LowE玻璃的热工性能评价指标.docx

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LowE玻璃的热工性能评价指标

Low-E玻璃的热工性能评价指标

引言

　　随着全球能源供应危机的日益加剧，能源将成为制约各国经济的主要因素。

我国提出了社会经济和能源可持续发展战略，建设节约型社会，在实现国民经济快速发展的同时努力降低单位GDP的能源消耗。

而建筑行业的节能潜力巨大，在不断提高人们居住环境舒适度的同时，降低建筑耗能总量，有效缓解能源的供需矛盾，既具有实际经济意义，又具有重要的社会意义和环保价值。

建筑物中通过门窗散失的热量约占整个建筑物采暖或制冷能耗的50%，而通过玻璃流失的热量约占整个窗户流失热量的80%。

因此，如何降低经玻璃流失的热量损失对整个建筑物的节能至关重要。

　　Low-E玻璃由于其对长波红外辐射具有良好的阻挡作用，而紫外及可见光基本通过，具有优异的隔热、保温性能。

是降低建筑物能耗的有效途径。

　　1Low-E玻璃节能原理

　　1.1　太阳辐射光谱

　　如图1所示，太阳辐射主要集中在可见光部分（380~780nm），波长大于可见光的红外线（>780nm）和小于可见光的紫外线（<380nm）的部分较少。

在全部辐射能中，波长在150~4000nm的占99%以上，且主要分布在可见光区和红外区，前者占太阳辐射总能量的约50%，后者占约43%，紫外区的太阳辐射能很少，只占总量的约7%。

　　图1中NIR是近红外波段，近红外辐射照射到物体（如建筑物、室内家具）上时，将会转换成远红外线再次辐射出来。

IR是远红外区，是22℃黑体的远红外辐射强度，暖气、人体、炎热路面等所发出的热辐射主要集中在此波段上。

　　1.2　各种Low-E玻璃的透过光谱分析

　　分析图2、图3可知，与普通玻璃相比，镀膜玻璃在近红外波段内的透过相应减少，且从单银到双银再到三银明显减少，从而阻挡热辐射。

尤其是三银Low-E玻璃，具有高的可见光透过率，从而保证了高的采光性，同时具有最低的近红外透过率，从而有效地阻挡了热辐射。

　　2Low-E中空玻璃的传热原理

　　由于离线Low-E玻璃极易氧化，故不会单片使用。

通常Low-E玻璃是由2片或多片玻璃组合而成，每片玻璃间用硅酮胶密封形成中空腔，中空腔内充有干燥的空气或惰性气体。

　　根据能量传递原理，如图4所示，当Low-E中空玻璃两侧有温差时，热量就会从温度高的一侧通过构件传递到温度低的一侧。

其传热可分为两部分，一部分为太阳直接传热SHGC，另一部分为室内外温差引起的传热。

　　室内外温差引起的传热主要包括：

（1）室外环境与构件外表面的辐射与对流;

（2）各层玻璃板内部的热传导;（3）中空腔内气体的导热、对流;（4）中空腔玻璃板之间的辐射;（5）构件内表面与室内环境的辐射与对流。

　　3Low-E中空玻璃的热工性能评价指标

　　根据Low-E中空玻璃的传热原理，引用以下参数来评价Low-E中空玻璃的热工性能。

　　3.1 传热系数

　　所谓传热系数是指在构件两侧温差为1℃时，单位时间、通过构件单位面积所传递的热量叫总传热系数。

目前国内普遍使用美国标准的U值，对于整个门窗系统用Uw来表示，而本文研究的Low-E中w空玻璃用Ug来表示。

　　根据Low-E中空玻璃的传热原理，Ug可用下式g来计算：

　　1/Ug=1/ho+1/hi+Σ1/（hg+hr）+Σ（dm+rm）

（1）

　　其中：

h=4ΣT3/（1/E1+1/E2-1）

（2）

　　式中：

ho、hi─分别是玻璃室外侧、室内侧表面的换热系数;

　　hg─第n间隔层气体的传热系数，普通单中空玻璃n取1，双中空n取2，依次类推;

　　hr─第n间隔层两侧玻璃表面的辐射传热系数，普通单中空玻璃n取1，双中空n取2，依次类推;

　　E1、E2─第n间隔层两侧玻璃表面的辐射率，普通单中空玻璃n取1，双中空n取2，依次类推;

　　dm、rm─分别是第m层玻璃的厚度和热阻;普通单中空玻璃有两块，m取2，双中空m取3，依次类推。

　　综合式

（1）、式

（2）可知影响Low-E中空玻璃U值的因素有以下几点：

　　3.1.1辐射率E

　　图5是以4mmLow-E玻璃+12mm间隔框充90%氩气+4mm白玻的Low-E中空系统的Ug值与辐射率关系的实测图：

从图5可知，在其它条件不变的情况下，辐射率越低，U越低，节能效果越好。

　　3.1.2中空玻璃间隔框的宽度

　　图6是Low-E玻璃的不同间隔框宽度而获得的U值的实际值。

　　从图6可见，随着气体间隔层厚度增加，U值先增加后降低，到16mm处降低至最低后又缓慢上升，而不是无限地低。

这是因为气体间隔层内同时存在传导、对流和辐射三种传热方式。

当间隔层较小时，对流基本不存在，主要由传导引起U值的变化，而当气体间隔层增加到一定的厚度时，对流显现出作用，U值反而升高了。

所以，Low-E中空玻璃并非间隔框越厚越好，其有一个最优的厚度（约16mm）。

　　3.1.3填充气体种类

　　表1给出了4mmLow-E与4mm白玻之间填充不同的氩气含量（或空气）、不同间隔框厚度时U值的变化。

可见，采用低导热系数的惰性气体对降低U值有明显的效果。

　　3.2 遮阳系数Sc

　　遮阳系数Sc是透过玻璃的阳光获取量与相同条件下透过单层3mm无色玻璃的阳光热获取量的比值。

　　按美国标准，假设的夏季条件下，通过3mm白玻的阳光热获取量与阳光辐射量之比为0.87，该数值被称为阳光获取因子“SHGF”。

　　“SHGC”被称为阳光热获取系数，该系数是通过玻璃的阳光热获取量与阳光辐射量的百分比。

所以：

Sc=SHGC/SHGF（3）

　　对低纬度的炎热地区，我们很容易理解，建筑物希望尽可能低的遮阳系数，从而降低制冷费用。

但对于高纬度的寒冷地区，对遮阳系数的要求，并非如人们想象的那样越高越好，以下两图比较了寒冷地区冬季及夏季和全年的能耗与遮阳系数的关系：

　　从图7、图8可以看出，对于寒冷地区的公共区域，冬季的能耗虽然随着遮阳系数的降低而有小幅度升高，但由于夏季的能耗随着遮阳系数的降低大幅度降低，所以对总能耗来说，仍然是遮阳系数越低，能耗越低。

　　3.3　选择系数r

　　Low-E玻璃从单银到双银甚至到三银的发展过程，除了追求更低的传热系数以外，更重要的是为了解决对建筑玻璃的高采光性能与尽可能低的遮阳系数矛盾。

选择系数r就是用来衡量这对矛盾的指标：

　　r=Tvis/Sc（4）

　　式（4）中Tvis表示可见光透过率，Sc表示遮阳系数。

人们总是希望r越大越好。

表2给出了各种镀膜玻璃的选择系数范围:

　　4　结论

　　Low-E玻璃的热工性能通常用传热系数U值、遮阳系数Sc及选择系数r来衡量，这3个值都直接影响了Low-E玻璃的性能。

镀膜技术的发展都是围绕如何优化这3个指标来进行的。