建筑低輻射膜玻璃Low-E的具體應(yīng)用

李建欣

(山西六建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030025)

Low-E玻璃的全稱為低輻射鍍膜玻璃，可阻擋遠(yuǎn)紅外的輻射熱傳遞，屬于節(jié)能環(huán)保效果良好的玻璃制品，在建筑工程中取得廣泛應(yīng)用。市面上的Low-E玻璃以中空玻璃的形態(tài)為主，兼具防噪聲、保溫隔熱等性能優(yōu)勢(shì)。門窗作為建筑中的重要組成部分，其傳熱損失能源消耗約占建筑總能耗的30%，具有較大的節(jié)能降耗空間，若建筑門窗材料采用的是Low-E玻璃，將減少室內(nèi)熱量向室外的傳遞量，改善建筑室內(nèi)環(huán)境，節(jié)能減排。因此，Low-E玻璃的應(yīng)用效果良好，研究此類玻璃在建筑工程中的應(yīng)用方法具有重要意義[1]。

1 Low-E玻璃節(jié)能效果的影響因素

1.1 遮陽系數(shù)

遮陽系數(shù)是相對(duì)于3mm無色透明玻璃定義的，透過玻璃進(jìn)入室內(nèi)的陽光將隨著遮陽系數(shù)的提高而減少，改善建筑內(nèi)部環(huán)境，例如在午后陽光強(qiáng)烈或夏季，采用Low-E玻璃能夠緩解室內(nèi)升溫現(xiàn)象，發(fā)揮出隔熱作用。在現(xiàn)代樓房建筑中，為追求良好的溫度控制效果而廣泛應(yīng)用到Low-E玻璃。

1.2 傳熱系數(shù)

傳熱系數(shù)指的是單位面積、單位溫差、單位時(shí)間內(nèi)熱量通過玻璃所傳遞的能量，傳熱系數(shù)越高，則玻璃的保溫隔熱性能越好。玻璃的層數(shù)、厚度等因素存在差異時(shí)，傳熱系數(shù)也有所區(qū)別。相比普通玻璃的傳熱系數(shù)，Low-E玻璃約為該值的1/2，保溫效果更好。以冬季為例，建筑采用Low-E玻璃時(shí)，可以減弱室內(nèi)外熱量通過玻璃的傳遞量，維持相對(duì)溫暖的室內(nèi)環(huán)境，提升室內(nèi)保溫效果。

1.3 太陽得熱系數(shù)

太陽得熱系數(shù)又稱為得熱因子、太陽能總透射比，具有“遮陽系數(shù)Sc=太陽能得熱系數(shù)(SHGC)/航向比”的關(guān)系，其中，航向比指的是標(biāo)準(zhǔn)的3mm白玻璃的太陽能透過率的取值[2]。

2 Low-E玻璃選型思路

2.1 原片玻璃的選擇

2.1.1 玻璃厚度

以普通中空玻璃為例，假定其含有12mm空氣夾層，K值與玻璃厚度的關(guān)系圖，如圖1所示。分析發(fā)現(xiàn)，隨著玻璃厚度的增加，K值具有連續(xù)減小的變化趨勢(shì)，增加玻璃厚度雖然能夠減低K值，但效果有限，例如：相比6+12+6組合方式的K值，8+12+8組合方式的K值僅比其降低0.03W/(m2·K)，降低效果不明顯。鍍膜玻璃組成中空時(shí)，若原片玻璃種類不同，則厚度有所差異，但玻璃鍍膜的類型才是主要的影響因素。

圖1 K值與玻璃厚度的關(guān)系圖

2.1.2 玻璃類型

Low-E玻璃有離線Low-E和在線Low-E兩類。其中，單銀高透型、雙銀型、遮陽型均是常見的離線Low-E玻璃。單銀高透型Low-E玻璃的透光率達(dá)到83%左右，較高；雙銀Low-E玻璃的膜層中有兩層銀層，其作用在于降低Low-E玻璃的輻射率，膜對(duì)可見光的透過率較高，遮陽系數(shù)低；遮陽型Low-E的遮陽系數(shù)普遍在0.5以內(nèi)，較低，透光率約為40%。在前述提及的三種離線Low-E玻璃中，雙銀Low-E玻璃的綜合應(yīng)用效果較好，集成了單銀高透型和遮陽型兩種Low-E玻璃的優(yōu)勢(shì)，且輻射率較低[3]。

2.2 鍍膜面位置

鍍膜面的位置不同時(shí)，組成的中空玻璃的特性將產(chǎn)生差異。按照由室外向室內(nèi)的順序，中空玻璃有1#、2#、3#、4#四個(gè)面，將鍍膜面置于4個(gè)不同位置時(shí)，玻璃的K值和SHGC值也存在差異，以耀華Low-E玻璃為例，考慮6+12+6的組合方式，與白玻進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如表1所示。

表1 不同鍍膜面位置的節(jié)能效果

根據(jù)表1可知，若在2#、3#面設(shè)置Low-E膜，傳熱系數(shù)K值為1.923，K值較低，具有良好的保溫隔熱性能；Low-E膜在2#、3#面時(shí)，太陽的熱系數(shù)SHGC值分別為0.625、0.676，相比之下，Low-E膜在3#面時(shí)的SHGC值高于其在2#面時(shí)的SHGC值。根據(jù)該規(guī)律，結(jié)合建筑工程所在地區(qū)的氣候條件，提出如下鍍膜面位置的布置方式：南方地區(qū)，寒冷天氣時(shí)需要維持良好的室內(nèi)保溫效果，且為了提高室內(nèi)溫度而需要從外界獲得太陽輻射熱量，因此Low-E膜應(yīng)在2#面；北方地區(qū)，Low-E膜的位置以3#面為宜。除了節(jié)能效果不同外，Low-E膜在不同面時(shí)產(chǎn)生的外觀效果也不同，且外觀效果還與Low-E玻璃的型號(hào)有關(guān)，因此在選擇材料時(shí)需要綜合考慮節(jié)能效果和外觀效果[4]。

2.3 氣體夾層

中空玻璃的隔熱特性與氣體夾層的厚度、種類、間隔條和密封膠有關(guān)，具體做如下分析。

2.3.1 氣體夾層厚度

以3種6mm中空玻璃組合夾層為例(白玻璃中空-空氣、Low-E中空-空氣、Low-E中空-氬氣)，夾層厚度取1～15mm。夾層厚度在1～9mm范圍內(nèi)升高時(shí)，3種6mm中空玻璃組合夾層的K值有明顯的下降；夾層厚度在9～13mm范圍內(nèi)升高時(shí)，K值變化趨于平緩，甚至在夾層厚度達(dá)到13mm后有小幅度的回升變化，即便進(jìn)一步增加夾層厚度，并不能明顯改善節(jié)能效果。根據(jù)K值的變化規(guī)律，建議氣體夾層的厚度以12.7mm左右為宜，通常采用的是12mm的氣體夾層厚度。

2.3.2 間隔條

間隔條的作用在于隔絕外部的水蒸氣以及控制中空玻璃的內(nèi)、外兩片玻璃的間距。中空玻璃的K值與間隔條的性能有關(guān)。部分中空玻璃的間隔采用鋁槽法，具有加工簡(jiǎn)單、重量輕的優(yōu)勢(shì)，但鋁間隔條的導(dǎo)熱系數(shù)較高，約為160W/(m·K)，是玻璃的208倍、空氣的6 667倍。由于室內(nèi)外存在溫差，熱能通過鋁間隔條時(shí)出現(xiàn)損失。若室外嚴(yán)寒，則室內(nèi)玻璃的邊部將由于熱阻降低而出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象。Swiggle(實(shí)唯高)膠條也是常用的中空玻璃間隔條，此材料的特點(diǎn)在于僅有一個(gè)連接角，采用邊部連續(xù)密封材料保溫，解決了密封有縫隙、不連續(xù)的問題，相比鋁間隔條，隔熱性能更有優(yōu)勢(shì)，也正是得益于此性能，可減少玻璃邊部的熱量損失，緩解了邊部結(jié)霜的情況。

3 Low-E玻璃在不同建筑環(huán)境中的具體應(yīng)用

3.1 在寒冷氣候區(qū)建筑工程中的應(yīng)用

寒冷氣候區(qū)，主要為冬季氣溫低、持續(xù)時(shí)間長的中、高緯度地區(qū)，冬季持續(xù)時(shí)間長，有幾周甚至數(shù)月的室外溫度低于滿足人們舒適性要求的室內(nèi)溫度水平。在寒冷氣候區(qū)建造建筑工程時(shí)，需要選擇陽光透過率較高的高透型Low-E玻璃，目的在于使冬季室外的陽光進(jìn)入室內(nèi)，提高室內(nèi)的溫度。Low-E玻璃具有嚴(yán)密性，可減少空氣泄漏和熱量散失，緩解玻璃結(jié)霜現(xiàn)象，改善室內(nèi)環(huán)境。在寒冷地區(qū)建筑工程中采用不同玻璃時(shí)，取得的保溫隔熱效果和節(jié)能效果各異，建筑取暖耗能不同，具體如圖2所示。其中，采用高透Low-E玻璃時(shí)，建筑的年取暖耗能比率最低，此材料可以提升室內(nèi)溫度，降低采暖需求，減少耗能。

圖2 北方寒冷地區(qū)年取暖耗能比率

Low-E膜在2#或3#面時(shí)，并不會(huì)影響傳熱系數(shù)計(jì)算，但實(shí)際使用情況復(fù)雜，Low-E膜在不同位置時(shí)存在差異。由于Low-E玻璃能夠向熱源方向的反射熱輻射，因此在應(yīng)用Low-E玻璃時(shí)需要控制好朝向，具體根據(jù)建筑功能需求而定。若為了防止外部熱輻射，Low-E膜應(yīng)在2#面；若為了提升室內(nèi)保溫效果，Low-E膜應(yīng)在3#面。

3.2 在溫暖氣候區(qū)建筑工程中的應(yīng)用

溫暖氣候區(qū)，主要是夏季炎熱的地區(qū)，集中在中、高緯度范圍內(nèi)。室外溫度較高，室內(nèi)接受較多的光照后，溫度快速升高，為降低溫度而需采用空調(diào)設(shè)備進(jìn)行制冷。若要降低室內(nèi)溫度，減輕空調(diào)運(yùn)行負(fù)荷，需采用遮陽系數(shù)低的Low-E玻璃，在其細(xì)分類型中，應(yīng)用效果較好的是遮陽型Low-E玻璃，能夠在不影響正常采光的前提下減少陽光熱獲取量，避免室內(nèi)溫度異常升高。在南方炎熱地區(qū)建筑中采用不同玻璃時(shí)的年降溫能耗比率，如圖3所示。根據(jù)圖中信息可知，采用遮陽型Low-E玻璃的建筑的年降溫耗能比率低，可以減輕對(duì)空調(diào)的依賴，節(jié)約降溫的能源消耗，降低降溫費(fèi)用。

圖3 南方炎熱地區(qū)年降溫耗能比率

雙銀Low-E玻璃的遮陽系數(shù)低，透光率高，適用于南方地區(qū)的建筑，但此類玻璃的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本較高，限制了材料的推廣應(yīng)用。由于遮陽型Low-E是單銀Low-E的一種，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低，遮陽系數(shù)與雙銀Low-E無過大的差異，從遮陽的角度來看，有良好的應(yīng)用效果，主要區(qū)別在于透光率較低，但仍能夠達(dá)到40%左右，因此若無特殊的透光率要求，其具有更高的可行性。

3.3 在夏熱冬冷氣候區(qū)建筑工程中的應(yīng)用

夏熱冬冷氣候區(qū)的突出特征在于冷熱分明，夏季氣候炎熱，室溫超過30℃，部分情況下達(dá)到40℃甚至更高，冬季室溫約為8℃，部分情況下低至0℃，夏季和冬季的室內(nèi)環(huán)境較極端。在夏熱冬冷氣候區(qū)建設(shè)建筑工程時(shí)，需要考慮到夏季的防熱降溫要求和冬季的保溫要求。若采用遮陽型Low-E玻璃，可減少經(jīng)由窗戶進(jìn)入室內(nèi)的太陽輻射，緩解夏季室內(nèi)溫度偏高的問題，減輕高溫帶來的不適感，且此類玻璃還能夠提供充足的可見光，滿足建筑室內(nèi)采光要求，因此適用于夏熱冬冷氣候區(qū)的建筑。

室內(nèi)采光效果主要受到玻璃透光率的影響，透光率在40%～50%時(shí)，光線適宜，具有舒適性，若進(jìn)一步提高透光率，雖然可增加建筑室內(nèi)的明亮度，但會(huì)產(chǎn)生“晃眼”的感覺，且透過的太陽熱輻射量增加，此時(shí)室內(nèi)溫度可能給人產(chǎn)生不適感。因此，需要綜合考慮節(jié)能和采光的要求，尋找均衡點(diǎn)。在隔熱性能相同的前提下，Low-E玻璃的可見光透過率高于熱反射鍍膜玻璃，能夠?qū)⑻柟膺^濾為“冷光源”，保證室內(nèi)合適的自然采光。

在夏熱冬冷氣候區(qū)建筑中應(yīng)用Low-E玻璃時(shí)，需要注重如下幾點(diǎn)：1)框架選材：以保溫隔熱性能良好、耐久的框架材料為宜，防止熱量經(jīng)由邊框進(jìn)入建筑內(nèi)部；2)玻璃選材：選擇Low-E玻璃時(shí)主要考慮的是建筑所在地區(qū)的氣候條件和建筑方位，不同Low-E玻璃的熱透射率和太陽能透過率均存在差異，需要視工程實(shí)際情況進(jìn)行對(duì)比分析與選擇；3)玻璃的位置：為減少進(jìn)入建筑室內(nèi)的太陽熱量，主要在容易受到日照的建筑南面和西面安裝Low-E玻璃。

4 結(jié)語

綜上所述，Low-E玻璃因具有節(jié)能環(huán)保、降低噪音的特性而在建筑工程中取得廣泛應(yīng)用。在設(shè)計(jì)Low-E玻璃時(shí)，需要考慮到建筑所在地區(qū)的氣候特征，分析玻璃鍍膜的類型、鍍膜的位置等因素，進(jìn)行協(xié)調(diào)，充分發(fā)揮出Low-E玻璃的節(jié)能環(huán)保性能，改善建筑室內(nèi)環(huán)境，減輕對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)的依賴性，提高建筑的節(jié)能環(huán)保水平。