您對Low-E玻璃到底了解多少

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　　引言

　　建筑是社會三大高耗能產業(yè)之一，其中建筑門窗（詞條“建筑門窗”由行業(yè)大百科提供）的能耗約占建筑物全部熱損失的50%，而建筑門窗中玻璃面積所占的比例越來越大，各種門窗中玻璃占總面積的65%～70%。因此合理使用節(jié)能型玻璃對建筑節(jié)能起著越來越重要的作用。Low-E玻璃就是一種很好的節(jié)能玻璃，它是在普通玻璃表面鍍上1層或多層金屬（詞條“金屬”由行業(yè)大百科提供）、合金或化合物的膜系產品，其膜層具有高的可見光透過率及對遠紅外線高反射的特性。應用Low-E玻璃合成中空玻璃、真空玻璃等，可顯著降低玻璃之間的輻射傳熱，從而降低玻璃組件的傳熱系數(shù)(K)，提高建筑的保溫性能。同時，Low-E玻璃具有可選擇的遮陽系數(shù)。目前，這些節(jié)能玻璃已進入普通住宅窗玻璃市場，成為建筑玻璃的佼佼者。

　　1 Low-E玻璃單片使用時性能如何?

　　一些廠家和文章在宣傳Low-E玻璃時，片面強調其Low-E膜的高紅外反射特性，使人誤認為使用單片Low-E玻璃就能起到很好的節(jié)能效果。下面分別從熱傳導方式和玻璃窗節(jié)能原理兩個方面加以分析。

　　1.1　熱傳導方式

　　通過窗玻璃的傳熱有3種方式，氣體對流傳熱、空氣導熱和輻射傳熱。氣體對流傳熱是指各部分氣體因溫差而產生自然對流而傳遞熱能。空氣導熱是指氣體分子無規(guī)則運動時互相“碰撞”而傳遞熱能。輻射傳熱的機理則與前二者有本質不同，是物體之間通過電磁波輻射、反射、吸收、透射等物理過程交換熱量，其結果是將熱量由表面溫度高的物體傳向溫度低的物體。

　　在室內外溫差較大情況下，起主導作用的是對流傳熱，對流傳熱遠大于空氣導熱，整個空氣傳熱(對流加導熱)又遠大于輻射傳熱。因此，使用單片Low-E玻璃時，即使處于室內側的Low-E膜對室內取暖輻射、人體、照明輻射的紅外線有反射，但熱量仍是由高溫物體傳向低溫物體，或是由物體的高溫部分傳向低溫部分，比如冬天從室內傳向溫度低的窗玻璃。Low-E膜的高紅外反射可以減少室內側的輻射傳熱，對降低傳熱量有一定的作用，對兩側占主導地位的氣體傳熱基本無影響，熱量最終由溫度高處傳向低處。所以不能說使用單片Low-E玻璃就能起到很好的節(jié)能效果，而不必再用中空玻璃和真空玻璃了。

　　1.2　玻璃窗節(jié)能原理

　　玻璃窗節(jié)能的兩個關鍵因素是傳熱系數(shù)K值和遮陽系數(shù)Se。K值表征圍護結構的“保溫”性能，Se表征其“隔熱”性能。在不考慮空氣滲漏的前提下，通過建筑物門窗的傳熱途徑有二：一是由內外溫差引起的傳熱Qt，二是太陽輻射引入的熱量Qe。二者之和稱為相對增熱，用RHG表示：

　　RHG=Qt+Qe=K×(T0-Ti)+Se×SHGF (1)

　　式中K為傳熱系數(shù)，其定義為：當室內外空氣溫差為1 K時，通過單位面積窗玻璃室內空氣和室外空-氣之間傳遞的熱功率，我國法定單位為W·m-2·K-1 。T0為室外空氣溫度，Ti為室內空氣溫度，從公式(1)可知，K值越小，通過窗玻璃傳遞的熱量越少，玻璃窗保溫性能越好。

　　Se為遮陽系數(shù)，其含義是透過玻璃的太陽輻射總透射比與3mm厚普通平板玻璃的太陽輻射總透射比的比值。Se越大說明透過的太陽輻射比例越高。SHGF為太陽輻射得熱因子，代表透過3mm普通玻璃的太陽輻射能量。Se和SHGF兩者的乘積則代表透過玻璃入射室內的太陽輻射能量。

　　那么使用Low-E膜對玻璃的節(jié)能效果有多大改善呢?表1是南玻和新立基給出的各種玻璃的K值和遮陽系數(shù)Se。

　　從表1可以看出，使用發(fā)射率（詞條“發(fā)射率”由行業(yè)大百科提供）為0.11的單片Low-E玻璃，當膜面在室內側時，其K值為3.23 W·m^-2·K-1，遠遠達不到北京地區(qū)對節(jié)能窗傳熱系數(shù)1.5～2.0 W·m^-2·K-1的要求。由Low-E玻璃合成中空或真空玻璃后，K值大幅降低，真空玻璃可降到0.6 W·m^-2·K-1。從保溫性能看，Low-E單片遠不如中空玻璃，更不如真空玻璃，所以Low-E中空玻璃和真空玻璃才是更佳的節(jié)能玻璃產品。

　　雖然使用單片Low-E玻璃不能起到很好的保溫作用，但從隔熱性能方面看，Low-E玻璃有高透型和遮陽型之分。在南方夏天室內外溫差不大的情況下，選擇遮陽系數(shù)低的遮陽型Low-E玻璃，可減少太陽輻射的進入，也能起到一定的隔熱作用，從而降低空調制冷費用。

　　Low-E膜表面發(fā)射率越小，其K值越低，越適于單片使用。但是發(fā)射率在0.15以下的一般為離線Low-E玻璃，其膜層較軟，耐磨性和牢固性不理想，在空氣中容易受潮氧化，表面輻射率（詞條“輻射率”由行業(yè)大百科提供）會迅速增加，因而不適于單片使用。在線Low-E玻璃的膜層與玻璃結合的牢固度好，耐磨，抗劃傷性能好，但發(fā)射率較高一般為0.16～0.20，從而K值較高，表面受灰塵等污染也會使膜層性能變壞，最好也不要單片使用。

　　2 Low-E玻璃有雙面高紅外反射特性嗎?

　　一些廣告中把Low-E中空玻璃的保溫性能歸因于Low-E玻璃的雙面高紅外反射特性。認為其節(jié)能原理是“夏季Low-E玻璃將太陽輻射中的紅外線阻擋在室外，降低建筑的空調費用;冬季將室內取暖輻射、人體、照明輻射的紅外線強烈反射回室內，阻止熱量損失，同樣降低室內取暖費用。”上述觀點中一是錯誤地認為Low-E玻璃兩面都具有高紅外射特性，都能將紅外輻射反射回去;二是沒有從原理上了解Low-E玻璃在中空或真空玻璃中的作用。

　　2.1 Low-E玻璃兩表面的紅外反射特性

　　Low-E玻璃是在普通玻璃表面鍍膜的產品，其膜層具有高的可見光透過率及對遠紅外線高反射的特性。從實用性和經濟性方面考慮，Low-E玻璃一般都是單面鍍膜，即一面為鍍膜面，一面為普通玻璃面。圖1是利用日本島津UV3101PC和TJ270-30紅外分光光度計測試的南玻superⅤ系列的Low-E玻璃玻面和膜面的反射圖譜。

　　從圖中可以看出，Low-E玻璃玻面和膜面具有截然不同的紅外反射特性。在2.5～25μm紅外波長范圍，膜面的反射率遠遠大于玻面的。根據基爾霍夫輻射定律，在一定溫度和波長下，物體的吸收率等于發(fā)射率，即：

　　a=e=1-R-T (2)

　　對于波長大于3μm紅外線而言，玻璃可以認為是一個黑體，T=0，公式(2)簡化為：

　　a=e=1-R (3)

　　可見，反射率越大，吸收率和發(fā)射率就小。Low-E玻璃膜面具有高紅外反射率，因此具有較低的發(fā)射率。而玻面的紅外反射率較低，吸收率和發(fā)射率就高。

　　制作中空或真空玻璃時，Low-E玻璃膜面合在內部，室內外側均是普通玻璃面。當太陽輻射或室內的紅外輻射到普通玻璃面上時，大部分被玻面吸收，表現(xiàn)為玻璃溫度升高。紅外輻射不可能直接到達Low-E膜并被反射回去。上述廣告對中空玻璃具有雙面紅外反射的說法是錯誤的。

　　2.2　中空和真空玻璃K值低，保溫性能好的原因——Low-E玻璃的主要作用

　　中空和真空玻璃傳熱包括氣體對流、空氣傳導和輻射傳熱。其K值由公式(4)計算：

　　式中：R內——內表面換熱阻;

　　R外——外表面換熱阻;

　　R——中空或真空玻璃熱阻;

　　R內、R外——國家標準中的規(guī)定值。

　　從公式 ( 4 ) 可知, 要使K值減小, 就要增大R值。中空玻璃利用選擇兩片玻璃的間距使氣體對流傳熱降到最小，真空玻璃則是完全消除了氣體傳熱。對于輻射傳熱，中空玻璃和真空玻璃則不約而同地選擇了低輻射Low-E玻璃，減小輻射傳熱，形成高輻射熱阻，使R值大大提高。用發(fā)射率為0.11的Low-E玻璃代替普通玻璃時，中空玻璃輻射熱阻由0.301增大到1.972，相應K值也從2.23 W·m-2·K-1減小到1.69W·m-2·K-1。比Low-E玻璃單片使用時3.23 W·m-2·K-1降低了將近1倍，明顯提高了保溫性能。Low-E玻璃用于真空玻璃的效果則更加顯著。

　　由此可見，正是使用了Low-E玻璃，降低了玻璃間的輻射傳熱，從而大幅度降低了玻璃構件的傳熱系數(shù)K值，減少了室內外的傳熱，使窗玻璃內側的溫度更接近室溫，起到了保溫作用。Low-E玻璃對中空和真空玻璃都起著至關重要的作用，是不可或缺的。

　　3　結論

　　Low-E玻璃作為一種高效的節(jié)能材料，只有合理利用才能達到較好的節(jié)能效果。在建筑物上推廣使用Low-E中空玻璃或真空玻璃，可有效節(jié)省能源。從以上分析可得到如下結論：

　　(1)Low-E玻璃單片使用時，K值較高，保溫性能差，但有一定的遮陽效果，要注意大多數(shù)Low-E膜受潮易氧化，壽命短，不適于單片使用。

　　(2)Low-E玻璃用于中空或真空玻璃，既降低了其傳熱系數(shù)K值，而且Low-E膜得到良好的保護，又可選擇不同的遮陽系數(shù)，所以是最有效的選擇。【完】