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浅析建筑Low-E玻璃的应用
 

  1 Low-E玻璃的相关定义

  Low-E玻璃即低辐射镀膜玻璃,一种对波长范围在4.5μm~25μm的远红外线具有较高反射比的镀膜玻璃。由辐射率表示对红外热反射能力的高低,物体的辐射率等于物体在一定温度下辐射的能量与同一温度下黑体辐射能量之比。黑体的辐射率等于1,其他物体的辐射率介于0和1之间。辐射率越低,表示其反射的辐射热越大。 

  ( 注1:由于温度差引起的热量传递主要集中在波长在4.5μm~25μm的远红外线范围内) 

  2 Low-E玻璃的功能和原理 

  Low-E玻璃是在玻璃基片上镀制功能性金属或者金属化合物膜层以及其它非功能性介质层,使其具有高可见光透过率,较高的热辐射反射率,阻止因温差引起的热辐射的传递。使用Low-E玻璃能有效减少夏季太阳的热辐射进入室内,冬季有效抑制室内的采暖热向室外传导,可以节约夏季空调制冷和冬季室内采暖的费用,从而达到节能的目的。 

  Low-E玻璃的节能性能用传热系数U(K) 值和SC遮阳系数表示。传热系数的单位是W/m²·K,表示的是温差为1K 时单位时间单位面积传递的热量,表征物体的保温能力;遮阳系数Sc表示的是物体的太阳能总透射比与通过3mm的太阳能总透射比的比值,表征的是物体的隔热能力。 

  另外一个潜在的节能指数就是可见光透射比。可见光透射比和建筑物采光有关,合适的采光不仅能节约照明能源,还可以保持用户的舒适度。现在行业标准中通常用光热比,可见光与太阳能总透射比的比值,也有用选择系数R 来表示可见光与遮阳系数的比值来衡量节能效果,比值越大透过的可见光越多、采光性能越好,进入室内的太阳能越低、节能效果越好。 

  3 Low-E玻璃的种类 

  根据Low-E玻璃的生产工艺, 可以分为在线Low-E玻璃和离线Low-E玻璃。在浮法玻璃生产线指定温度范围处进行的化学气相沉积镀膜,镀制的功能性膜层是半导体材料的化合物。在线Low-E玻璃膜层硬度大,机械强度好,可热加工。但由于膜层较厚,颜色不太灵活,也比较单一,辐射率一般在0.15~0.25之间。 

  离线Low-E玻璃是玻璃基片转移至镀膜玻璃生产线上通过磁控溅射方法镀制的金属膜层和其他介质膜层,通常是磁控阴极溅射法。磁控阴极溅射在静止的电磁场中发生,电子在洛伦兹力的作用下向阳极处的玻璃基片加速运行,与气氛Ar原子发生碰撞,电子的能量足够大时,Ar原子电离出Ar+和电子。电子飞向基片,Ar+加速飞向阴极(溅射靶材)并以高能量轰击靶材,发生溅射,溅射粒子中的中性粒子沉积在基片上形成薄膜,二次电子在电磁场中洛伦兹力的作用下作摆线和螺旋线状的复合运动。通过磁控阴极溅射生产的离线Low-E玻璃,其颜色灵活,辐射率较在线Low-E玻璃低。 

  早期的离线Low-E玻璃由于膜层软,易氧化很难用于热加工。随着技术的发展,膜结构的调整,介质层的使用,使得膜层的机械强度和物理性能都有很大提升,现在的离线Low-E玻璃已经具有可钢性。日常的检验中也有客户委托对离线产品按照在线产品检测耐磨、耐酸碱性能,试验后,耐磨外观只有很轻微的磨痕,耐酸碱外观几乎无变化。另外,可见光透射比的变化率都在1%以下,比国家标准要求的≤ 4%要低很多。笔者曾做过验证,在热加工的过程中,离线加热到600℃以上,自然冷却退火后,其辐射率会略有降低,可见光透射比增大在2%~8%左右,其性能总体来说是能向有益的方向改变。 

  离线Low-E玻璃常用的功能性金属有金、银、铜,由于银在自然界中存在广泛,且具有较好的导电性,形成薄膜后的电阻和辐射率较低,同时银还具有可见光吸收小,透过率高的特点以及其合理的价格,是现在应用最为广泛的功能性金属。 

  以银为功能性膜层的Low-E玻璃又可以分为单银、双银、三银Low-E玻璃。即在玻璃基片上镀制一层、两层、三层的功能性金属膜和其他介质层。三者之间由于功能性膜层、介质层的位置厚度的不同,会使可见光透过增加、辐射率降低,某生产厂的单银产品的辐射率在0.1左右,双银产品的辐射率在0.05~0.08之间、三银产品的辐射率在0.03~0.05之间,这个也不是绝对的,如果银膜镀制得很厚的话即使只有一层也可以达到很低的辐射率。行业内有些公司用选择系数R来表示,单银Low-E玻璃在1.1~1.3,双银Low-E玻璃在1.4~1.7,三银Low-E玻璃在1.7~2.1之间。这只是该厂家的经验值,其他公司可参考该值作为日常质量控制,但第三方检测机构日常检测中不用于对产品作合格判定。 

  根据其性能指标,离线Low-E玻璃还可分为高透型Low-E玻璃和遮阳型Low-E玻璃,高透型Low-E玻璃即对太阳光具有较高的透过率,用在寒冷地区的冬季,以便让更多的阳光进入室内。还有一种产品已经复合了高透和遮阳两种功能即高透遮阳型,这种产品的可见光透射比能达到60%~80%,遮阳系数在0.30左右,这样的Low-E玻璃用在炎热地区,可以节约很大一部分空调制冷费用。 

  4 离线Low-E玻璃的应用 

  离线Low-E玻璃产品广泛用在建筑幕墙和大面积窗户上。以满足采光和节能双重性格。一般不做单片使用,通常组合成充气中空玻璃或者真空玻璃使用,中空腔内充入的是Ar 或者Kr 等惰性气体,一是保护玻璃膜面不受损伤,延长Low-E玻璃的使用寿命;就是提高玻璃的节能效果。表1列出了单片玻璃不同辐射率时的传热系数以及各自的可见光透射比、遮阳系数。表2列出了由表一单片玻璃组合成充气中空玻璃的光热性能。

表1 相同厚度不同辐射率的玻璃冬夏季传热系数表 

样品名称及结构

辐射率

可见光透射比%

遮蔽系数SC

U(K)值

W/.K

冬季

夏季

6mm白玻

0.837

88.8

0.97

5.805

5.237

6mm高透遮阳Low-E

0.12

81.4

0.81

3.519

2.628

6mmLow-E玻璃

0.07

64.5

0.51

3.345

2.406

6mmLow-E玻璃

0.04

78.6

0.52

3.249

2.274

2 充气中空玻璃的光热性能

 

样品名称及结构

辐射率

可见光透射比%

遮蔽系数SC

U(K)值

W/m².K

冬季

夏季

6mm白玻+ 12A+6mm白玻

0.837

79.4

0.84

2.543

2.708

6mm高透Low-E玻璃+12A+6mm白玻

0.12

72.8

0.72

1.563

1.544

6mm Low-E玻璃+12A+6mm白玻

0.07

57.5

0.43

1.456

1.397

6mm Low-E玻璃+12A+6mm白玻

0.04

70.4

0.45

1.392

1.305

 

  由表1 和表2 可以看出单片Low-E 玻璃U(k)值随着辐射率的降低而降低,即保温性能变好。合成中空玻璃后,U(k)和遮阳系数SC均有不同程度的降低,U(k)值降低的比率较大,合成中空后保温性能和隔热性能都明显变好。

  5 如何识别Low-E玻璃

  目前常用的判定Low-E玻璃的方法有三种,第一种方法是用傅里叶红外光谱仪测试玻璃的热辐射反射率,根据欧盟标准EN 12898《辐射率的测定》和新修订的GB/T 2680通过公式计算出Low-E玻璃的垂直辐射率的大小,再乘以相应的系数可得到待测产品的半球辐射率。第二种方法是便携式测试仪,测量出玻璃的辐射率,从而判定该玻璃产品是不是Low-E玻璃,便携式测试仪是可用于工程现场的测试方法。第三种方法是通过测试玻璃的表面电阻,通过公式E=0.0129×R-6.7×10-5×R2,式中R为膜面的表面电阻 ,该式适用于在λ>3μm内的波长范围内方块电阻值非常低的金属膜层,计算时会有2% 的偏差。[1]

  6 结语

  随着国家对节能环保政策的重视和人们节能意识的提高,节能舒适的Low-E 玻璃将会越来越广泛地用于建筑物中。了解Low-E玻璃、使用真Low-E玻璃、使用合适的Low-E玻璃已成为当前建筑设计的一个重要方面。另外,玻璃的选型也算是一个复杂的问题,不同的地区使用的Low-E玻璃的种类不同,Low-E玻璃的使用面用在室内还是室外也不一样,只有合理地使用Low-E玻璃,才能充分体现Low-E玻璃的节能性能。因此要达到熟练选用Low-E玻璃还需要走很长的路,作为国家级的玻璃检测中心,也是最早开展Low-E玻璃检测的机构,我们会在Low-E玻璃的研究和检测中投入越来越多的精力,希望能为广大用户使用Low-E玻璃提供一些相关经验。

  参考文献:

  [1] 工程玻璃深加工技术手册. 白振中. 张会文编著.

  作者:

  中国建材检验认证集团秦皇岛有限公司 韩影 李晓杰 寇飞 于洋 

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