銀層厚度對雙銀離線Low-E玻璃光熱比的影響

朱宏剛

（天津北玻玻璃工業技術有限公司 天津 301800）

全球公共建筑和公共建筑能耗約占全球總能耗的36%，在能源日益短缺以及環境污染愈來愈嚴重的今天，如何降低建筑能耗已經成為建筑行業乃至整個社會的焦點問題。作為建筑不可或缺的部件—玻璃，是建筑的窗口，其兼顧采光、保溫、隔熱、隔聲等多項功能。而離線Low-E復合產品以其優越的保溫和遮陽性能，早已成為建筑行業的寵兒。

Low-E玻璃又稱低輻射鍍膜玻璃，是在玻璃表面涂覆多層金屬或其它化合物組成的膜系產品。衡量Low-E玻璃節能指標包含傳熱系數即U值和太陽能得熱系數即SHGC兩項，兩項數值越低，其玻璃產品節能指標越好。同時考慮到目前雙銀產品U 值相差較小，因此本文主要針對銀層厚度與太陽能得熱系數之間的關系展開討論。

1 理論研究

透過玻璃熱能由兩部分構成，一部分為太陽照射進入室內熱能，包括直接照射透過和二次傳熱透過的熱能，另一部分為溫差傳熱透過的熱能。單位面積玻璃透過熱能的功率可由式（1）計算：

式中：Q——單位面積玻璃透過熱能的功率，W/m2；

Io——太陽輻射強度，W/m2；

SHGC——太陽得熱系數，無量綱；

T室外、 T室內——分別為室外、室內的環境溫度，℃；

U——玻璃的傳熱系數，W/（m2·K）。

在實際使用中，透過玻璃的光與透過玻璃的太陽能關乎采光和隔熱性能，二者的關聯度很大且與玻璃的品種密切相關，反應這個關聯的參數就是“光熱比LSG”。

光熱比LSG＝可見光透過率T/太陽能得熱系數SHGC

通過LSG可以一目了然地看出LSG數值越大，在相同可見光透過率的前提下透過玻璃的太陽能越少。選擇玻璃作為目前的主要原材料，主要是看中了玻璃具有一定的強度及通透性。因此，對于玻璃追求的是在獲得恒定的SHGC的同時，可見光透過率越高玻璃越通透。對于離線Low-E產品的LSG值與鍍膜產品的銀層厚度及比例存在很大的聯系，本文針對如何提高離線鍍膜產品光熱比進行實驗。

2 實驗

2.1 基片清洗

本實驗試樣基片采用6 mm新鮮浮法玻璃原片，通過鍍膜線專用清洗機用高潔凈去離子水清洗后烘干。清洗過程中對于玻璃表面潔凈度要求非常苛刻，由于離線Low-E膜厚一般小于400 nm，附著在玻璃表面很小的臟污都會對后續膜層的耐久性及加工性產生影響。附著在玻璃表面的臟污會向膜層內遷移，對膜層造成不同程度的破壞。

2.2 膜層設計

本實驗膜層設計采用：玻璃/SiAlNx/ZnAlOx/①Ag/NiCr/AZO/SiAlNx/ZnAlOx/②Ag/NiCr/AZO/SiAlNx的膜層結構。在固定除銀層外其它膜層厚度的情況下，通過改變兩層銀層的厚度及比例制備一系列鍍膜試樣，而后測量不同的LSG值，找出與銀層的關系。

2.3 試樣制備

基片經過清洗風干后利用北玻集團自主研發的超大玻璃鍍膜生產線進行試樣制備，相關試樣銀層厚度如表1所示。

表1 試樣銀層厚度

A系列試樣制備：設定①Ag厚度為10 nm，將②Ag厚度分別按照從4 nm開始以2 nm的幅度逐步加厚直至18 nm制備8種試樣。

B系列試樣制備：設定②Ag厚度設定為10 nm，將①Ag厚度分別按照從4 nm開始以2 nm的幅度逐步加厚直至18 nm制備8種試樣。

C系列試樣制備：將銀層總厚度設定為28 nm分別按照①Ag從厚度4 nm開始以2 nm的幅度逐步加厚直至24 nm制備11種試樣。

將①Ag與總銀層厚度比按照30%、40%及50%的三種配比按照銀層總厚度從20 nm開始以2 nm的幅度逐步加厚直至34 nm依次制備D、E和F系列試樣各8種。

2.4 試樣光學性能測試

將制備的所有試樣改切成尺寸約為80 mm×80 mm的試樣，使用Lambda950測試得到200～2 500 nm光譜數據。

利用LBNL系列軟件中的WINDOW6.3按照6 mm白玻（Low-E）+12Air+6 mm白玻的標準中空結構計算出試樣的太陽能得熱系數（SHGC）和可將光透過（T）；按照式（1）計算出光熱比LSG。

3 分析與討論

A、B系列試樣銀層變化與LSG值的關系見圖1。

圖1 A、B系列試樣銀層變化與LSG值的關系

從圖1可以看出，無論固定雙銀產品的哪一層銀層，只要銀層總厚度增加，其LSG數值就會隨之變大。當變量Ag層的厚度到達10 nm之前A系列試樣LSG值小于B系列試樣，但是當厚度大于10 nm時LSG值大于B系列試樣。圖1中A、B系列試樣的LSG曲線接近于直線，且同銀層總厚度成正比例關系。

C系列試樣①Ag占銀層總厚度變化與LSG值對比見圖2。

圖2 C系列試樣①Ag占銀層總厚度變化與LSG值對比

從圖2中可以看出，C系列產品在總銀層厚度不變的情況下，隨著①Ag厚度比例的增加，LSG值變化曲線呈拋物線狀。當①Ag厚度占總銀層厚度的40%時，LSG值達到最大值。因此證明在銀層總厚度不變的情況下，銀層比例的變化的確對LSG值影響較大。

為了驗證銀層比例對雙銀LSG數值關系曲線，特將①Ag比例分別為30%、40%、50%的D、E、F三個系列試樣的LSG值隨著銀層總厚度變化進行對比。見圖3。

圖3 ①Ag比例分別為30%、40%、50%下不同銀層總厚度LSG對比圖

如圖3所示，E系列試樣即①Ag比例為40%時在整個銀層變化過程中LSG值一直處于較大數值。

F系列試樣即①Ag比例為50%時的LSG變化曲線，與E系列試樣曲線幾乎平行；在到達銀層總厚度為34 nm時出現相交趨勢。

D系列試樣①Ag比例為30%時在最初銀層總厚度為20 nm時LSG值最大，當銀層總厚度為22 nm時就與E系列試樣LSG值相等。隨著銀層總厚度的不斷增加，D系列試樣的LSG值曲線斜度不斷減小；在銀層總厚度為27 nm時與F系列試樣曲線相交。在銀層總厚度超過27 nm后，隨著銀層總厚度的增加D系列試樣的LSG值增長速度要小于E、F系列試樣且差值逐漸增大。

4 結論

（1）采用真空磁控濺射生產的離線雙銀產品光熱比隨著銀層總厚度的增加而增大；

（2）在銀層總厚度不變的情況下，底層銀厚度占總銀層厚度40%時，可獲得相同銀層總厚度條件下的最大光熱比。