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解讀:在線Low-e玻璃應用技術要點

來源:北京中新方建筑科技研究中心 上海耀皮玻璃集團股份有限公司  作者:劉忠偉 戚煒奕  日期:2017-2-10
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  中空Low-e玻璃以其優良的光、熱性能被廣泛地應用于建筑門窗和玻璃幕墻工程。通常所用的Low-e玻璃都是離線工藝生產的,即將玻璃板表面清洗干凈,采用真空磁控濺射設備,在玻璃板表面鍍一層銀膜及多層功能膜,對玻璃光、熱性能起主要作用的是這層銀膜。

  一、前言

  中空low-e玻璃以其優良的光、熱性能被廣泛地應用于建筑門窗玻璃幕墻工程。通常所用的Low-e玻璃都是離線工藝生產的,即將玻璃板表面清洗干凈,采用真空磁控濺射設備,在玻璃板表面鍍一層銀膜及多層功能膜,對玻璃光、熱性能起主要作用的是這層銀膜。鍍一層銀膜的稱為單銀Low-e,鍍兩層銀膜的稱為雙銀Low-e,鍍三層銀膜的稱為三銀Low-e。由于是采用真空磁控濺射工藝和設備在玻璃板上鍍Low-e膜,膜層與玻璃板表面之間是分子鍵,膜層與玻璃表面之間的牢固度較低,膜層本身較“軟”,易劃傷、磨傷,銀膜長時間暴露在空氣中還易氧化、變性,因此離線Low-e玻璃膜也俗稱“軟膜”。通常要將Low-e玻璃制作成中空玻璃,且Low-e膜位于中空玻璃空氣腔中,以保護Low-e膜不被劃傷、磨傷和氧化,即離線Low-e玻璃不能裸用。

  在線Low-e玻璃是在浮法玻璃生產線上,在生產浮法玻璃的過程中,采用化學氣相沉積方法,在玻璃板表面鍍一層半導體氧化物膜,該膜層與離線Low-e膜具有相似的優良光、熱性能,稱為在線Low-e玻璃。在線low-e膜層與玻璃板表面之間是化學鍵,膜層與玻璃表面之間的牢固度較高,膜層本身非常“硬”,不易劃傷、磨傷,膜層長時間暴露在空氣中也沒有氧化、變性問題,因此在線Low-e玻璃膜也俗稱“硬膜”。在線Low-e玻璃可單獨使用,即在線Low-e玻璃能裸用。

  二、Low-e玻璃節能機理

  Low-e是英文Low emission 的縮寫,其中文意思為低輻射,Low-e 玻璃即為低輻射玻璃。任何物體,在絕對溫度0K以上,均向外輻射電磁波,也吸收電磁波,波段范圍通常為5—50 ,即通常所說的環境熱量。一般情況下,物體的輻射能力等于吸收能力。物體輻射服從斯蒂芬—波爾茲曼定律:

  式中:E——物體的輻射能流密度;T—物體的絕對溫度;C—物體的輻射系數,也等于吸收系數。

  黑體的吸收系數Cb最大,即輻射系數Cb最大,Cb為5.68,其他物體稱為灰體,其輻射系數C均小于Cb。物體的輻射系數C與黑體輻射系數Cb的比值稱為該物體的輻射率 ,顯然物體的輻射率是小于1的常熟。輻射率較小的材料稱為低輻射材料。國家標準規定,離線Low-e玻璃膜的輻射率應不大于0.15;在線Low-e玻璃膜的輻射率應不大于0.25,即離線Low-e玻璃對環境熱量的輻射能力更低。

  太陽光譜和環境熱量波譜見圖1。在太陽光譜中,能量主要集中在0.30—2.5區間,其中0.30—0.384是紫外線,0.38—0.78可見光(詞條“可見光”由行業大百科提供),0.78—2.5是近紅外線。環境熱量分布在2.5—40之間,在太陽光譜中,沒有遠紅外線,即沒有環境熱量。

圖1 太陽光譜和環境熱量波譜

  平板玻璃的光譜見圖2。由圖2可見,在太陽光譜范圍內,平板玻璃透射率非常高,即對于太陽光,平板玻璃幾乎是完全透明的,因此平板玻璃的遮陽系數很大,遮陽性能較差。在環境熱量波譜范圍內,平板玻璃是完全不透明的,即透射率是零,所以平板玻璃具有保溫性能,可以作為建筑外維護材料使用。但平板玻璃的保溫性能較差,傳熱系數較大,其原因是在環境熱量波譜范圍內,平板玻璃的吸收率非常高,反射率較低,當平板玻璃兩側存在溫差時,平板玻璃吸收高溫一側的熱量而自身溫度提高,并將熱量傳遞的低溫一側,這就是平板玻璃保溫性能差的機理。

圖2 平板玻璃的光譜

  Low-e玻璃的光譜見圖3。由圖3可見,Low-e玻璃在可見光范圍內透射率仍然較高,但比平板玻璃已有所降低。在太陽光譜中的近紅外線范圍內,Low-e玻璃的透射率下降較多,即Low-e玻璃的遮陽性能較好,遮陽系數較低。在環境熱量范圍內,Low-e玻璃的吸收率較低,反射率較高,當Low-e玻璃兩側存在溫差時,Low-e玻璃將高溫一側的熱量反射回高溫一側,只將較少一部分熱量傳遞到低溫一側,這就是Low-e玻璃保溫性能好的機理。

圖3 Low-e玻璃光譜

  三、單片在線Low-e玻璃應用

  既然在線Low-e玻璃膜層較“硬”,即可以單片使用。使用中應將Low-e膜面設置在室內側,見圖4。這樣做不僅保留了在線Low-e玻璃較好的遮陽性能,也使其保溫性能達到最佳,即傳熱系數較低。降低在線Low-e玻璃傳熱系數的機理是:玻璃內換熱系數為:

圖4 單片在線Low-e玻璃

  式中:——室內表面換熱系數; ——室內表面對流換熱系數,通常取3.6;

  ——室內表面輻射換熱(詞條“輻射換熱”由行業大百科提供)系數; ——室內表面輻射率。

  對于普通玻璃,其表面輻射率為0.837,計算得普通玻璃內表面換熱系數為8 。如果玻璃內側有在線Low-e膜,例如取其輻射率為0.1,則玻璃室內表面換熱系數降至4.1,普通單片玻璃傳熱系數一般為5.6——6.0 ,單片在線Low-e玻璃的傳熱系數可降至3.4——3.7 ,節能效果極為明顯。

  夏熱冬暖地區建筑節能主要著眼點是玻璃的遮陽系數,對玻璃的傳熱系數要求不高,在許多情況下傳熱系數要求在3.5—4.7 ,采用單片在線low-e玻璃即可滿足對玻璃遮陽系數和傳熱系數的要求。

  夾層在線low-e玻璃應用的技術與單片在線low-e玻璃相同,low-e膜也應設置在室內側,這樣設置玻璃的熱工性能表現最佳。如果low-e膜設置于夾膠層中,low-e膜對玻璃傳熱系數的貢獻降低至零,同時還可能產生PVB膠片與low-e膜不相容問題,造成夾層在線low-e玻璃在使用中PVB膠片開裂、失效。

  四、中空在線low-e玻璃

  中空玻璃周邊密封性能至關重要,如果密封性能不好,環境空氣就會進入中空玻璃空腔,空氣中的水蒸氣也隨之進入中空玻璃空腔中。當空腔中水蒸氣濃度達到一定程度,中空玻璃就會出現內結露現象,中空玻璃隨之失效。環境空氣進入中空玻璃空腔的同時,空氣中的氧氣也隨之進入空腔,當空腔中氧氣濃度達到一定程度,離線low-e膜將發生氧化、變性,中空離線low-e玻璃失效。相對比較,中空離線low-e玻璃low-e膜氧化比內結露更敏感,更易發生,且low-e膜氧化不可逆轉。中空玻璃周邊密封是相對的,氣體有滲透是絕對的。當空氣滲透(詞條“空氣滲透”由行業大百科提供)量較少,中空玻璃尚未達到內結露,但可能造成離線low-e膜的氧化。如果采用在線low-e玻璃構成中空low-e玻璃,由于在線low-e膜沒有氧化問題,因此采用在線low-e玻璃構成中空玻璃,可彌補中空玻璃密封性能欠佳的問題。對于尚未達到內結露,但有少量空氣滲透,采用離線low-e玻璃low-e膜可能會氧化、失效,但采用在線low-e玻璃則可保持該中空玻璃仍能正常使用。

  五、超級節能中空玻璃

  國家對建筑節能要求越來越高,對材料熱工性能要求越來越嚴,如北京地區自2014年起,居住建筑外的傳熱系數限值為1.5—2.0 。由于窗框的傳熱系數普遍大于或遠大于2.0,因此要求玻璃的傳熱系數應盡可能的低,以保證整窗傳熱系數達到2.0以下。

  常用的6+12A+6low-e(離線)中空玻璃的傳熱系數大約為1.8,無法滿足整窗傳熱系數達到2.0以下要求。如果組成中空玻璃的兩片玻璃都采用離線low-e玻璃。其傳熱系數僅降低0.1 ,即為1.7 ,其原因是離線low-e膜只能位于中空玻璃空腔中,兩片low-e膜作用重復,作用沒有充分發揮。如果組成中空玻璃的外片采用離線low-e玻璃,內片采用在線low-e玻璃,內片玻璃的low-e膜設置于室內側,見圖5。

圖5 超級節能中空玻璃

  該中空玻璃兩片low-e膜各自充分發揮作用,則6low-e(離線)+12A+6low-e(在線)中空玻璃的傳熱系數可低至1.4 ,其優良的熱工性能在許多對玻璃幕墻和建筑外窗要求高的建筑都可滿足要求,避免采用三玻兩腔中空low-e玻璃,因為三玻兩腔中空low-e玻璃產品成本高,且自重大,應用成本也高。鑒于由一片離線low-e玻璃和一片在線low-e玻璃組成的中空玻璃熱工性能特別優異,因此將其命名為超級節能中空玻璃,以有別于一般中空low-e玻璃。我們相信,隨著超級節能中空玻璃認知度的不斷提高,其市場應用量會越來越大,其社會效益也會越來越受到行業褒獎。

  六、結束語

  政策和法規是市場需求的風向標,市場需求是技術創新的原動力,隨著國家不斷提高建筑節能的要求,超級節能玻璃及其系列產品將會得到不斷的開發和應用。

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專家介紹

 劉忠偉

鋁門窗幕墻委員會專家組

工作單位:北京中新方建筑科技研究中心

技術職稱:教授級高級工程師,工學博士

專業:1.建筑幕墻設計與計算。 2.建筑幕墻應用技術咨詢;《建筑玻璃應用技術規程》JGJ113主編。

專長:建筑玻璃應用科學與技術、建筑物理、建筑節能、建筑幕墻、門窗等專業的設計與研究。

原文地址:http://www.52mqw.com/info/2017-2-10/42508-1.htm
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