玻璃的節(jié)能特性及節(jié)能玻璃

玻璃作為透明材料被廣泛應(yīng)用于建筑、交通運輸、船舶、航空、制冷等行業(yè)，它不僅是良好的透明材料也是一種良好的熱導(dǎo)性材料。不管玻璃被應(yīng)用于哪個領(lǐng)域，通過玻璃進行熱傳導(dǎo)都會發(fā)生，而透過玻璃的熱傳導(dǎo)大部分是能量損失。例如在建筑上使用的普通平板玻璃所發(fā)生的能量損失所占的比例很大，據(jù)資料介紹普通玻璃應(yīng)用于建筑上，有1/3能量是通過玻璃的傳導(dǎo)而損失的。目前在世界性能源緊張的今天節(jié)能已成為一種趨勢，減少通過玻璃的能量損失越來越被建筑師和建筑使用者所重視，幾乎所有的建筑師都希望能透過某種途徑盡量減少建筑上的損失，以使建筑物的能耗盡量少。減少透過玻璃的能量損失已被提到議事日程。其實節(jié)能玻璃在較近幾年已獲得了長足的發(fā)展，只是人們對玻璃的認識還不十分一體，因此掌握玻璃的節(jié)能特性對正確選用玻璃品種至關(guān)重要。

  1  玻璃節(jié)能評價的主要參數(shù)
   自然界中熱量的傳遞通常有三種形式：對流、輻射和傳導(dǎo)。由于玻璃是透明材料，通過玻璃的傳熱除上述三種形式外還有太陽能量以光輻射形式的直接透過。衡量通過玻璃進行能量傳播的參數(shù)有熱傳導(dǎo)率及K值（在美國稱為U值）、太陽能透過率、遮蔽系數(shù)、相對熱增益等。

  1.1 K值
  K值表示的是在一定條件下熱量通過玻璃在單位面積（通常是1m2）、單位溫差（通常指室內(nèi)溫度與室外溫度之差一般10C或1K）、單位時間內(nèi)所傳遞焦耳數(shù)。K值的單位通常是W/m2K。K值是玻璃的傳導(dǎo)熱、對流熱和輻射熱的函數(shù)，它是這三種熱傳方式的綜合體現(xiàn)。玻璃的K值越大，它的隔熱能力就越差，通過玻璃的能量損失就越多

  1.2 太陽能參數(shù)
   透過玻璃傳遞的太陽能其實有兩部分，一是太陽光直接透過玻璃而通過的能量；二是太陽光在通過玻璃時一部分能量被玻璃吸收轉(zhuǎn)化為熱能，該熱能中的一部分又進入室內(nèi)。通常有三個概念來定義：

  （1）太陽光透射率

   太陽光以正常入射角透過玻璃的能量占整個太陽光入射能的百分數(shù)；

  （2）太陽能總的透過率

   太陽光直接透過玻璃進入室內(nèi)的能量與太陽光被玻璃吸收轉(zhuǎn)化為熱能后二次進入室內(nèi)的能量之和占整個太陽光入射能的百分數(shù)。

  （3）太陽能反射率

   太陽光被所有表面（單層玻璃有兩個表面，中空玻璃有四個表面）反射后的能量占入射能的百分數(shù)。

  1.3  遮蔽系數(shù)
   遮蔽系數(shù)是相對于3mm無色透明玻璃而定義的，它是以3mm無色透明玻璃的總太陽能透過率視為1時（3mm無色透明玻璃的總太陽能透過率是0.87）其他玻璃與其形成的相對值，即玻璃的總太陽能透過率除以0.87。

  1.4   相對熱增益
   用于反映玻璃綜合節(jié)能的指標(biāo)，它是指在一定條件下即室內(nèi)外溫度差為15OC時透過單位面積（3mm透明，1m2）玻璃在地球緯度30O處海平面，直接從太陽接受的熱輻射與通過玻璃傳入室內(nèi)的熱量之和。也就是室內(nèi)外溫差在15OC時的透過玻璃的傳熱加上地球緯度為30O時太陽的輻射熱630W/m2與遮蔽系數(shù)的積。相對熱增益越大，說明在夏季外界進入室內(nèi)的熱量越多，玻璃的節(jié)能效果越差。對于玻璃真實的熱增益是由建筑所處的地球緯度、季節(jié)、玻璃與太陽光所形成的夾角以及玻璃的性能共同決定的。影響熱增益的主要因素是玻璃對太陽能的控制能力即遮蔽系數(shù)和玻璃的隔熱能力。

   相對熱增益特別適合于衡量低緯度且日照時間較長地區(qū)向陽面玻璃的使用情況，因為該指標(biāo)是在室外溫度高于室內(nèi)溫度時室外熱流流向室內(nèi)且太陽能也同時進入室內(nèi)的情況下而給定的。
   對于不存在太陽能輻射部位使用玻璃時，反映玻璃保溫能力的指標(biāo)只有K值。
  2  節(jié)能玻璃的主要品種
   隨著技術(shù)的不斷進步玻璃品種越來越多，目前主要以節(jié)能為目的的品種有吸熱玻璃、鍍膜玻璃、中空玻璃、真空玻璃等。

  2.1吸熱玻璃
   吸熱玻璃是在玻璃本體內(nèi)摻入金屬離子使其對太陽能有選擇地吸收同時呈現(xiàn)不同的顏色，吸熱玻璃的節(jié)能是通過太陽光透過玻璃時將光能轉(zhuǎn)化為熱能而被玻璃吸收，熱能以對流和輻射的形式散發(fā)出去從而減少太陽能進入室內(nèi)。

  2.2鍍膜玻璃
   鍍膜玻璃在建筑上的應(yīng)用主要有兩種，即熱反射玻璃（也稱太陽能控制玻璃）、低輻射玻璃。

   熱反射玻璃是在玻璃表面鍍上金屬、非金屬及其氧化物薄膜使其具有一定的反射效果，能將太陽能反射回大氣中而達到阻擋太陽能進入室內(nèi)使太陽能不在室內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱能的目的。太陽能進入室內(nèi)的量越少，空調(diào)負荷也就越少；熱反射玻璃的反射率越高說明其對太陽能的控制越強，但是玻璃的可見光透過率會隨著反射率的升高而降低，影響采光效果，太高的玻璃反射率也可能出現(xiàn)光污染問題。

   普通平板玻璃的輻射率較高，通常為0.84。低輻射玻璃是通過在玻璃表面涂敷低輻射涂層使表面的輻射率低于普通玻璃從而減少熱量的損失來達到降低采暖費用實現(xiàn)節(jié)能目的。衡量低輻射玻璃節(jié)能效果的重要指標(biāo)是輻射率。輻射率越低通過玻璃表面發(fā)生的輻射損失越少，玻璃的節(jié)能效果越好。

  2.3中空玻璃
   中空玻璃由于在兩片玻璃之間形成了一定的厚度并被限制了流動的空氣或其他氣體層從而減少了玻璃的對流和傳導(dǎo)傳熱，因此它具有了較好的隔熱能力。例如由兩片5mm普通玻璃和中間層厚度為10mm的空氣層組成的中空玻璃，在熱流垂直于玻璃進行熱傳遞時對流傳熱，傳導(dǎo)傳熱、輻射傳熱各約占總傳熱的2%、38%、60%，同時中空玻璃的單片還可以采用鍍膜玻璃和其他節(jié)能玻璃，能將這些玻璃的優(yōu)點都集中于中空玻璃上，也就是說中空玻璃還可以集本身和鍍膜玻璃的優(yōu)點于一身，從而發(fā)揮更好的節(jié)能作用。如用一層5mm厚、表面輻射率0.2的低輻射玻璃和一層厚度為5mm的普通玻璃組成的空氣層為9mm的中空玻璃其K值月約為2.1W/m2K。如果使用輻射率為0.08的低輻射玻璃并且將空氣層中的空氣用氬氣置換空氣層的厚度選擇12mm，其K值可以達到1.4W/m2K。如果在中空玻璃的外片選擇熱反射玻璃他還具有控制太陽能的作用。

  2.4真空玻璃
   真空玻璃是目前節(jié)能效果較好的玻璃，真空玻璃是在密封的兩片玻璃之間形成真空從而使玻璃與玻璃之間的傳導(dǎo)熱接近于零，同時真空玻璃的單片一般至少有一片是低輻射玻璃。低輻射玻璃可以減少輻射傳熱，這樣通過真空玻璃的傳熱其對流、輻射和傳導(dǎo)都很少，節(jié)能效果非常好，但目前國內(nèi)尚未形成生產(chǎn)能力。