節能中空玻璃的應用前景

摘要：現代建筑在追求實用功能的基礎上，對建筑美學的要求越來越高，玻璃幕墻可在陽光下呈現不同的色調，并隨陽光、燈光等的變化展現出動態美，但是玻璃幕墻的大量使用所造成的光污染和能源消耗也成為政府環保部門和建筑設計者頭疼的問題。

關鍵詞：節能；中空玻璃；應用；前景

近年來，氣候變暖進程急劇加快，給農業生產和人們的生活環境產生了不利影響，同時，氣候環境的逐漸惡劣也使中國建筑幕墻行業重新考慮建筑材料的選取[1]。發達國家先后出臺了相關的環保政策和建筑行業規范，以解決日益嚴峻的氣候形勢。節能環保建筑材料的研發和應用在一定程度上降低了建筑幕墻對氣候變暖的影響程度，并逐漸成為建筑行業的主流建筑材料，成為現今建筑設計師的首選建筑材料。節能中空玻璃就是節能建筑材料中的佼佼者。

一、節能中空玻璃的節能原理和應用優勢

能量通過玻璃窗損失掉的主要原因共有四種：第一種是能量通過對流、輻射、熱傳導等方式經過玻璃窗之后散失掉，也就是能量的物理損失，這種能力損失方式與玻璃自身的熱阻有較大關系，一般來說，玻璃的熱阻越大，其能量損失就越少；第二種是玻璃密封不良所導致的，主要是由于冷、熱空氣通過玻璃與邊框間隙流入、流出造成的；第三種是由于太陽能的不合理運用所導致的，人們需要借助功能玻璃達到控制太陽能的目的，功能玻璃選擇不恰當就會造成能量的浪費；第四種是通過紅外線的輻射透過所造成的。針對上述能量損失原因，人們在玻璃材料選擇、結構設計等方面進行了優化。中空玻璃一般由兩片或多片玻璃組成，玻璃之間利用空氣層隔開，利用密封粘膠將玻璃周邊進行密封處理，確保中空玻璃隔層的空氣層干燥，隔層中的干燥氣體具有較好的隔音、隔熱、防輻射效果，可有效減少能量損失[2]。

能量通過輻射、對流和熱傳導三種方式進行傳遞。在輻射傳遞中能量以射線紅外線、紫外線、可見光等多種射線形式進行傳遞，形如太陽光線的傳遞。合理配置的中空玻璃厚度可以最大限度的阻隔能量輻射散失，從而降低能量損失。對流傳遞源于玻璃兩側的溫度差，冷空氣一側的下降幅度大于熱空氣一側，進而在玻璃兩側形成對流，設計合理的中空玻璃能夠阻隔兩側的空氣形成對流。熱傳遞中能量借助分子的運動進行流動，而中空玻璃恰好利用玻璃內部的干燥空氣完成能量傳導過程。因此，提高夾層中空氣層的密封度可顯著提高中空玻璃的隔熱性能，減少能量散失。中空玻璃的隔熱能力主要受到玻璃夾層中干燥空氣的影響，而空氣的導熱系數遠遠低于玻璃的導熱系數，內部干燥的密封空氣可以依靠熱傳導，提高中空玻璃的隔熱效果。

二、節能中空玻璃技術應用發展趨勢

通過分析節能中空玻璃在減少能量損失方面的應用優勢可以看出，為進一步提高節能中空玻璃的節能效果，其未來的技術應用發展趨勢為：

（一）提高節能中空玻璃的隔熱能力

提高節能中空玻璃隔熱能力的關鍵是提高其熱阻，降低上述三種方式的能量傳遞，使輻射、對流和傳導傳熱系數降到最低，為此，可以從以下幾個方面進行考量：

1、采用低輻射的玻璃

通過分析節能中空玻璃的節能原理和隔熱原理，不難發現輻射傳熱在中空玻璃的熱傳遞中占有很大部分，因此，可以采用低輻射的玻璃，降低玻璃表面輻射率，鍍膜玻璃的表面輻射率是普通玻璃1/10，這樣可以大大降低中空玻璃的輻射傳熱。同時，由于低輻射玻璃的膜層對紅外線、遠紅外線等長波能量具有較高的反射能力，可將室內的長波能量反射回室內，允許短波能量進入室內，進而減少長波能量的損失，保證室內能量的充足，可顯著提高室內空間的能量利用效率[3]。采用低輻射玻璃制成的中空節能玻璃比較適合我國北方嚴寒地區或非朝陽陰暗面的門窗。

2、增加節能中空玻璃空氣層的厚度

中空玻璃空氣層的熱阻直接決定其隔熱能力，因此，可以通過增加節能中空玻璃空氣層的厚度提高熱阻。中空玻璃空氣層的傳導、對流傳熱主要受到空氣層厚度和空氣層中多種氣導熱系數的影響，在忽略對流傳熱的情況下，空氣層厚度越大，傳導熱就越少，但是，并不是空氣層越厚越好，因為空氣層厚度的增加必然會增加制造和安裝成本，實踐表明，當中空玻璃的空氣層厚度為12mm時，其隔熱能力最高。增加空氣層數量是一種變相增加空氣層厚度的做法，采用多層中空玻璃，形成多個空氣隔層，可以達到同樣的隔熱效果。

3、改善空氣層中氣體的隔熱性能

除了空氣層厚度會影響玻璃的隔熱效果之外，空氣層中所采用的氣體類型也會影響玻璃的隔熱效果，因此，應當采用導熱系數較低的氣體，例如疝氣等代替原有的空氣，提高中空玻璃的隔熱能力。

（二）使用功能玻璃控制太陽能

熱反射玻璃和吸熱玻璃是目前市場上應用最廣泛的兩種功能玻璃。熱反射玻璃的隔熱原理是利用玻璃表面的薄膜將太陽光反射掉，從而達到避免過多能量進入室內的目的。熱吸玻璃的隔熱原理是將吸收的太陽光能直接轉化為熱能，使其通過對流的方式散失掉。如果室內安裝有空調等制冷設備，太陽能量進入室內會增加空制冷設備的負荷，利用功能玻璃則可以避免過多的太陽能量進入室內，因此，這種太陽能控制玻璃比較適合氣候炎熱且光照時間較長的地區，可達到較好的隔熱效果，降低制冷設備的負荷和能源使用量。在制作中空玻璃時，可以使用功能玻璃作為隔層玻璃，那么在空氣層和功能玻璃共同作用的條件下就會大大提高保溫隔熱的效果[4]。

三、節能中空玻璃的市場前景展望

（一）國內市場的發展前景展望

自1995年以來，隨著經濟的快速發展和建筑規模的擴大，中空玻璃的產量和市場需求量就呈逐年上升的趨勢。節能中空玻璃在原有功能的基礎上又進行了改進，具備環保節能優勢，積極響應了國家節能減排的號召，因此，應用前景十分廣闊。國內一平米優質節能中空玻璃的制造成本在100-150元之間，可見，節能中空玻璃并不是一種昂貴的建筑材料，而是一種大眾化的節能產品。節能中空玻璃除了具有節能效果之外，還可阻隔室外噪音，有利于提高居民居住環境水平。節能中空玻璃在2008年北京奧運會上的大規模使用極大的推動了我國節能中空玻璃的發展。夏季電力供應緊張是我國許多地區的供電難題，在其他季節又會出現電力供應富余的狀況，造成了發電設備和資源的極大浪費。針對這種電力供應現狀，政府必然會注重住宅節能和環保問題，逐漸推廣節能效果顯著的中空玻璃門窗，使節能中空玻璃成為一種重要的節能建筑材料[5]。

（二）國際市場的發展前景展望

節能中空玻璃的生產技術最早起源于美國，，由于其突出的節能效果，迅速在歐洲各國推廣開來。美國不僅是中空玻璃的生產大國，更是國際市場上的消費大國，居民住宅以及其他建筑行業中，節能中空玻璃在美國民居建筑中的普及率已高達90%。歐洲也有上千家中空玻璃制作企業，日均產量在800萬平方米以上，為周圍地區和貿易輸送地區的中空玻璃應用提供了便利條件。歐洲各國中，德國的制造水平一直居于前列，其節能真空玻璃的產、供、銷位居全歐洲乃至全世界前列，如今又研發出了低輻射膜中空玻璃，進一步提高了中空玻璃的節能水平。有些國家為推廣節能中空玻璃，還專門立法，對不使用節能中空玻璃的建筑項目不予批準。在日本，節能中空玻璃市場經過三十多年的發展，其產、供、銷依然經久不衰，建筑項目中節能中空玻璃的普及率也在25%以上，尤其在日本北海道以北地區，節能真空玻璃的普及率更是達到了90%以上。近年來，日本市場對于節能中空玻璃的需求率正在以每年20%的漲幅持續增長，成為日本加工制造業的一項全新經濟增長點。

結語：

隨著科學技術的不斷進步，玻璃的品種和功能越來越豐富多彩，節能中空玻璃作為新型玻璃的佼佼者，能夠有效降低建筑外窗的能量損失，進而滿足整個建筑項目的節能需求。在建設節約型社會的今天，推廣節能建筑材料將成為促進我國社會可持續發展的重點內容。節能中空玻璃的推廣使用滿足了建筑節能的需求，加快綠色建筑的早日實現，隨著現代住宅門窗面積的逐日益擴大和自然資源的短缺，節能中空玻璃不論是在國內市場還是在國際市場都具有廣闊的發展前景。

參考文獻：

[1]畢建軍. 超大節能玻璃應用前景廣闊——兼顧建筑美學，完美解決光污染和節能問題的典范[J]. 門窗，2014，05：60-62.

[2]朱則剛. 低碳經濟給力建筑節能 中空玻璃帶來綠色生機[J]. 現代技術陶瓷，2013，01：26-33.

[3]王歡，吳會軍，丁云飛. 氣凝膠透光隔熱材料在建筑節能玻璃中的研究及應用進展[J]. 建筑節能，2010，04：35-37.

[4]劉小根，包亦望. 復合式節能玻璃承載性能及抗風壓設計[J]. 門窗，2010，05：19-23.

[5]楊建軍，蔡法清. 最大效率發揮Low-E玻璃的節能作用——剖析Low-E玻璃應用中的一些謬誤[J]. 玻璃，2010，08：30-36.