低辐射建筑节能玻璃研究进展

低辐射建筑节能玻璃研究进展

*张 波1,2,张建新1,2,蔡 伟1

(1.哈尔滨工业大学材料物理与化学系,黑龙江 哈尔滨 150001;

2.山东大学材料学院信息功能材料系,山东 济南 250061)

摘要:低辐射玻璃由于其较低的红外辐射率而具有优异的节能效果,被誉为21世纪的节能环保

玻璃。主要阐述了低辐射节能玻璃开发意义、节能原理、分类及相应的生产工艺。结合国内外研

究现状,对不同低辐射玻璃的节能效果与特性进行对比,提出今后低辐射玻璃的发展应用方向。

关键词:玻璃;功能膜;镀膜工艺

中图分类号:TQ171.72+

1 文献标识码:A 文章编号:1000-2871(2008)06-0034-07Develop m ent of Low -E Energy -Saving G lass

ZHA NG Bo 1,2,Z HANG J ian -x in 1,2,CAI W ei 1

(1.D epart m ent o fM ater i a ls Phy si cs and Chem istry ,H arb i n Instit ute o f T echno l ogy ,H arbi n 150001,Ch i na ;

2.Depart m ent of Informa ti on Functiona lM ateria l s ,Shandong U nivers it y ,Jinan 250061,Ch i na)

Abstract :Lo w -e m issiv ity g lass w as praised as energy -saving glass i n 21cen t u ry due to its l o w

infrared e m ission and benefit to envir on m enta l protecti o n .The m ean i n g ,pr i n ci p le ,classificati o n and

m anufacturi n g tec hno l o gy of Lo w -E g lass w ere rev i e w ed .Co m parison analyses of energy -sav i n g

effect and characteristics a m ongst vari o us Lo w -E g lasses w as w orked out through a sur vey o f t h e

research and develop m en t status a t ho m e and abroad and fi n ally the proper w ay o f develop i n g Low -E

g lass w as pr oposed .

Key w ords :g lass ;functiona lm e mbranes ;coati n g techno logy

0 引言

现代建筑中,大面积的采光玻璃应用十分广泛,人们对建筑玻璃的要求越来越高,但建筑用普通玻璃的传热系数比砖体结构墙壁要高很多,从而导致建筑物的热量损耗增加。据统计,各项建筑能源消耗占总能耗的三分之一左右,而在建筑能耗中,高达50%以上又是由门窗玻璃散失的

[1]。在中国430亿m 2的建筑中,99%属于高能耗建筑,即使是新建筑,也有95%以上仍是高能耗建筑[2]。因此,如何正确选择设计建筑玻

璃,使其能耗降低到最小,满足国家5公共建筑节能标准6的规定,符合国家节能减排的要求,是当前能源危机条件下首要解决的问题之一。

研究表明,热量损失的途径有传导、对流和辐射,对于普通玻璃而言,如果窗体设计合理,其吸收红外波段的光释放出波长更长的远红外线为主要的热量损失方式,传导和对流造成的热量损失较小。目前已应用 第36卷第6期

2008年12月玻璃与搪瓷GLASS &E NAM EL Vo.l 36No .6Dec .2008*收稿日期:2008-04-30

到生产、生活中的中空玻璃、真空玻璃可以有效阻止热量的传导和对流,有一定的节能保温作用,如普通的中空玻璃辐射传热占其总热量的60%[3],保温性能不理想。而低辐射玻璃(Lo w -E 玻璃)具有较大的日光透过率和很小的红外反射系数,可让80%可见光通过玻璃进入室内,又能将90%以上的太阳光中或室内物体辐射的红外线反射掉,有效阻止热量通过玻璃散失,节能效果达75%以上,并且不影响玻璃的采光性能、无光污染。低辐射玻璃以其优异的节能环保性能而被誉为21世纪最理想的建筑玻璃材料。

1 低辐射玻璃的节能原理

太阳辐射到达地球表面的能量97%集中在0.3~2.5L m 的波长范围内,其中0.3~0.38L m 为紫外线,其辐射能量约占太阳总辐射能量的13%;0.38~0.78L m 为可见光,其辐射能量约占太阳总辐射能量的43%;0.78~2.5L m 为近红外线,其辐射能量约占太阳总辐射能量的41%。当不透明的物体被太阳光照射后,物体吸收太阳能量而被加热,同时物体以红外长波形式把吸收的太阳能量向体外辐射,因此,太阳光和物体吸收阳光辐射出能量集中在红外区域。根据电磁辐射维恩位移定律,当室温为T 时,

K m ax =2989/T

100e 以下的物体辐射能量主要在2.5~50L m 波长范围内,为远红外线。在夏季,低辐射玻璃可以使大部分的可见光通过,把太阳光中和周围建筑吸收太阳能所产生的红外线阻挡在外,从而大大降低室内空调的负荷;在冬季,低辐射玻璃可以强烈反射室内取暖设施、室内物体以及人体发出的红外辐射,阻止热量向外界散失。这样,低辐射玻璃可以双向调节室内温度趋于稳定,同时极大降低空调负荷。数据表明,建筑物使用普通中空玻璃比单层玻璃节能50%左右,而使用低辐射中空玻璃比普通玻璃节能75%左右。随着国家节能减排和环保的力度加大,人们越来越关心燃烧所产生的污染问题,特别是我国煤炭消耗占能源总量的75%,建

筑采暖所用能耗占全国商品能耗的10%左右[4]。

2 低辐射玻璃的分类

低辐射玻璃按成膜性质可分为硬涂层低辐射玻璃和软涂层低辐射玻璃。硬涂层低辐射玻璃也称高温热解低辐射玻璃,它是通过高温化学反应分解金属卤化物或有机金属化合物而在玻璃表面上镀制一定厚度的金属氧化物半导体膜,膜层同玻璃基体结合牢固,其各项物理、化学、机械性能基本接近甚至超过玻璃基体;软涂层低辐射玻璃是利用真空或磁控溅射的方法在玻璃上镀制多层金属和金属氧化物膜层,其膜层抗氧化强度较低,耐磨损和耐腐蚀性能较差[5]。

低辐射玻璃按生产工艺可分为在线低辐射玻璃和离线低辐射玻璃。在线低辐射玻璃是在浮法玻璃生产线上利用高温热解法生产镀膜玻璃,属于硬涂层玻璃。在线低辐射玻璃膜层是在高温下沉积的,膜层较硬,牢固度好,耐磨性好,能像普通玻璃一样储存、处理和切割,可钢化和弯曲,既可暴露在环境中单片使用,也可做成中空、夹层玻璃使用。离线低辐射玻璃是玻璃下线以后,用磁控溅射、真空蒸镀等方法在玻璃表面镀制低辐射膜,离线镀制的膜层为软涂层,耐磨性和牢固度不够,储存期比较短,防湿方面也不理想,不可暴露在空气中单片使用,必须加工成中空夹层等复合产品才能使用。离线膜不可进行热处理,否则会损坏金属层。但离线膜的光学性能和隔热性能比较好,并且各项技术指标可以通过制备条件的变化而改变。

低辐射玻璃膜层主要体系有银膜体系,包括单银和双银膜系。SnO 2基薄膜、掺锑的SnO 2薄膜简称为ATO;掺氟的SnO 2薄膜简称为FTO;I n 2O 3薄膜简称I TO;ZnO 基的薄膜,其中掺铝的ZnO 薄膜简称Z AO,目前最好为ZnO 系薄膜。

3 低辐射玻璃研究现状

在线镀膜技术最早是由英国皮尔金顿公司开发成功的,它采用化学气相沉积的高温热解法生产低辐射薄膜。以后,美国的PPG 和法国的Sa i n t-Gobai 公司也掌握了类似的工艺。20世纪70年代后出现的能源#35# 第36卷第6期 玻璃与搪瓷