功能性玻璃及在建筑中的应用

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功能性玻璃及在建筑中的应用

张威，王立雄

（天津大学建筑欺院，天津３０００７０）

擒要：本文主要综述了建筑用功能性玻璃：热反射玻璃、吸热玻璃、中空玻璃、低辐射玻璃的热工性能，及其在羹筑工程上的应用与选择．

关ｔ词：玻嫡｝节能；热工性能；传热系数；遮阳系数

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ｌ引言

建筑物的门窗洞口是建筑节能的薄弱环节，建筑物在使用过程中所消耗的能源有约１／２是通过门窗流失的。占窗户面积７０％～８０％的玻璃的热工性能直接关系到建筑的节能问题。为提高建筑的舒适性及节能的要求。一批功能性玻璃应运而生。

通过玻璃传递的热能有两种，一种是由于玻璃的透明性能造成的太阳能射人与温度场高温区向低温区的热辐射，另一种是玻璃作为围护材料通过热传导形成的热能流动。为了降低辐射热的流动，可选用遮阳系数ＳＣ（太阳通过某一玻璃进人室内的总量与通过厚度３ｒａｍ的普通无色玻璃的总量之比值）小的玻璃，为了减少热传导形成的热能流动，可选用传热系数Ｋ值小的玻璃。通过玻璃单位面积的总热能是辐射热与传导热之和，按下式计算：

口一吼＋吼

式中ｇ——通过单位面积玻璃的热能，ｗ／ｍ２。

遮阳系数ＳＣ和传热系数Ｋ是关系玻璃节能性的两个重要热工参量。此外玻璃的透光率对需天然光采光的建筑是很重要的。

２功能性玻璃的热工性能

２．１吸热玻璃

吸热玻璃是在无色透明平板玻璃的配合料中加入着色剂生产出的带有颜色的平板玻璃。

吸热玻璃吸收太阳能转化为热能，然后通过长波辐射和传热传人室内和室外。由于室外的风速比室内大，因而对流换热系数高，所以传到室外的热量多一些。通过这样的热量转换和传递，部分太阳能未能进入室内，达到隔热的目的。但吸热和透光经常是矛盾的，所以吸热玻璃吸收热量是以降低透光率为代价的。

由于吸热玻璃吸收的热量一部分要向室内二次辐射，所以不宜单独使用，一般应制成中空玻璃使用。

吸热玻璃除吸收红外线以外，还可显著减少紫外线的透射。减轻直射阳光对人体的伤害及对物品的损害。

２．２热反射玻璃

热反射玻璃是镀膜玻璃的一种，它是在平板玻璃的表面镀覆单层或多层金属及金属氧化物薄膜，该薄膜对阳光有较强的反射作用，尤其对阳光中红外光的反射具有节能的意义，叉称“阳光控制玻璃”或作者简介：张威（１９７４一），女，天津市，硕士，讲师，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚ．ｗ＠ｅｙｏｕ．ｃｏｍ

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孽色建筑与建筑物理一“遮阳玻璃”。它具有节能和装饰美观的特点。

热反射玻璃有各种不同的颜色，各种颜色有不同的反射率，不同的膜厚也有不同的反射率。

热反射玻璃对太阳光中可见光及波长为ｏ．３～２．５ｕｍ的近红外光有良好的透过性，对波长３～１２Ｆｍ的远红外光则具有很高的反射性。因此，这种玻璃对太阳辐射热有较高的反射能力（普通玻璃的辐射热反射率为７％～８％，热反射玻璃则可达３０％以上），可把大部分太阳热反射掉。反射热的同时也反射可见光，使外观具有光亮的装饰效果，同时对室内起到了反眩光的作用。其隔热反射性能用遮阳系数表示，遮阳系数越小，反射热的性能越好。但这种镀膜仅降低了玻璃的遮阳系数，对传热系数影响不大。同时，热反射玻璃遮阳系数的提高必然使透光率下降。

２．３低辐射玻璃

是镀膜玻璃的一种。在平板玻璃表面镀覆特殊的金属氧化物薄膜，使照射于玻璃的远红外光被膜层反射，从而降低玻璃的热辐射通过量．

低辐射玻璃可见光透过率高，红外透过率低，很好地实现了多透光少传热。低辐射玻璃反射远红外是双向的，它既可以阻止吸热玻璃产生的热辐射进入室内，还可以将室内物体产生的热辐射反射回来，总之，它是将热能向热源方向反射的。在夏季，低辐射玻璃可以减少外部热空气和其他热源向室内的热辐射，降低空调负荷；冬季，可以减少从温度高的室内向室外的热辐射。降低暖气的负荷。

２．４中空玻璃

由两片或两片以上的玻璃组合，玻璃与玻璃之间保留一定间隔，间隔中是干燥的空气，周边用密封材料包裹制成中空玻璃。

普通ｌＯｍｍ厚的平板玻璃的热阻（Ｒ值）为ｏ．０１３ｍ２・Ｋ／Ｗ，而同样厚度的空气间层的热阻值（Ｒ值）为０．１２～ｏ．１４ｍ２・Ｋ／Ｗ。这就是具有空气问层的中空玻璃大幅度提高保温隔热性能的原因。各种不同的玻璃可组合在一起形成中空玻璃。被工程界誉为“绝热玻璃”的是将低辐射玻璃和吸热玻璃组合在一起形成的。由于低辐射玻璃具有双向反射远红外热能的作用，而对于太阳能的直接反射效果并不明显，要充分发挥其优势应使低辐射玻璃置于室内一侧，室外侧配合使用吸热玻璃。吸热玻璃吸收太阳能减少进入室内的热能，但其自身温度升高成为热辐射源，低辐射玻璃将吸热玻璃的热辐射反射回去，正好相得益彰地提高了节能效果，是综合节能指标最好的玻璃。例如，外层为６ｍｍ绿色吸热玻璃、内层为６ｒａｍ低辐射玻璃、空腔厚度１２ｍｍ的组合，其太阳辐射热的透过率只有３５％，可见光透射率可达到７０％以上。

２．５几种玻璃性能比较

以下是几种玻璃的性能参数（见表１、表２、表３）。

几种玻璃的主薹光热◆数裹１

说明：６ｃ表示６ｒａｍ的透明玻璃，ＣＴＳｌ４０是热反射玻璃型号，ＣＥＢｌ２是低辐射薮璃型号．

ｕ・、ｕ１分别是美国ＡＳＨＲＡＥ标准条件下的冬季、夏季的传热系敷．

以上数据显示热反射玻璃和低辐射玻璃的遮阳系数比较低，当然对同种玻璃也有不同的遮阳系数。

比较吸热玻璃和热反射玻璃，对于透光率，吸热玻璃的透光率高于热反射玻璃。对于透过的太阳能，吸热玻璃也多过热反射玻璃。

中空玻璃因为有空气层的存在，有效地降低了玻璃的传热系数。

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可见光（％）太阳辐射燕％

遮阳系数ＳＣ品种厚度（ｒａｍ）

透过事反射率直接透射反射吸收总透射

３功能玻璃的选择与应用

３．１考虑建筑的地域性选用玻璃

我国地域辽阔，共五个热工分区，针对不同地区应选用适于本地区应用的玻璃。

南方炎热地区夏季时间长达５个月以上，冬季几乎不使用暖气。在这一地区应以夏季的隔热设计作为热工设计重点。夏季建筑的得热方式主要是太阳的辐射热。为降低玻璃的辐射得热，应选用遮阳系数小的玻璃，一般选用ＳＣ＜Ｏ．３的玻璃可最大限度地控制进入室内的太阳能，从而节省空调电耗。可选用遮阳系数小的热反射玻璃、吸热玻璃、低辐射玻璃。

北方严寒地区冬季长达５个月以上，夏季使用空调的时间在２个月以内或根本不须使用空调。这一地区主要考虑冬季采暖，热工设计上应注重保温。所以应选用传热系数小的玻璃，可选用中空玻璃。遮阳系数应选用ＳＣ＞Ｏ．５的玻璃，可使更多的太阳能进入室内以利采暖。尽管这会影响夏季室内的制冷，但夏季时间短可以忽略损失。

对于我国大部分地区而育，选择玻璃应充分考虑到冬、夏两季的需求，ＳＣ选用在０．３～ｏ．５之间较为合适。

遮阳系数和传热系数越小，对建筑的节能越有利。综合考虑两方面的因素，选用由遮阳系数小的玻璃组成的中空玻璃是最佳选择。

３．２考虑建筑的不同朝向选用玻璃

南方炎热地区夏季因太阳的高度角大，南向窗正午前后几乎没有直射阳光，而主要是散射和反射辐