建筑玻璃幕墻節能玻璃的合理選型與綜合性能比較

摘要:玻璃幕墻作為建筑圍護結構被建筑師在公共建筑設計中廣泛應用，它包括工程所處地區，朝向，玻璃的類型，玻璃的厚度以及玻璃的性能參數如傳熱系數、遮陽系數等，因此節能玻璃的合理選型就顯得尤其重要。

關鍵詞:建筑節能;節能玻璃;透射性;選型;合理利用

0 引言

建筑構件中耗熱量比例最高的是外窗，其傳熱損失與冷風滲透損失約占供暖總能耗的60%，因此建筑玻璃系統對建筑節能的影響很大，而其在建筑節能中資金支出也較大。

真正達到國家節能標準的塑鋼窗價格比較高，如塑鋼單玻窗、塑鋼雙玻窗、塑

鋼中空玻璃窗的每平方米造價分別達到250、350、450元，塑鋼低輻射中空玻璃窗則更加昂貴，因此我國節能玻璃的用量僅占建筑玻璃的30%左右，而且是以控制夏季陽光透射的單層吸熱玻璃和熱反射玻璃為主，中空玻璃的用量仍比較少，與西方發達國家相比有較大差距。隨著我國社會經濟的發展，節能玻璃的應用將日益普及。

1 低輻射玻璃的節能原理

太陽溫度約為5800K，其輻射的主要能量集中在0.2～2μm的波長范圍內，其中可見光和近紅外光區段能量占很大比重，必須減少這兩個區段的太陽輻射能量進入室內才能實現夏季建筑節能。

常規的遮陽型節能玻璃主要指吸熱玻璃、熱反射玻璃、低輻射玻璃，其太陽輻射的透射性能比較見圖1 。

吸熱玻璃主要是通過吸收將太陽輻射能量先轉化為熱能(玻璃自身溫升) 然后再以對流、輻射的形式向室內外散發，減少了透過玻璃的日射得熱實現夏季建筑節能，其主要分為兩類:

1.1 本體著色

在無色透明平板玻璃的配合料中加入特殊的著色劑，采用浮法、平拉法等工藝生產。

1.2 表面鍍膜

在玻璃表面噴鍍吸熱和著色的氧化物薄膜。熱反射玻璃是鍍膜玻璃，其表面鍍有金屬、非金屬及其氧化物等薄膜，通過這些膜層對太陽光能的反射作用以阻擋夏季太陽光進入室內。熱反射玻璃還具有良好的鏡面映像效果，可以美化街景和建筑立面，但選用不當會引發光污染。

低輻射玻璃也是一種鍍膜玻璃，其遮陽性能與熱反射玻璃相同。低輻射玻璃不僅具有顯著的遮陽性能，由于其傳熱系數K值小于其它類型的節能玻璃，其保溫性能也比較優異。

低輻射玻璃的溫差傳熱節能機理較為復雜。玻璃系統的得(失) 熱包括兩部分:太陽輻射得熱和玻璃本身的“對流換熱”部分。實際玻璃系統與室內外空氣之間的換熱過程為大空間復雜換熱，玻璃內外表面“對流換熱”包含對流和輻射兩部分。玻璃表面輻射率越低，其輻射換熱熱阻就越大，玻璃的傳熱系數就越小。

由圖2可知普通白玻在太陽輻射的可見光和近紅外光區段都具有很高的穿透率，即太陽輻射中的絕大部分能量都能透過。而冬季供暖室內溫度約為18～20℃，根據維恩位移定律:

λmT=2.8976×10-3

即室內壁體紅外輻射的最大單色輻射波長約為10μm，此時普通白玻對于λ>3μm 的常溫物體紅外輻射穿透率已很小，室內紅外輻射不會穿透玻璃流向室外，被動式太陽房和太陽能集熱器就是利用普通白玻的這一性質。

可見普通白玻自身已具有良好的保溫性能，但普通白玻的表面輻射率比低輻射玻璃大，仍會有一部分紅外輻射被玻璃本體吸收后再向室外進行“對流換熱”，造成室內熱量損失。

表面輻射力低的低輻射玻璃不僅能夠阻止室內紅外輻射的透出，同時其反射能力比普通白玻還要強，相當于增加了玻璃系統本身的“對流換熱”熱阻(由導熱基本方程可知低輻射膜必須設在對流換熱熱阻小的一側才能有效增加傳熱熱阻，提高保溫性能)。

例如:3mm厚普通白玻的表面輻射率為ε=0.84 ，外表面換熱系數為23.3W/ (m2·℃)，內表面換熱系數為8.7W/(m2·℃)，總傳熱系數K =6.2W/(m2·℃);3mm厚低輻射玻璃的內表面膜層輻射率ε=0.088，內表面換熱系數可降為4.14W/(m2·℃)，外表面換熱系數不變，總傳熱系數減少為K=3.47W/(m2·℃)，單層低輻射玻璃ε=0.088)的傳熱量僅為單層普通玻璃(ε=0.84)的0.56倍。

因此在可見光區段透射率高、近紅外區段透射率低、傳熱系數小的低輻射玻璃比較適合北方寒冷地區使用。

從表1、2的比較可以看出，低輻射玻璃在傳熱系數降低的同時，由于低輻射膜還同時具有遮陽性質導致其夏季太陽輻射得熱的減少，全年綜合節能性能比較優異。與其它節能玻璃相比，其對室內采光的影響也比較小。

2 低輻射中空玻璃窗的逐時傳熱

由于玻璃很薄、熱容量很小，對于時間間隔為1h的動態空調負荷計算視為無遲后傳熱，可按穩態方法進行建筑玻璃系統的逐時傳熱分析。圖2分別為某地區冬季(南向)和夏季(西向)低輻射玻璃的逐時傳熱計算結果。

冬季室外0∶00～23∶00 逐時空氣溫度(℃)為:-5.35，-7.19，-8.29，-9.34，- 10.27，-11.05，-11.65，-12.04，-11.8，-10.52，-8.57，-6.33，-4.21，-2.56，- 1.65，-1.57，-1.72，-2.03，-2.44，-2.94，-3.48，-4.02，-4.53，-4.98。

8:00～16:00

南向太陽逐時輻射照度(W/m2)為:47，311，506，618，654，614，498，298，36。

夏季室外0∶00～23∶00 逐時空氣溫度(℃)為:26.77，25.4，25.4，24.32， 24.23，23.25，23.07，25.19，27.6，29.65，32.4，34.65，35.9，36.65，37.1， 37.55，36.2，35.05，34，32.115，31.5，29.57，28.43，27.5。

6∶00～18∶00西向太陽逐時輻射照度(W/m2)為:2，83，109，135，151，158 ，162，362，542，661，692，630，445。冬夏室內溫度分別為18、26℃。

時間/h

圖2 冬季南向低輻射中空玻璃窗的逐時傳熱量

從圖2中可以看出，在冬季無日照時刻(主要是夜間)低輻射中空玻璃窗的耗熱量最小、保溫性能最好，但在冬季日照時刻建筑物南向房間普通中空玻璃窗向室內的凈傳熱量(計入太陽輻射熱量)為最高，低輻射玻璃窗由于其遮陽性導致其向室內傳熱

量降為最低。因此在冬季日照時刻(主要是白天)建筑物南向房間普通中空玻璃的節能效果最佳。

低輻射玻璃窗的遮陽性能和較小的傳熱系數使其在夏季日照時刻向室內凈傳熱量為最低。但由于夏季空調房間室內外空氣溫差波幅較冬季顯著減小，使低輻射中空玻璃窗的傳熱系數小的節能優勢在夏季非日照時刻并不顯著。

圖2表明在以夏季空調為主的南方地區，低輻射中空玻璃窗的節能效果主要靠其遮陽性能，這與其它遮陽型節能玻璃是一樣的，因此南方地區采用低輻射中空玻璃窗的節能效果與其它節能玻璃相比差距較小。低輻射玻璃最適合于北方寒冷地區的東、西、北三個朝向的外窗，如果低輻射玻璃窗應用于南向將影響建筑物冬季的太陽能利用。

3 低輻射玻璃的熱舒適性

在溫差傳熱下(不計太陽輻射)低輻射玻璃系統的逐時溫度，其室內外空氣溫度的計算條件同圖2。

從中可以比較出低輻射玻璃與普通玻璃的冬夏季保溫性能差異。由于單層低輻射玻璃的低輻射膜層(換熱熱阻)設在玻璃內表面上，因此單層低輻射玻璃的溫度更接近于室外環境溫度， 夏季比普通白玻偏高、冬季比普通白玻偏低，熱舒適性降低，冬季窗體內表面結冰的可能性增加。

而雙玻系統的情況正好相反，低輻射中空玻璃的內玻溫度在冬夏季都比普通中空玻璃更接近于室內環境溫度，這表明低輻射中空玻璃在非日照時間的熱舒適性和隔熱保溫性能均優于普通中空玻璃。

4 結語

玻璃幕墻廣泛應用于公共建筑圍護結構中，玻璃幕墻具有透射和反射性質， 可創造出明亮的室內光環境、內外空間交融的效果， 在建筑形式上有很強的表現力， 成為現代城市建筑的一種標志。玻璃幕墻作為建筑的主要維護構件既是影響能耗的關鍵部位， 又是影響室內舒適度的重要因素。

參考文獻:

[1]楊云樺，狄洪發.低輻射能玻璃窗的節能研究[J].太陽能學報，2001，22 (3):296-301.

[2]董子忠.玻璃系統的遮陽性能研究[C].建筑節能39.北京:中國建筑工業出版社，2002.