怎樣選擇建筑節(jié)能用玻璃材料

摘要：分析了鍍膜玻璃、中空玻璃和帶薄膜型熱反射材料玻璃的熱工特性，提出建筑節(jié)能  設計中玻璃材料應用的基本原則以及節(jié)能設計措施。
    關鍵詞：建筑節(jié)能  玻璃材料  熱工特性
l 、引  言
    采用大面積玻璃門窗(幕墻)是現(xiàn)代建筑的一種潮流，從80年代以來，我國玻璃幕墻以每年幾百萬平方米的驚人速度發(fā)展。盡管每年都有關于玻璃幕墻工程的大小事故，然而它所具有的豪華、挺拔、超群的外觀以及不同玻璃色彩所呈現(xiàn)優(yōu)異彩繽紛的藝術效果，是其它外墻、門窗材料無法比擬的，因而吸引了許多建筑業(yè)主和建筑師。
    玻璃材料的透光系數(shù)、太陽直射透射率、相對得熱以及傳熱系數(shù)等指標，對建筑的室內(nèi)熱環(huán)境和采暖空調(diào)能耗影響很大，因此，在建筑設計上如何利用玻璃材料，了解其技術特性，做到減少能耗，是建筑師和采暖空調(diào)工程師急待注意的問題。本文就目前采用的主要節(jié)能玻璃材料的技術指標，在建筑應用中的熱工特性進行分析，提出建筑采光、節(jié)能如何選用玻璃材料的技術要點以及在建筑設計上應注意的問題。
2、幾種節(jié)能玻璃材料特性
    目前采用的幾種節(jié)能玻璃材料主要有鍍膜玻璃、中空玻璃和帶薄膜型熱反射材料玻璃。一般建筑門窗占建筑能耗40％以上，因此如何正確選用這幾種材料具有重要意義。鍍膜玻璃主要有太陽能熱反射玻璃、低輻射玻璃和多功能鍍膜玻璃。
2．1  太陽能熱反射玻璃
    太陽能熱反射玻璃又稱陽光控制玻璃。其非常大特點是利用鍍膜能透過可見光而把起加熱作用的遠紅外光反射到室外，同時玻璃材料吸收的太陽熱能被鍍膜所隔離，使熱主要散發(fā)到室外一側，盡可能地減少太陽的熱作用，使室內(nèi)熱環(huán)境得到控制，同時減少眩光和色散，降低室內(nèi)空調(diào)負荷和減少設備投入資金，從而達到節(jié)約空調(diào)費用的目的o這種熱反射玻璃的隔熱反射性能通常用陽光系數(shù)(或遮陽系數(shù))表示，陽光系數(shù)越低，鍍膜的性能也越好。設計人員可根據(jù)不同功能的建筑來選用不同性能的鍍膜來調(diào)節(jié)室內(nèi)光線和控制輻射熱。圖1為鍍膜玻璃熱特性原理圖。太陽能熱反射玻璃的主要技術指標見表1。
2．2  低輻射玻璃和多功能鍍膜玻璃
    低輻射玻璃(1LE)、多功能鍍膜玻璃(1MF)又稱保溫鍍膜玻璃，這類材料具有非常大的日光透射率和較小的反射系數(shù)，可讓80％的可見光進入室內(nèi)被物體所吸收，同時又能將90％以上的室內(nèi)物體所輻射的長波保留在室內(nèi)。ILE和IkF大大提高了能量的利用率，在寒冷地區(qū)能有選擇地傳輸太陽能量，同時把大部分的熱輻射反射進室內(nèi)，因此，在采暖建筑中可起到保溫和節(jié)能的作用。IMF與ILE相比，在熱傳輸控制方面作用相同，但在減少熱進入方面IPL伊性能更為優(yōu)越c另外，低輻射玻璃和多功能鍍膜玻璃對不同頻譜的太陽光透過具有選擇性，它能濾掉紫外線，避免室內(nèi)家俱、圖片、藝術品等因紫外線照射而褪色，還能吸收部分可見光，可起到防眩光的作用，因此，廣泛用于美術館以及科學實驗樓等c低輻射玻璃的保溫作用見圖2。技術指標見表2。

2．3  中空玻璃
    中空玻璃是由2片(或3片)玻璃與空氣層組合而成。有些中空玻璃空氣間層為真空或充惰性氣體，因此具有優(yōu)良  的保溫隔熱與隔聲特性，在國外建筑中大量應用。如德國生  產(chǎn)的真空中空玻璃總厚度僅6mm，傳熱系數(shù)僅為1．512W／  (m2，K)，這樣，大大減少了室內(nèi)外通過門窗的熱交換，降低  了建筑采暖空調(diào)能耗，限制了表面的冷凝現(xiàn)象，給人們的工  作、生活提供了舒適的室內(nèi)環(huán)境。
    用不同的鍍膜玻璃或普通透明玻璃的多種組合，能形成  具有特殊性能的中空玻璃，產(chǎn)生出優(yōu)良的隔熱隔音和藝術效  果，尤其在大型公共建筑門窗、采光天棚中應用廣泛。中空玻  璃的熱特性原理見圖3，性能見表3、表4。
  2．4  薄膜型熱反射材料貼膜玻璃
    薄膜型熱反射材料是一種新型功能復合材料，它不僅能反射較寬頻帶的紅外線，還具有較高的可見光透射率，其光譜特性曲線見圖40由于在透明的PET、PC薄膜上形成晶態(tài)組分和界面組分的金屬膜，因而它具有高反射率、高透射率和選擇性透光特性。例如可見光透射率高達70％以上，而對太陽光全光譜不同波長反射率在75％以上，在3mm厚普通玻璃上貼一層隔熱膜片后，太陽熱輻射透過減少82．5％，在建筑上有較為廣泛的應用前景，是一種良好的節(jié)能材料。
3、建筑門窗和幕墻玻璃的節(jié)能設計
    門窗往往是建筑圍護結構中保溫、隔熱和節(jié)能的薄弱環(huán)節(jié)。提高建筑玻璃材料的熱工性能，目的是控制窗或幕墻表面溫度冬季過低、夏季過高，節(jié)省采暖或致冷能耗。從國內(nèi)外玻璃材料圍護結構的節(jié)能設計來看，通常主要采用以下幾種方法：
    (1)根據(jù)建筑的性質(zhì)、使用功能以及建筑所處的氣候環(huán)境條件來設計窗、幕墻，對建筑的窗墻比應有一定的控制，因為窗戶面積率直接影響建筑的采光及采暖空調(diào)的能耗，一般窗墻比應控制在O．3左右。
    尤其在嚴寒地區(qū)和炎熱地區(qū)，在設計大面積用玻璃門窗和幕墻時，要選擇采光、隔聲、熱工性能良好的新型玻璃材料。根據(jù)不同地區(qū)選擇不同的熱反射玻璃、Low—E復層玻璃(中空玻璃)以及保溫玻璃等材料。
    (2)根據(jù)建筑日照設計原理，合理設計窗戶挑糖或遮陽措施，減小玻璃面的日照面積，降低夏季空調(diào)能耗。在進行遮陽設計時要考慮各個地區(qū)氣候特點，對于冬冷夏熱地區(qū)冬季需要日照，夏季需要遮陽，應采用活動式遮陽措施。在設計遮陽構造時要結合玻璃門窗、幕墻建筑的整體藝術效果，材料與顏色進行考慮，而且形式要簡單，美觀，便于清洗，安裝。    (3)在寒冷地區(qū)采用大面積玻璃門窗和幕墻時應采取保溫措施，防止“熱橋”產(chǎn)生，由于門窗和幕墻框大多為金屬材料，金屬和玻璃材料導熱系數(shù)大，當室內(nèi)外溫差大時，應注意在門窗、幕墻框架格內(nèi)加熱絕緣材料進行保溫，以防止結露、掛霜，以減少能耗。加在幕墻豎框室內(nèi)外均用熱絕緣橡膠密封條分隔，形成“熱斷橋”后，幕墻不產(chǎn)生結露現(xiàn)象，而且視野清晰。
    (4)注意視覺和冷凝現(xiàn)象。當采用保溫材料后，如防火材料或保溫隔熱材料接觸熱反射玻璃的背面，或在熱反射玻璃背后使用顏色不均勻的襯熱材料時，在某種光照狀態(tài)下，可能會產(chǎn)生視覺“穿透”現(xiàn)象，看到后面的物體。此外，如果在這些材料與玻璃間有潮氣或冷凝水積聚，也會使玻璃和保溫材料逐漸腐蝕，形成影響外觀的斑點。如圖5所示，采用遮擋結構，制造一個與視覺中空玻璃類似的遮擋中空玻璃，清理視覺穿透現(xiàn)象，又保證了玻璃圍護結構的熱工特性。
    (5)玻璃窗(幕墻)還應滿足美觀，經(jīng)濟，耐久，維修，便于清洗的要求。合理選擇材料和構造形式，充分考慮使用的靈活性和非常大限度地減少能耗，因此，對立面分格大小，方向以及玻璃，框格顏色等均要滿足適用、經(jīng)濟、美觀的要求，使建筑呈現(xiàn)出多姿多彩和富麗堂皇的藝術效果o
 4、結  語
    玻璃材料在建筑設計中具有重要的作用，除了滿足建筑結構設計如強度，剛度，風壓，抗震和溫度變形等要求外，在節(jié)能設計時應滿足節(jié)能圍護結構功能要求，要求建筑師能根據(jù)建筑的使用功能以及我國不同地區(qū)的氣候特點，正確選用各種節(jié)能玻璃材料，創(chuàng)造出新型建筑節(jié)能技術和設計方法。