LOW-E玻璃的节能特性及其参数(ai)

低辐射LOW-E镀膜玻璃的节能特性及其参数现代建筑，不论是商厦还是住宅，都趋向于大面积采光。

但是，普通透明玻璃对太阳能辐射和远红外热辐射没有控制，其面积越大，夏季进入室内的热量越多，冬季室内散失的热量越多。

为此，必须对玻璃表面进行处理，于是产生了有节能功能的镀膜玻璃。

早期的镀膜玻璃主要是热反射镀膜玻璃（或称阳光控制膜玻璃），其作用是限制太阳能辐射直接进入室内。

用于建筑幕墙玻璃时，除具有亮丽的外观装饰效果外，还可降低冷气设备的运行费用。

但这种玻璃与普通玻璃一样，会吸收远红外热辐射而使其自身的温度升高，最终仍有相当部分的热能透过了玻璃，其隔热性能也受到了极大的限制。

选用什么材料、采用何种工艺镀膜才能有效地阻挡远红外热辐射呢？研究的结果诞生了低辐射镀膜玻璃（简称Low-E玻璃）。

这种玻璃的最大特点是将远红外热辐射反射出去，使其不能透过玻璃从而起到节能隔热的作用。

因此，目前世界上公认Low-E玻璃是最理想的窗玻璃材料。

Low-E玻璃在国外已有近二十年的使用历史，我国因受到设备和生产工艺技术方面限制，同时也因节能观念的落后而起步较晚。

可喜的是，自南玻集团于1997年推出Low-E玻璃并在全国范围内大力推介后，目前已为众多设计师和用户所认同并采用。

规模化采用Low-E 玻璃时代已到来，这必将对我国的建筑节能材料应用产生影响并作出贡献。

关于镀膜玻璃，包括Low-E玻璃的节能特性，已有许多文章或
专著论述过，在大多数文章或企业的产品介绍中都列出了完整的参数，但理解这些参数须具备一定的专业知识。

对用户来说更关心的是：哪些参数与节能性直接相关？怎样才能区别不同玻璃之间节能性的优劣？如何根据这些参数选择适用的玻璃？本文拟深入浅出地回答这些问题。

二、热能的形式及幕墙玻璃组件的传热
1、自然环境中的热能
自然环境中的热能主要是太阳辐射能，其能量的98%分布0.3至3μm波长之间。

除了太阳直接辐射的能量外，还存在着大量的远红外线热辐射能，其能量分布在3至103μm波长之间。

在室外，这部分热能是由太阳照射到物体上被物体吸收后再辐射出来的，夏季成为来自室外的主要热源之一。

在室内，这部分热能是由暖气、家用电器、被阳光照射后的家具及人体所产生的，冬季成为来自室内的主要热源。

需要说明的是，在通常情况下来自室内、室外的热辐射可同时存在，只不过夏季来自室外的热辐射远大于室内的热辐射，而冬季来自室内的热辐射又远大于室外的热辐射。

因此，选择玻璃时必须考虑建筑物所处的地理环境，以便所选择的玻璃能有效地阻挡来自主要热源的热能。

2、热量的传递过程
照射到玻璃上的太阳辐射能，一部分被玻璃所吸收或反射，另一部分透过玻璃成为直接透过的能量（图1）。

当玻璃吸收太阳能后温度升高，吸收的能量通过与空气对流及向外辐
射远红外线（即热辐射）而散失。

因此，被吸收的能量最终仍有约50%透过了物体，这可归结为对流传导形式的传递。

远红外热辐射也能透过物体或被物体所吸收。

一般工程材料，例如普通平板玻璃，不能透过远红外热辐射，只能反射它或吸收它，反射和吸收能力因材料而不同。

吸收率（=辐射率E）低的物体，则必然反射率高（反射率+吸收率=1），这种物体不易吸收外来的热辐射能量，其隔热性能就好。

辐射率E高的物体吸收的热辐射多，它再次向外辐射出的热多，相当于透过该物体的热量多。

因此，远红外热辐射透过物体的传热，是通过对流传导体现的。

低辐射玻璃正是限制了这
一部分的传热。

通过对两类热源传热过程的分析，可将热量的传递可归结为两种方式：辐射直接透过传热、对流传导传热。

3、窗玻璃传热的定量表达
对流传导所传递的热量为Q1，这其中还包括玻璃吸收各波段的辐射后再放出的热量。

太阳能直接辐射透过的热能为Q2，这部分热能仅指可见光、近红外辐射直接透过的能量。

透过玻璃传递的总热能Q 可由正式表示：
Q=U×（T内-T外) + 太阳辐射系数×Sc （式一）
Q1对流传导部分Q2太阳直接辐射部分
U——玻璃的传热系数，单位为W/m2℃。

在相同的室内外温差下，U 值越低则通过对流传导传递的热能越少。

玻璃的U值与玻璃的辐射率E有关，辐射率E越低U值也越低。

降低U值的两种有效方法是：在玻璃表面上镀低辐射膜，或将窗玻璃合成中空玻璃结构。

Sc——玻璃的遮阳系数，反映玻璃对阳光的遮蔽效果。

Sc高则意味着透过玻璃的太阳能多，反之则少。

控制玻璃Sc的有效方法是：在玻璃表面上镀膜，或在制造玻璃的过程中加入色剂形成着色玻璃。

但着色玻璃属于吸热玻璃，其吸收率偏高因而U值也高，所以它是以增大对流传导传热为代价来降低太阳能直接透过的。

太阳辐射系数——为一常数630 W/m2，可理解为太阳照射到地面的能量强度（注：实际强度为783 W/m2，透过3mm普通白玻璃后为630 W/m2，Sc的定义如此）。

T内-T外——玻璃两侧的温度差，即室内、室外的温度差。

从上式可看出，玻璃节能性的优劣由U和Sc这两个参数就完全可以判定，但实际上考虑到玻璃的透光率，Sc不可能选的太低，否则室内采光极差。

U和Sc是玻璃的重要参数，在产品说明书中一般是给出的。

特殊结构的产品如中空玻璃、夹层玻璃等需个别测量并计算得出。

根据提供的U、Sc值，及设定室内外的温度条件后，可由上式计算出玻璃的传热量，从而比较各种玻璃的节能特性。

三、不同玻璃的传热特性及参数
几种中空玻璃的参数对比
以下列出几种中空玻璃的传热系数U、遮阳系数Sc，随后对比说明各自的传热特性及其优劣。

其它参数暂不论及。

表一、几种玻璃的主要光热参数
1、单片透明玻璃
单片透明玻璃的遮阳系数Sc=0.99，这意味着它对阳光辐射阻挡能力很差，绝大部分的太阳辐射热能透过玻璃进入了室内，夏季白天进入室内的太阳辐射热能远大于玻璃向外辐射散发的热能，因此使室
内温度升高。

单片透明玻璃的传热系数U冬6.17 W/m2℃，若室内外温差为25℃，则因对流传导而透过每平方米玻璃的热能就达154瓦。

冬季夜间和阴雨天气，由于没有阳光辐射，玻璃吸收室内热辐射后向外散热成为主流，因此使室内温度降低。

即使在冬季的阳光天气，虽然阳光辐射的透过率相当高，但由于室内外温差大，对流传导散热仍是主流，室内大量的热辐射会透过玻璃泄向室外。

2、透明中空玻璃（白玻中空）
与单片透明玻璃相比，透明中空玻璃仅改善了对流传导部分的传热，即通过降低U值而使对流传导热Q1减少，但对辐射直接透过和吸收部分没有明显的改善。

由于玻璃表面没有镀膜，故U值的降低也是有限的。

因此，采用中空玻璃的结构来增加隔热性能只能隔绝一部分的传热，其效果是有限的。

需要说明的是，中空玻璃的U值与其空气层的厚度关系密切，且随厚度的变化比较明显。

在空气层小于13mm时，空气层越厚U 值越低，在13mm左右达到最低极限，此后U值随厚度增加。

这是由于由于在13mm以上的厚度下，内部空气会形成闭环对流，增大了热量的传递。

若在中空玻璃中充入Ar气等惰性气体还会更进一步地降低U值。

3、热反射中空玻璃
将热反射镀膜玻璃合成中空玻璃后，不但对太阳直接辐射有所控制，同时也限制了对流传导传热。

这种玻璃结构是一种比较理想的搭
配，基本上可适用于我国的绝大部分地区。

需要说明的是，这种玻璃U值的降低是通过中空玻璃结构实现的，因而也是有限的。

4、Low-E中空玻璃
Low-E玻璃的表面辐射率低E≤0.15、红外线（热辐射）反射率高，这意味着它同室内外空气接触后吸热少、升温低、再放出的热量少，即隔热性能好；仅单片Low-E玻璃的U值就低于热反射玻璃，合成Low-E中空玻璃后这一优势更加突出，因此这是最理想的玻璃结构搭配。

Low-E玻璃的另一特点是透光率较高（33%~72%），而遮阳系数Sc选择范围大（0.25~0.68）。

与热反射玻璃相比，在同样的透光率下Low-E玻璃具有更低的Sc，这解决了热反射玻璃所遇到的矛盾，即在保证室内高透光的前提下不损失隔热性（见表-1）。

冬季，Low-E玻璃可有效地阻止室内暖气和人体发出的热辐射泄向室外，夏季，Low-E玻璃可有效地阻挡室外道路及建筑物发出的热辐射进入室内。

Low-E玻璃的这种阻挡热辐射透过的作用不受季节限制，因而，Low-E玻璃是一种良好的隔热材料。

7、传热量对比
在以下条件下对上述几种玻璃的传热量（按式-1）进行计算，计算结果列入表-2中：夏季白天室外35℃、室内20℃，冬季夜晚室外—10℃、室内温度15℃。

表-2 透过玻璃传递的热能（功率）
从表中数据可以看出，在夏季白天，采用Low-E中空玻璃比采用同样透光率的热反射中空玻璃，可使透过每平方米玻璃进入室内的热能减少373W。

而在冬季则可使透过每平方米玻璃泄出室内的热能少29W。

若整个建筑物朝阳采光窗为1000m2，全天太阳的平均照射功率为最大功率的1/3，每天开机8小时，夏季开机3个月，则一个夏季可节省74600度电（未考虑电致冷转换率），节能效率达30%以上。

冬季也可用同样方法估算出节能量。

与其它玻璃的比较可按同样的计算方式得出。

由此可见Low-E 玻璃优良的节能特性。