[摘要] 本文闡述了中空玻璃產(chǎn)品的發(fā)展及對建筑節(jié)能的意義，通過對各種類型中空玻璃的傳熱系數(shù)和太陽得熱系數(shù)進行大量模擬計算，分析了原片組合、間隔類型、使用環(huán)境等各方面的相關(guān)因素對中空玻璃節(jié)能指標的影響趨勢及程度。在此基礎(chǔ)上，探討了建筑和生產(chǎn)設(shè)計中，應(yīng)正確選用的、能達到最佳節(jié)能效果的中空玻璃組合方式及使用條件。

[關(guān)鍵詞] 中空玻璃 傳熱系數(shù) 太陽得熱系數(shù) 建筑節(jié)能

一、中空玻璃性能對建筑節(jié)能對的意義

中空玻璃在經(jīng)過一個多世紀的發(fā)展特別是本世紀50年代中空玻璃獲得了大量的應(yīng)用，尤其七十年代發(fā)生石油危機以后，西方各發(fā)達國家認識到了能源的緊張，節(jié)能成為一項長期的目標。建筑節(jié)能產(chǎn)品的應(yīng)用成為國際建筑行業(yè)的主流。許多發(fā)達國家從產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)，技術(shù)指導，應(yīng)用推廣到立法等方面引導、鼓勵和規(guī)范建筑建材市場，節(jié)能型建材產(chǎn)品的應(yīng)用有了廣闊的空間。在我國能源的發(fā)展速度遠遠落后于經(jīng)濟的發(fā)展速度，外墻的能耗提高建筑門窗，外墻的隔熱性、氣密性是我們面臨的緊迫問題，這就為中空玻璃產(chǎn)品的開發(fā)和推廣應(yīng)用提供了政策基礎(chǔ)。

二、中空玻璃節(jié)能特性的基本指標

在建筑用中空玻璃諸多的性能指標中，能夠用來判別其節(jié)能特性的主要有傳熱系數(shù)K和太陽得熱系數(shù)SHGC。中空玻璃的傳熱系數(shù)K是指在穩(wěn)定傳熱條件下，玻璃兩側(cè)空氣溫度差為1℃時，單位時間內(nèi)通過1平方米中空玻璃的傳熱量，以W/m2K 表示。太陽得熱系數(shù)SHGC是指在太陽輻射相同的條件下，太陽輻射能量透過窗玻璃進入室內(nèi)的量與通過相同尺寸但無玻璃的開口進入室內(nèi)的太陽熱量的比率。

目前，中空玻璃的K值是通過實驗室實際測量得出的，SHGC值是對光譜數(shù)據(jù)計算得出的。因為K值的實際測量受成本限制難以收集各種類型的大量數(shù)據(jù)，所以本文的分析過程將采用美國勞倫斯伯克利實驗室開發(fā)的Window5.2軟件進行模擬計算。為了保證計算結(jié)果的一致性，除特殊說明以外，本文在計算分析中采用NFRC系列標準的環(huán)境條件設(shè)置數(shù)據(jù)。

三、節(jié)能指標的影響因素分析

1、玻璃的厚度：

中空玻璃的傳熱系數(shù)，與玻璃的熱阻（玻璃的熱阻為1mK/W）和玻璃厚度的乘積有著直接的聯(lián)系。當增加玻璃厚度時，必然會增大該片玻璃對熱量傳遞的阻擋能力，從而降低整個中空玻璃系統(tǒng)的傳熱系數(shù)。對具有12 mm空氣間隔層的普通中空玻璃進行計算，當兩片玻璃都為3mm白玻時，K=2.745W/m2K，都為10mm白玻時，K=2.64 W/m2K，降低了3.8%左右，且K值的變化與玻璃厚度的變化基本為直線關(guān)系。從計算結(jié)果也可以看出，增加玻璃厚度對降低中空玻璃K值的作用不是很大，8+12+8的組合方式比常用的6+12+6組合K值僅降低0.03 W/m2K，對建筑能耗的影響甚微。由吸熱玻璃或鍍膜玻璃組成的中空系統(tǒng)，其變化情況與白玻相近，所以在下面的其它因素分析中將以常用的6mm玻璃為主。

2、玻璃的類型：

組成中空的玻璃類型有白玻、吸熱玻璃、陽光控制鍍膜、Low-E玻璃等，以及由這些玻璃所產(chǎn)生的深加工產(chǎn)品。不同類型的玻璃，在單片使用時的節(jié)能特性就有很大的差別，當合成中空時，各種形式的組合也會呈現(xiàn)出不同的變化特性。

吸熱玻璃是通過本體著色減小太陽光熱量的透過率、增大吸收率，由于室外玻璃表面的空氣流動速度會大于室內(nèi)，所以能更多地帶走玻璃本身的熱量，從而減少了太陽輻射熱進入室內(nèi)的程度。各種顏色系列的吸熱玻璃，其輻射率都與普通白玻相同，約為0.84。所以在相同厚度的情況下，組成中空玻璃時傳熱系數(shù)K值是相同的。選取不同廠商的幾種有代表性的6mm厚度吸熱玻璃，中空組合方式為吸熱玻璃+12mm空氣+6mm白玻，表1列出了各項節(jié)能特性參數(shù)。計算結(jié)果表明，吸熱玻璃僅能控制太陽輻射的熱量傳遞，不能改變由于溫度差引起的熱量傳遞。

3、Low-E玻璃的輻射率：

Low-E玻璃的傳熱系數(shù)與其膜面的輻射率有著直接的聯(lián)系。輻射率越小時，對遠紅外線的反射率越高，玻璃的傳熱系數(shù)也會越低。例如，當6mm單片Low-E玻璃的膜面輻射率為0.2時，傳熱系數(shù)為3.80 W/m2K；輻射率為0.1時，傳熱系數(shù)為3.45 W/m2K。單片玻璃K值的變化必然會引起中空玻璃K值的變化，所以Low-E中空玻璃的傳熱系數(shù)會隨著低輻射膜層輻射率的變化而改變。

4、Low-E玻璃鍍膜面位置：

由于Low-E玻璃膜面所具有的獨特的低輻射特性，所以在組成中空玻璃時，鍍膜面放置位置的不同將使中空玻璃產(chǎn)生不同的光學特性。以耀華Low-E為例，按照與白玻進行6+12+6的組合方式計算，將鍍膜面放置在4個不同的位置上時（室外為1#位置，室內(nèi)為4#位置），中空玻璃節(jié)能特性的變化如表3所示。根據(jù)結(jié)果顯示，膜面位置在2#或3#時的中空玻璃K值最小，即保溫隔熱性能最好。3#位置時的太陽得熱系數(shù)要大于2#位置，這一區(qū)別是在不同氣候條件下使用Low-E玻璃時要注意的關(guān)鍵因素。寒冷氣候條件下，在對室內(nèi)保溫的同時人們希望更多地獲得太陽輻射熱量，此時鍍膜面應(yīng)位于3#位置；炎熱氣候條件下，人們希望進入室內(nèi)的太陽輻射熱量越少越好，此時鍍膜面應(yīng)位于2#位置。

如果為了建筑節(jié)能或顏色裝飾的設(shè)計需要，在炎熱地區(qū)采用吸熱玻璃與Low-E玻璃組成中空時，從表3中可以看出，膜面在2#或3#位置時的傳熱系數(shù)都是最小，但3#位置的太陽得熱系數(shù)比2#位置小得多，此時Low-E膜層應(yīng)該位于3#位置。

5、間隔氣體的類型

中空玻璃的導熱系數(shù)比單片玻璃低1半左右，這主要是氣體間隔層的作用。中空玻璃內(nèi)部充填的氣體除空氣以外，還有氬氣、氪氣等惰性氣體。由于氣體的導熱系數(shù)很低（空氣0.024W/mK；氬氣0.016W/mK），因此極大地提高了中空玻璃的熱阻性能。6+12+6的白玻中空組合，當充填空氣時K值約為2.7 W/m2K，充填90%氬氣時K值約為2.55 W/m2K，充填100%氬氣時約為2.53 W/m2K，充填100%氪氣時K值約為2.47 W/m2K。兩種惰性氣體相比，氬氣在空氣中的含量豐富，提取比較容易，使用成本低，所以應(yīng)用較為廣泛。不論填充何種氣體，相同厚度情況下，中空玻璃的SHGC值和可見光透過率基本保持不變。

6、氣體間隔層的厚度：

常用的中空玻璃間隔層厚度為6mm、9mm、12mm等。氣體間隔層的厚薄與傳熱阻的大小有著直接的聯(lián)系。在玻璃材質(zhì)、密封構(gòu)造相同的情況下，氣體間隔層越大，傳熱阻越大。但氣體層的厚度達到一定程度后，傳熱阻的增長率就很小了。因為當氣體層厚度增達到一定程度后，氣體在玻璃之間溫差的作用下就會產(chǎn)生一定的對流過程，從而減低了氣體層增厚的作用。

7、間隔條的類型：

中空玻璃邊部密封材料的性能對中空玻璃的K值有一定影響。通常情況下，大多數(shù)間隔使用鋁條法，雖然重量輕，加工簡單，但其導熱系數(shù)大，導致中空玻璃的邊部熱阻降低。在室外氣溫特別寒冷時，室內(nèi)的玻璃邊部會產(chǎn)生結(jié)霜現(xiàn)象。以Swiggle膠條為代表的暖邊密封系統(tǒng)具有更優(yōu)異的隔熱性能，大大降低了中空玻璃邊部的傳熱系數(shù)，有效地較少了邊部結(jié)霜現(xiàn)象，同時可以將白玻中空的中央K值降低5%以上，Low-E中空的中央K值降低9%以上。

表4 各種邊部密封材料的導熱系數(shù)

邊部材料雙封鋁條熱熔丁基/U形鋁帶Swiggle不銹鋼Swiggle

導熱系數(shù)W/mK10.84.433.061.36

參考文獻：

Penster，中空玻璃節(jié)能特性的影響因素分析.玻璃技術(shù)交流.2006 .10.09

作者簡介：

張浩，工程師，沈陽產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院。

楊芳，遼寧省建設(shè)科學研究院。