節能建筑中Low-E玻璃選型及具體應用

秦軍文

(山西六建集團有限公司，山西 太原 030024)

Low-E玻璃屬于鍍膜玻璃制品，對波長為1.0～40μm的遠紅外線具有低吸收、低二次向外輻射、基本完全反射的特點，能夠阻擋遠紅外的輻射熱傳遞，改善建筑內部環境以及節能降耗。建筑門窗和玻璃幕墻采用Low-E玻璃時，能夠減少門窗傳熱損失能源消耗，降低因輻射而引起的室內熱能向外的傳遞量，符合綠色節能的現代建筑行業發展理念。因此，研究Low-E玻璃的選型及應用方法具有重要意義，可提升Low-E玻璃的應用價值，促進建筑行業的長遠發展。

1 Low-E玻璃的節能

Low-E玻璃是以平板玻璃為基礎材料，對其表面鍍覆金屬及金屬氧化物薄膜制作而成的新型玻璃材料，鍍膜層能夠反射4.5～25μm的遠紅外光，減少玻璃的熱輻射通過量。白天太陽光照射時，Low-E玻璃對0.3～2.5μm太陽能輻射的通過率超過60%，夜間或陰雨天氣，Low-E玻璃可反射室內物體的熱輻射，反射量普遍超過50%，以輻射或對流換熱的方式散失至室外的熱輻射量在15%以內，有效減少室內熱量向室外的傳遞。因此，在冬季寒冷天氣，Low-E玻璃可以從外界為建筑室內獲取較多的太陽輻射熱，并減少室內熱量的散失，通過Low-E玻璃即可取得良好的室內保溫效果，減輕對暖通空調的依賴，降低暖通空調運行時的能源消耗。相比普通玻璃的傳熱系數，Low-E玻璃達到該值的3倍左右[1]。

2 Low-E玻璃的選型

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值與玻璃厚度的變化規律。根據圖中信息可知，兩者的變化基本為直線關系，但即便增加玻璃厚度，對K值的影響也相對有限。相比6+12+6組合方式的K值，8+12+8組合的K值僅降低0.03W/(m2·K)。

2.1.2 玻璃類型

Low-E玻璃主要有在線和離線Low-E玻璃兩大類，以離線Low-E玻璃為例，市面上較為主流的有如下三種：1)單銀高透型Low-E，最高透光率約為83%，透光率高；2)遮陽型Low-E，透光率約為40%，遮陽系數普遍在0.5以內，具有其它材料難以比擬的遮陽性能優勢，在南方以及其它遮陽要求較高的地區取得廣泛應用；3)雙銀Low-E，結構特點在于設置2層銀層，作用在于降低輻射率，兼具前述兩種Low-E玻璃的優勢，可見光透過率高，遮陽系數以及輻射率更低，應用效果良好。

2.2 鍍膜面的位置

在中空玻璃中采用Low-E玻璃鍍膜面時，不同的布設位置所帶來的影響不盡相同。按照由外向室內的順序，中空玻璃共分為1#、2#、3#、4#四個表面，按照與白玻進行6+12+6的組合方式計算，分別確定不同鍍膜面位置時的K值和SHGC值，根據兩項指標評價玻璃膜面位置對玻璃材料節能效果的影響。計算結果，如表1所示。

表1 不同Low-E玻璃膜面位置對節能效果的影響

根據表1可知，Low-E膜布置在2#、3#面時，傳熱系數K值為1.923，該值較低，取得良好的保溫隔熱效果；若在2#面設置Low-E膜，太陽能得熱系數SHGC為0.625，位于3#面時該值為0.676，相比位于2#面時的SHGC值更高。根據Low-E膜在不同位置的應用效果，提出如下建議：南方地區，Low-E膜的最佳位置為2#面，對于氣候寒冷的地區，需要保證Low-E玻璃能夠吸收太陽輻射熱量并起到保溫的作用，宜在3#位置，例如北方地區可按照此方法布置Low-E膜。從外觀效果的角度來看，Low-E膜位于2#、3#面時的效果也存在差異，且對于Low-E膜位于相同位置的情況，也會由于Low-E玻璃型號的改變而產生區別。因此，在節能建筑中應用Low-E玻璃時，需要考慮到Low-E膜布設位置對節能效果和外觀效果的雙重影響。

結合表1的數據進行分析：膜面在2#或3#處且吸熱玻璃位于室外時，傳熱系數均最低，為1.925，但兩者的SHGC不同，膜面位于2#位置時為0.586，而膜面位于3#位置時為0.347，明顯更低。究其原因，將Low-E膜布置在3#面時，已經通過吸熱玻璃吸收部分太陽輻射熱，在此基礎上經由Low-E膜進行反射，因此Low-E膜在3#位置時的SHGC值相對更低，為保證建筑內部環境的舒適性以及提高節能降耗水平，Low-E膜應位于3#位置[2]。

2.3 氣體夾層

中空玻璃的隔熱特性主要受到氣體夾層的影響，具體包含如下細分因素。

2.3.1 氣體夾層的厚度

現階段，中空玻璃氣體夾層的厚度以6mm、9mm、12mm等規格為主，以白玻璃中空-空氣、Low-E中空-空氣和Low-E中空-氬氣三種材料為例。

根據圖1可知，夾層厚度在1～9mm時，K值隨著夾層厚度的增加而快速降低；在9～13mm時，K值隨著夾層厚度的增加而降低但降幅明顯放緩；夾層厚度達到13mm以后，K值基本保持平穩，甚至有小幅度的提升。因此，K值隨著夾層厚度的增加而呈階段性變化規律，氣體夾層厚度達到13mm以上時，無論如何增加夾層厚度，也基本不會產生明顯的節能效果，由此推斷中空玻璃的氣體夾層厚度以12.7mm左右為宜，例如可按照12mm的要求控制夾層厚度。

圖1 K值與氣體夾層厚度的關系

2.3.2 間隔條

間隔條布設在內、外兩片玻璃間，可隔絕外部的水蒸氣并控制兩片玻璃的間距。間隔條的性能對中空玻璃的K值產生影響，也關系到氣體夾層厚度和耐久性。多數間隔采用鋁槽法，具有加工簡單、材料重量輕的優勢，但鋁間隔條的導熱系數約為160W/(m2·K)，分別為玻璃、空氣的208倍、6 667倍，導熱系數高。室內和室外的溫度存在差異，熱能經過鋁間隔條后大量損失，熱阻降低且以玻璃的邊緣部位體現得最為明顯。部分玻璃采用的是Swiggle膠條，只有一個連接角，連續性和密封性均良好，玻璃邊部的熱量損失較少，隔熱性能優于鋁間隔條，且能夠緩解玻璃邊部結霜現象，因此更具可行性。

2.3.3 密封膠

中空玻璃的密封膠有聚異丁烯、聚氨酯類、硅酮類、聚硫類多種類型的密封膠，在選擇時需要考慮到密封性能可靠、透氣性較低、耐候性良好等要求。中空玻璃制造工藝有單道和雙道密封兩種，因此還需考慮制造工藝，據此選擇綜合性能良好的密封膠[3]。

3 Low-E玻璃在節能建筑中的應用

鑒于我國地域廣闊，各地區氣候差異大，在應用Low-E玻璃時需要分地區進行針對性的分析，根據因地制宜的原則在節能建筑中合理地應用Low-E玻璃，發揮出此類玻璃保溫隔熱、節能環保等性能優勢，具體做如下分析。

3.1 Low-E玻璃在寒冷氣候區節能建筑中的應用

寒冷氣候區主要集中在中、高緯度地區，冬季時間長，氣溫低，在此類地區的節能建筑中應用Low-E玻璃時，需要選擇陽光透過率較高的高透型Low-E玻璃，目的在于使冬季白天有充足的陽光進入室內，提高室內的溫度，并減少室內熱量的散失，維持相對溫暖的室內環境，改善居住舒適性。以如圖2所示的北方寒冷地區年取暖耗能比率為例，通過對白玻璃片、雙白中空、高透Low-E三種玻璃的節能效果的對比分析可知，采用Low-E玻璃時年取暖耗能比率低于其它兩種材料，表明Low-E玻璃具有較好的節能效果。

圖2 北方寒冷地區年取暖耗能比率

結合前述分析可知，Low-E膜在不同的面所產生的應用效果存在區別。Low-E膜在2#或3#面時，不影響傳熱系數計算，但從實際應用情況來看，卻存在區別。從Low-E玻璃的應用特性來看，其能夠向熱源方向反射熱輻射，因此必須合理控制Low-E玻璃的朝向。對于側重于室內保溫的建筑工程，優先將Low-E膜布置在3#面；對于側重于防止外部熱輻射的建筑工程，優先考慮的是2#面。

3.2 Low-E玻璃在溫暖氣候區節能建筑中的應用

溫暖氣候區夏季炎熱，室外溫度高，室內溫度將由于大量的室外陽光進入室內而快速提高，為降低室內溫度而需依靠空調系統，增加制冷費用以及消耗較多的電能。在溫暖氣候區的節能建筑中應用Low-E玻璃時，需要選擇遮陽系數低的Low-E玻璃，例如遮陽型Low-E玻璃則具有較好的應用效果，此玻璃可以減少陽光熱獲取量，并使室內保持良好的采光條件，能夠改善室內環境。根據如圖3所示的南方炎熱地區年降溫耗能比率可知，在應用遮陽型Low-E玻璃后，年降溫耗能低于其它材料，節能環保效果良好。

圖3 南方炎熱地區年降溫耗能比率

從應用效果的角度來看，南方地區可優先采用雙銀Low-E玻璃，其透光率較高、遮陽系數低，但從制造工藝和成本的角度來看，此類玻璃的制造工藝復雜，質量要求高，且成本偏高，因此限制了此類材料的推廣與應用。遮陽型Low-E是單銀Low-E的一種，生產工藝簡單，價格低，遮陽系數與雙銀Low-E無過大的差異，因此具有可行性，雖然透光率低，但也達到40%左右，對于無過高要求的建筑工程而言，仍能夠滿足實際需求，達到環境改善、節能環保以及控制成本多重效果。

3.3 Low-E玻璃在夏熱冬冷氣候區節能建筑中的應用

夏季室內溫度超過30℃，冬季室內溫約為8℃，部分極端天氣下，夏季室溫高達40℃，冬季室溫低至0℃。夏季太陽輻射強度大，且持續時間長，在應用Low-E玻璃時需要考慮到夏季防熱要求；冬季氣溫低，室內寒冷，需考慮室內保溫要求。因此，在夏熱冬冷氣候區的節能建筑中應用Low-E玻璃時，可以考慮遮陽型Low-E，在夏季可減少通過窗戶進入室內的太陽輻射，改善室內高溫環境，且能夠提供充足的可見光，防止室內光線昏暗。

玻璃的透光率是影響室內采光的重要因素，以40%～50%的透光率為宜，既能夠使室內保持明亮，又可避免透光過多而引起刺眼的情況，但高透光率的玻璃會透過較多的太陽熱輻射，因此需要兼顧采光和節能(減少熱輻射)的要求。以Low-E玻璃和熱反射鍍膜玻璃為例，在隔熱性能一致的前提下，Low-E玻璃的透光率更高，在應用此類玻璃后能夠改善室內光照條件，換言之，該玻璃可以將太陽光過濾為“冷”光源。

4 結語

綜上所述，Low-E玻璃能夠滿足建筑透光性、保溫隔熱、節能環保等要求，屬于節能建筑中較為典型的玻璃材料，具有推廣價值。工程技術人員需考慮建筑所在地區的氣候特征和建筑建設要求，合理選擇Low-E玻璃，并規范安裝至指定位置，發揮出Low-E玻璃的性能優勢，取得良好的應用效果。