)熱量向室外的傳遞。因此，在冬季寒冷天氣，Low-E玻璃可以從外界為建筑室內(nèi)獲取較多的太陽輻射熱，并減少室內(nèi)熱量的散失，通過Low-E玻璃即可取得良好的室內(nèi)保溫效果，減輕對(duì)暖通空調(diào)的依賴，降低暖通空調(diào)運(yùn)行時(shí)的能源消耗。相比普通玻璃的傳熱系數(shù)，Low-E玻璃達(dá)到該值的3倍左右[1]。

2 Low-E玻璃的選型

2.1 原片玻璃的選擇

2.1.1 玻璃厚度

以普通中空玻璃為例，假定其含有12mm空氣夾層，K值與玻璃厚度的變化規(guī)律。根據(jù)圖中信息可知，兩者的變化基本為直線關(guān)系，但即便增加玻璃厚度，對(duì)K值的影響也相對(duì)有限。相比6+12+6組合方式的K值，8+12+8組合的K值僅降低0.03W/(m2·K)。

2.1.2 玻璃類型

Low-E玻璃主要有在線和離線Low-E玻璃兩大類，以離線Low-E玻璃為例，市面上較為主流的有如下三種：1)單銀高透型Low-E，最高透光率約為83%，透光率高；2)遮陽型Low-E，透光率約為40%，遮陽系數(shù)普遍在0.5以內(nèi)，具有其它材料難以比擬的遮陽性能優(yōu)勢(shì)，在南方以及其它遮陽要求較高的地區(qū)取得廣泛應(yīng)用；3)雙銀Low-E，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于設(shè)置2層銀層，作用在于降低輻射率，兼具前述兩種Low-E玻璃的優(yōu)勢(shì)，可見光透過率高，遮陽系數(shù)以及輻射率更低，應(yīng)用效果良好。

2.2 鍍膜面的位置

在中空玻璃中采用Low-E玻璃鍍膜面時(shí)，不同的布設(shè)位置所帶來的影響不盡相同。按照由外向室內(nèi)的順序，中空玻璃共分為1#、2#、3#、4#四個(gè)表面，按照與白玻進(jìn)行6+12+6的組合方式計(jì)算，分別確定不同鍍膜面位置時(shí)的K值和SHGC值，根據(jù)兩項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)玻璃膜面位置對(duì)玻璃材料節(jié)能效果的影響。計(jì)算結(jié)果，如表1所示。

表1 不同Low-E玻璃膜面位置對(duì)節(jié)能效果的影響

根據(jù)表1可知，Low-E膜布置在2#、3#面時(shí)，傳熱系數(shù)K值為1.923，該值較低，取得良好的保溫隔熱效果；若在2#面設(shè)置Low-E膜，太陽能得熱系數(shù)SHGC為0.625，位于3#面時(shí)該值為0.676，相比位于2#面時(shí)的SHGC值更高。根據(jù)Low-E膜在不同位置的應(yīng)用效果，提出如下建議：南方地區(qū)，Low-E膜的最佳位置為2#面，對(duì)于氣候寒冷的地區(qū)，需要保證Low-E玻璃能夠吸收太陽輻射熱量并起到保溫的作用，宜在3#位置，例如北方地區(qū)可按照此方法布置Low-E膜。從外觀效果的角度來看，Low-E膜位于2#、3#面時(shí)的效果也存在差異，且對(duì)于Low-E膜位于相同位置的情況，也會(huì)由于Low-E玻璃型號(hào)的改變而產(chǎn)生區(qū)別。因此，在節(jié)能建筑中應(yīng)用Low-E玻璃時(shí)，需要考慮到Low-E膜布設(shè)位置對(duì)節(jié)能效果和外觀效果的雙重影響。

結(jié)合表1的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：膜面在2#或3#處且吸熱玻璃位于室外時(shí)，傳熱系數(shù)均最低，為1.925，但兩者的SHGC不同，膜面位于2#位置時(shí)為0.586，而膜面位于3#位置時(shí)為0.347，明顯更低。究其原因，將Low-E膜布置在3#面時(shí)，已經(jīng)通過吸熱玻璃吸收部分太陽輻射熱，在此基礎(chǔ)上經(jīng)由Low-E膜進(jìn)行反射，因此Low-E膜在3#位置時(shí)的SHGC值相對(duì)更低，為保證建筑內(nèi)部環(huán)境的舒適性以及提高節(jié)能降耗水平，Low-E膜應(yīng)位于3#位置[2]。

2.3 氣體夾層

中空玻璃的隔熱特性主要受到氣體夾層的影響，具體包含如下細(xì)分因素。

2.3.1 氣體夾層的厚度

現(xiàn)階段，中空玻璃氣體夾層的厚度以6mm、9mm、12mm等規(guī)格為主，以白玻璃中空-空氣、Low-E中空-空氣和Low-E中空-氬氣三種材料為例。

根據(jù)圖1可知，夾層厚度在1～9mm時(shí)，K值隨著夾層厚度的增加而快速降低；在9～13mm時(shí)，K值隨著夾層厚度的增加而降低但降幅明顯放緩；夾層厚度達(dá)到13mm以后，K值基本保持平穩(wěn)，甚至有小幅度的提升。因此，K值隨著夾層厚度的增加而呈階段性變化規(guī)律，氣體夾層厚度達(dá)到13mm以上時(shí)，無論如何增加夾層厚度，也基本不會(huì)產(chǎn)生明顯的節(jié)能效果，由此推斷中空玻璃的氣體夾層厚度以12.7mm左右為宜，例如可按照12mm的要求控制夾層厚度。

圖1 K值與氣體夾層厚度的關(guān)系

2.3.2 間隔條

間隔條布設(shè)在內(nèi)、外兩片玻璃間，可隔絕外部的水蒸氣并控制兩片玻璃的間距。間隔條的性能對(duì)中空玻璃的K值產(chǎn)生影響，也關(guān)系到氣體夾層厚度和耐久性。多數(shù)間隔采用鋁槽法，具有加工簡(jiǎn)單、材料重量輕的優(yōu)勢(shì)，但鋁間隔條的導(dǎo)熱系數(shù)約為160W/(m2·K)，分別為玻璃、空氣的208倍、6 667倍，導(dǎo)熱系數(shù)高。室內(nèi)和室外的溫度存在差異，熱能經(jīng)過鋁間隔條后大量損失，熱阻降低且以玻璃的邊緣部位體現(xiàn)得最為明顯。部分玻璃采用的是Swiggle膠條，只有一個(gè)連接角，連續(xù)性和密封性均良好，玻璃邊部的熱量損失較少，隔熱性能優(yōu)于鋁間隔條，且能夠緩解玻璃邊部結(jié)霜現(xiàn)象，因此更具可行性。

2.3.3 密封膠

中空玻璃的密封膠有聚異丁烯、聚氨酯類、硅酮類、聚硫類多種類型的密封膠，在選擇時(shí)需要考慮到密封性能可靠、透氣性較低、耐候性良好等要求。中空玻璃制造工藝有單道和雙道密封兩種，因此還需考慮制造工藝，據(jù)此選擇綜合性能良好的密封膠[3]。

3 Low-E玻璃在節(jié)能建筑中的應(yīng)用

鑒于我國(guó)地域廣闊，各地區(qū)氣候差異大，在應(yīng)用Low-E玻璃時(shí)需要分地區(qū)進(jìn)行針對(duì)性的分析，根據(jù)因地制宜的原則在節(jié)能建筑中合理地應(yīng)用Low-E玻璃，發(fā)揮出此類玻璃保溫隔熱、節(jié)能環(huán)保等性能優(yōu)勢(shì)，具體做如下分析。

3.1 Low-E玻璃在寒冷氣候區(qū)節(jié)能建筑中的應(yīng)用

寒冷氣候區(qū)主要集中在中、高緯度地區(qū)，冬季時(shí)間長(zhǎng)，氣溫低，在此類地區(qū)的節(jié)能建筑中應(yīng)用Low-E玻璃時(shí)，需要選擇陽光透過率較高的高透型Low-E玻璃，目的在于使冬季白天有充足的陽光進(jìn)入室內(nèi)，提高室內(nèi)的溫度，并減少室內(nèi)熱量的散失，維持相對(duì)溫暖的室內(nèi)環(huán)境，改善居住舒適性。以如圖2所示的北方寒冷地區(qū)年取暖耗能比率為例，通過對(duì)白玻璃片、雙白中空、高透Low-E三種玻璃的節(jié)能效果的對(duì)比分析可知，采用Low-E玻璃時(shí)年取暖耗能比率低于其它兩種材料，表明Low-E玻璃具有較好的節(jié)能效果。

圖2 北方寒冷地區(qū)年取暖耗能比率

結(jié)合前述分析可知，Low-E膜在不同的面所產(chǎn)生的應(yīng)用效果存在區(qū)別。Low-E膜在2#或3#面時(shí)，不影響傳熱系數(shù)計(jì)算，但從實(shí)際應(yīng)用情況來看，卻存在區(qū)別。從Low-E玻璃的應(yīng)用特性來看，其能夠向熱源方向反射熱輻射，因此必須合理控制Low-E玻璃的朝向。對(duì)于側(cè)重于室內(nèi)保溫的建筑工程，優(yōu)先將Low-E膜布置在3#面；對(duì)于側(cè)重于防止外部熱輻射的建筑工程，優(yōu)先考慮的是2#面。

3.2 Low-E玻璃在溫暖氣候區(qū)節(jié)能建筑中的應(yīng)用

溫暖氣候區(qū)夏季炎熱，室外溫度高，室內(nèi)溫度將由于大量的室外陽光進(jìn)入室內(nèi)而快速提高，為降低室內(nèi)溫度而需依靠空調(diào)系統(tǒng)，增加制冷費(fèi)用以及消耗較多的電能。在溫暖氣候區(qū)的節(jié)能建筑中應(yīng)用Low-E玻璃時(shí)，需要選擇遮陽系數(shù)低的Low-E玻璃，例如遮陽型Low-E玻璃則具有較好的應(yīng)用效果，此玻璃可以減少陽光熱獲取量，并使室內(nèi)保持良好的采光條件，能夠改善室內(nèi)環(huán)境。根據(jù)如圖3所示的南方炎熱地區(qū)年降溫耗能比率可知，在應(yīng)用遮陽型Low-E玻璃后，年降溫耗能低于其它材料，節(jié)能環(huán)保效果良好。

圖3 南方炎熱地區(qū)年降溫耗能比率

從應(yīng)用效果的角度來看，南方地區(qū)可優(yōu)先采用雙銀Low-E玻璃，其透光率較高、遮陽系數(shù)低，但從制造工藝和成本的角度來看，此類玻璃的制造工藝復(fù)雜，質(zhì)量要求高，且成本偏高，因此限制了此類材料的推廣與應(yīng)用。遮陽型Low-E是單銀Low-E的一種，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低，遮陽系數(shù)與雙銀Low-E無過大的差異，因此具有可行性，雖然透光率低，但也達(dá)到40%左右，對(duì)于無過高要求的建筑工程而言，仍能夠滿足實(shí)際需求，達(dá)到環(huán)境改善、節(jié)能環(huán)保以及控制成本多重效果。

3.3 Low-E玻璃在夏熱冬冷氣候區(qū)節(jié)能建筑中的應(yīng)用

夏季室內(nèi)溫度超過30℃，冬季室內(nèi)溫約為8℃，部分極端天氣下，夏季室溫高達(dá)40℃，冬季室溫低至0℃。夏季太陽輻射強(qiáng)度大，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，在應(yīng)用Low-E玻璃時(shí)需要考慮到夏季防熱要求；冬季氣溫低，室內(nèi)寒冷，需考慮室內(nèi)保溫要求。因此，在夏熱冬冷氣候區(qū)的節(jié)能建筑中應(yīng)用Low-E玻璃時(shí)，可以考慮遮陽型Low-E，在夏季可減少通過窗戶進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射，改善室內(nèi)高溫環(huán)境，且能夠提供充足的可見光，防止室內(nèi)光線昏暗。

玻璃的透光率是影響室內(nèi)采光的重要因素，以40%～50%的透光率為宜，既能夠使室內(nèi)保持明亮，又可避免透光過多而引起刺眼的情況，但高透光率的玻璃會(huì)透過較多的太陽熱輻射，因此需要兼顧采光和節(jié)能(減少熱輻射)的要求。以Low-E玻璃和熱反射鍍膜玻璃為例，在隔熱性能一致的前提下，Low-E玻璃的透光率更高，在應(yīng)用此類玻璃后能夠改善室內(nèi)光照條件，換言之，該玻璃可以將太陽光過濾為“冷”光源。

4 結(jié)語

綜上所述，Low-E玻璃能夠滿足建筑透光性、保溫隔熱、節(jié)能環(huán)保等要求，屬于節(jié)能建筑中較為典型的玻璃材料，具有推廣價(jià)值。工程技術(shù)人員需考慮建筑所在地區(qū)的氣候特征和建筑建設(shè)要求，合理選擇Low-E玻璃，并規(guī)范安裝至指定位置，發(fā)揮出Low-E玻璃的性能優(yōu)勢(shì)，取得良好的應(yīng)用效果。