低辐射(Low-E)玻璃的研究现状

低辐射(Low-E)玻璃的研究现状

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的节能原理、分类、相应的生产工艺及其如何选用低辐射节能玻璃。结合国外研究现状，提出今后低辐射玻璃的发展应用方向及存在的问题。

关键词：低辐射节能玻璃；工艺；性能；应用；Low-E

低辐射(Low-E)玻璃是是一种镀膜玻璃。通过在浮法玻璃基片表面镀上具有低辐射特性的功能膜，来降低玻璃表面的辐射率从而提高玻璃的节能性能。低辐射玻璃在可见光波段具有较高的可见光透过率。在红外线波段具备阻隔远红外线的特点。在夏季可以阻隔物体受太阳照射后发出的二次辐射热，同样冬季可以减少室的热量向外流失，从而发挥隔热保温节能降耗的目的。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 低辐射镀膜玻璃的节能原理

普通无色玻璃具有良好的透光性能，能透过80 %～90 %左右的太阳辐射。由于玻璃中分子的本征频率与中远红外的频率相近或相同，会因共振而产生红外吸收，使得中远红外的透射率极低，如图1所示。根据维恩位移定律，温度为T 的物体发射出的电磁辐射的强度最大的波长位置为

λmax = 2 897/ Tμm

该式表明，物体温度越低，辐射的波长越接近长波。室温下物体发射的红外电磁辐射大部分被玻璃所吸收，这部分吸收的能量将通过玻璃的二次散热而损失掉。

图1 低辐射镀膜玻璃与非镀膜玻璃光学性能对比[1]对任意波长、任意材料表面的发射率与黑体表面的发射率之比称之为该材料的发射率。根据基尔霍夫定律，相同温度下材料的发射率与吸收系数相等。据此可知良好的吸收体也是良好的发射体。由于玻璃不透红外，因此玻璃对红外波段的电磁波只有吸收和反射。设R 为玻璃表面对电磁辐射的反射率，1 - R 则为吸收系数，ε表示玻璃表面的辐射率，根据以上定律显然有

ε = 1 - R

此式表明对红外辐射具有高反射率的材料也就具有低的辐射率，反射率越高，辐射率越低。低辐射膜本质上是一种透明导电膜，在可见光波段有良好的透光性，对红外光有很高的反射性，如图1 所示。低辐射镀膜玻璃通过降低玻璃表面的辐射系数减少玻璃的能量损失，其原理是尽可能多地反射红外辐射从而减少吸收和再次辐射。

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[2]。

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；In

2

O

3

薄膜简称ITO；

ZnO基的薄膜，其中掺铝的ZnO薄膜简称ZAO，目前最好为ZnO系薄膜[3]。

3 低辐射镀膜玻璃的节能性能表征

评价低辐射镀膜玻璃节能性能的参数主要的有：热损失率( U 值) 、遮阳系

数( SC) 、相对增热(RHG) 等等。

1 U 值(U-Value)

U 值是在ASHRAE 标准条件下，由于玻璃热传递和室外温差，单位时间从玻璃组件一侧到另一侧空气的传输热量。英制单位为：BTU/ ( h·ft2·F) ；公制单位为：W/ (m2·K) 。

表征玻璃组件的保温和隔热性能，与玻璃组件的辐射、传导及周围的空气对流有关。通常分夏季白天U 值和冬季夜间的U 值。

2 遮阳系数(Shading Coefficient 或SC)

遮阳系数：在相同的条件下，通过玻璃组件的辐射增热与通过3 mm 透明玻璃的辐射增热之比。它表征玻璃组件对太阳能辐射的屏蔽程度，遮阳系数越小，阻挡直接辐射的性能越好。

3 相对增热(Relative Heat Gain 或RHG)

相对增热：太阳能通过玻璃组件的总增热，其中包括辐射增热和传导增热，可用下面公式表示

RHG = U×Δ T + SC ×SHGF

式中，ΔT 表示室外的温度差；SHGF 表示辐射增热系数(在ASHRAE 标准条件下，其值为630（W/ m2）。

相对增热是表征玻璃组件对太阳能的屏蔽性能和对热的隔绝性能的综合指标，相对增热数值越低，太阳能通过玻璃组件的总增热越少。

4 低辐射玻璃的生产工艺

4.1 在线法生产低辐射玻璃

在线法镀膜包括热喷涂、化学气相沉积(CVD)和雾化热分解，现多采用化学气相沉积法。热喷涂是在浮法线上，作往复运动的喷枪把镀膜材料喷到成形的玻璃板上，此时玻璃表面温度为400～600℃，镀膜材料受热气化发生热解反应，生成的氧化物沉积在金属表面形成所需薄膜[4]。此方法设备简单，可喷涂不同形状的玻璃制品，膜层具有良好的附着性和耐磨性，但大面积镀膜易不均匀，膜层成分偏析较严重。化学气相沉积利用玻璃经过锡槽时，让镀膜气体在玻璃表面上锡槽上方分解，并沉积在玻璃表面形成膜层。此方法可实现生产线上连续镀膜，但膜层均匀性不易控制，设备复杂，成本较高[5]。其中常压化学气相沉积较常用，