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Low-E玻璃鍍膜面處于不同位置時對中空玻璃性能的影響發布時間:2015-04-23

1、前 言

隨著天津地區建筑節能向四步節能推進,對門窗的節能性能要求越來越高,今后的門窗K值要求在2.0-1.8W/m2.k左右,要想提高門窗的節能性能,其窗用玻璃的選用,是很重要的一環。

目前使用的中空玻璃品種,多數為雙玻中空、三玻中空、雙玻Low-E中空等產品,隨著對門窗節能性能要求的提升,門窗用中空玻璃的配置也向雙玻Low-E中空(離線、雙銀)、三玻Low-E中空、三玻雙片Low-E或采用暖邊、充氣等技術方向發展,玻璃的節能性能將得到顯著的提升。 Low-E玻璃的選用越來越被人們所重視,其產品系列、規格、品種越來越細化,針對不同的節能性能要求,出現了更多的新產品。更好地認識和了解Low-E玻璃的性能是門窗設計人員的首要任務。

2、Low-E玻璃的特性

Low-E玻璃(又稱低輻射鍍膜玻璃)是Low Emissivity Glass的簡稱,是在玻璃表面鍍上多層金屬或其他化合物組成的膜系產品。該產品對可見光有較高的透射率,對紅外線(尤其是中遠紅外)有很高的反射率,具有良好的隔熱性能??梢云鸬娇刂脐柟?、節約能源、熱量控制調節及改善環境的作用。

普通玻璃的表面輻射率e在0.84左右,在線Low-E玻璃的表面輻射率一般在0.25以下。這種厚度在80-90nm的低輻射膜層對遠紅外熱輻射的反射率很高,能將80%以上的遠紅外輻射反射回去,所以Low-E玻璃具有良好的阻隔熱輻射透過的作用。

太陽的輻射光線,能大部分通過中空玻璃透射到室內,給我們的生活帶來了光明和溫暖。室內的物品會因自身溫暖的溫度而發生再輻射(長波),又將一定的熱量通過中空玻璃而傳遞到室外。使用低輻射鍍膜玻璃制作的中空玻璃,會將太陽光線中的大部分可見光和太陽能透射至室內,并且有效地阻止室內的再輻射(長波)通過玻璃傳到室外,達到了降低門窗產品U值的目的。

在冬季的時候,我國北方城市的低輻射中空玻璃設計主要考慮的是屏蔽紫外線、對可見光線的高透射(提高自然光的利用)、對近紅外線的高透射(獲得太陽熱能)、對長波(2.5---50μm之間)的低透射(阻止室內的熱能流失)。

在夏季的時候,我國南方城市的低輻射中空玻璃設計主要考慮的是屏蔽紫外線、對可見光的高透射(提高自然光的利用)、對近紅外線的低透射(屏蔽太陽熱能)對長波(2.5---50μm之間)的低透射(阻止室外物品(公路、建筑等)的熱能輻射、同時也阻止室內冷氣的流失)。

3、Low-E玻璃的e值、對區別在線Low-E玻璃、離線Low-E玻璃的作用

由于Low-E玻璃是在玻璃表面涂鍍一層或幾層銀金屬薄膜或其他化合物組成的膜系列產品,其膜層具有極低的表面輻射率,對于波長在2.5μm-40μm的遠紅外熱能輻射回去。

Low-E玻璃的輻射率e值越小,玻璃的U值越低,其隔熱保溫效果越好。

按照Low-E玻璃的加工工藝不同,分為在線Low-E玻璃和離線Low-E玻璃。

兩種其主要區別是Low-E玻璃的e值大小,一般在線Low-E玻璃的e值在0.30-0.16左右;

離線單銀Low-E玻璃的e值一般在0.15-0.08左右;

雙銀Low-E玻璃的e值一般在0.05-0.07左右;

三銀Low-E玻璃的e值一般在0.02左右。

普通透明玻璃的輻射率為0.84,意味著將16%波長在2.5μm-40μm遠紅外熱能輻射回去。

如國家玻璃數據庫中的253號,是離線低輻射鍍膜玻璃,其輻射率為0.08,就意味著92%的波長在2.5μm-40μm遠紅外熱能輻射回去,使中空玻璃的節能效果更加明顯。

3.1離線Low-E玻璃

一般膜系由幾到十幾層膜層構成,鍍膜材料為金屬銀,其中僅僅是銀膜層起低輻射作用,其它膜層全部為保護和過度膜層。采用真空磁控濺射工藝,在玻璃表面鍍上單層、雙層或多層銀的功能膜,銀的兩側需加上多層介質膜。 為了追求不同地區的更高的節能要求,相繼出現了雙銀、三銀的低輻射鍍膜玻璃。其膜系結構比普通Low-E膜層復雜,雙銀(三銀) Low-E玻璃突出了玻璃對太陽熱輻射的遮蔽,它很大限度地將太陽光過濾成為冷光源,解決了高可見光透過率與低太陽能透過率不能兼顧的矛盾,從而獲得了同時具有較高可見光透過率、較低太陽熱幅射透過率的效果。

3.2在線Low-E玻璃

在線低輻射鍍膜玻璃硬度大,不容易劃傷,故稱為硬鍍膜。其生產是在一定溫度下進行的,稱為化學氣相沉積法。鍍膜材料為氧化錫。其膜層厚度是離線的20倍,但也是相當薄的。 在線Low-E玻璃的光譜呈現氧化錫導電膜的特征,而離線Low-E玻璃的光譜呈現銀和氧化錫復合膜的特征,二者對可見光都有良好的透射,而對近紅外光后者比前者具有高得多的反射,對遠紅外輻射后者比前者吸收少、反射高。因此,與在線Low-E玻璃相比,離線Low-E玻璃具有低的遮陽系數和較低的傳熱系數。 在應用中要根據對門窗性能的設計要求,選擇玻璃品種,同時還應考慮Low-E玻璃的U值,遮陽系數SC, Low-E玻璃的e值,應在玻璃數據庫中選擇既符合門窗用玻璃U值要求,又符合對遮陽系數SC設計要求的玻璃品種。不同Low-E玻璃的e值,其玻璃U值和遮陽系數有很大波動, 正確認識Low-E玻璃的e值,對選用玻璃品種時會有很大參考價值。

3.3 Low-E鍍膜面處于中空玻璃不同位置時的作用

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如圖中所示兩片中空玻璃的室外側表面為第1面,室內側內表面為第4面,第2、3面分別位于中空玻璃的內部中間。

低輻射鍍膜位于第2面或第3面,對于兩片中空玻璃的U值影響甚微,但卻有著不同的遮陽系數(看表1第6-7號)。

當Low-E玻璃處于第三面時(5mm+12Ar+6mm): U=1.728,SC=0.819,g=0.712;

當Low-E玻璃處于第二面時(5mm+12Ar+6mm): U=1.729,SC=0.593,g=0.618 在我國的北方低輻射鍍膜位于第3面時,在冬季會獲得大量的太陽能;而夏季會加大制冷的費用。

天津處于寒冷(B)地區氣候區,氣候特征屬于冬寒夏熱,所以確定Low-E玻璃面的位置既要考慮冬季獲得太陽能的熱量,又要考慮夏季空調制冷所耗費的能源,遮陽系數(SC)不能過大,綜合考慮,建議天津地區窗用玻璃,低輻射鍍膜應位于第2面,在阻止太陽能熱量進入室內的同時,又有良好的隔熱保溫效果。

4、兩腔三玻中空不同Low-E玻璃面的配置對玻璃性能的影響

我們采用粵建科MQMC熱工軟件,在兩腔三玻中空Low-E玻璃的鍍膜面處于不同位置的節能效果進行了計算,匯總了表1

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4.1玻璃面確定

雙玻中空玻璃的玻璃面,室外側為第1面,由室外向室內依次為2面、3面,第4面為室內側,三玻時依然為室外側為第1面,以此類推為2、3、4、5,第6面為室內側。

4.2三玻中空單片Low-E玻璃鍍膜面放置位置不同,其參數見表2

中空玻璃配置 U SC g e 玻璃數據代號 膜面位置

5+9A+5(Low-E)+9A+5 1.471 0.675 0.587 0.08 1825318 3

5+9A+5(Low-E)+9A+5 1.452 0.557 0.485 0.08 1825318 4

5(Low-E)+9A+5+9A+5 1.471 0.481 0.418 0.08 2531818 2

5+9A+5+9A+5(Low-E) 1.452 0.715 0.622 0.08 1818 253 5

表2三玻中空單片Low-E玻璃鍍膜面處于不同位置時玻璃U值遮陽系數SC對比表

從上表中可以看出,膜面所處位置不同,玻璃U值卻沒有太大變化,U都在1.471—1.452之間,位置不同保溫節能效果一樣,遮陽系數從0.481—0.715卻有很大變化。從U值的角度考慮,四種選擇(第2面、第3面、第4面和第5面)都有著相同的數值。而從遮陽系數角度考慮,第2面較小,第5面較大。遮陽系數越大,表示獲得的太陽能越多,反之越少。如果選擇遮陽系數(0.715)放在第5面的情況,冬季可以獲得更多熱量,但夏季又會付出更多空調費用,我們要根據設計要求來確定相應的膜面位置,因天津處于寒冷(B)區我們建議應放在第2、第4面更好一些,冬季可以獲得足夠熱量,夏季又會付出相對較少的空調費用。

4.3三玻中空雙片Low-E玻璃鍍膜面放置位置不同,其參數見表3

中空玻璃配置 U SC g e 玻璃代號 膜面位置

5+9A+5(Low-E)+9A+5(Low-E) 1.410 0.455 0.523 0.08 18253253 45

5+9A+5(Low-E)+9A+5(Low-E) 1.183 0.603 0.524 0.08 18253253 35

5(Low-E)+9A+5(Low-E)+9A+5 1.432 0.433 0.377 0.08 25325318 23

5(Low-E)+9A+5(Low-E)+9A+5 1.183 0.401 0.349 0.08 253 25318 24

表3 三玻中空雙片Low-E玻璃鍍膜面處于不同位置時玻璃U值遮陽系數SC對比表

從以上計算表中可以看出,采用兩片Low-E玻璃,主要是提高玻璃配置的節能性能,獲得更好的節能效果,從所處不同的膜面位置分析35、24組位置較好(即第3、第5面和第2、第4面),玻璃U值一樣為1.183,采用雙片Low-E玻璃,其節能性能提高的比較顯著,遮陽系數卻大不一樣(SC0.603--0.401)相差很大,選用哪種組合要根據設計要求,我們建議選用24組合即膜面放在第2面和第4面,會取得更大的節能效果。具體可參考表1提供的數據。

5、Low-E中空玻璃充氣后對節能性能的影響

從表4中可以看出,同一種玻璃品種(Low-E玻璃的e值在0.30或0.24或0.16或0.09),對比充氣后變化相差很大如:

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第1、2組普通中空玻璃其U值相差2.66-2.502=0.158

第3、4組e值0.30其U值相差2.079-1.837=0.242

第5、6組e值0.24其U值相差1.983-1.728=0.255

第7、8組e值0.16其U值相差1.854-1.576=0.278

第9、10組e值0.09其U值相差1.740-1.445=0.295

隨著Low-E中空玻璃e值不斷地降低,其充氣后玻璃U值的對比差也會從0.242提升到0.295,提升幅度達到21.9%,隨著玻璃的e值降低,其節能效果愈加明顯。如普通中空玻璃第1、2組充氣后差值(0.158),和玻璃e值較好的第9、10組充氣后差值(0.295)相比(0.295-0.158=0.137),提升了86.7%。所以玻璃的e值越低,節能性能越好,充氣后其玻璃的U值降低幅度越大。

如果在中空玻璃中增加Low-E玻璃又充填惰性氣體,其玻璃的U值可大幅度降低。表4第17組是三玻中空,U值1.776,第21組是三玻中空增加了Low-E玻璃其U值 1.263,提升幅度40.6%,第22組是三玻中空Low-E充填氣體,其U值是1.043和17組比值相比,提升幅度達到70.2%,所以要想大幅度降低玻璃的U值,就必須即采用Low-E玻璃又要充填氣體,才能獲得更好的節能效果。

從圖2中的曲線更可直觀地看出充氣后玻璃U值的變化。具體數值可對應參考表4《不同玻璃配置充氣后玻璃U值變化表》。

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上圖的曲線變化清楚體現了隨著玻璃e值的降低,充氣后玻璃U值的下降幅度,大大低于不充氣的下降幅度。由此可見,采用Low-E玻璃并填充惰性氣體,可以大幅度提高玻璃的整體節能性能。

6、建議

在選用Low-E玻璃制作中空玻璃時應注意考慮以下問題:

6.1、Low-E玻璃e值的變化,對Low-E中空玻璃整體性能的影響。

6.2、在使用三玻中空時,玻璃SC與Low-E面放置位置的關系。

6.3在使用三玻中空時,玻璃U值與Low-E面放置位置的關系。

6.4根據設計要求確定中空玻璃,Low-E鍍膜面應放的合理位置。

6.5采用Low-E玻璃,要考慮充填惰性氣體,才能獲得更佳的節能效果。

注:24組,是指三玻中空,雙片Low-E玻璃,其鍍膜面一片在第二面,一片在第四面?!就辍?/p>

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