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        銀層厚度對雙銀離線Low-E玻璃光熱比的影響

        2021-06-07 10:21:08朱宏剛
        玻璃 2021年5期
        關(guān)鍵詞:鍍膜光熱熱能

        朱宏剛

        (天津北玻玻璃工業(yè)技術(shù)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(huán)境污染愈來愈嚴(yán)重的今天,如何降低建筑能耗已經(jīng)成為建筑行業(yè)乃至整個(gè)社會(huì)的焦點(diǎn)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(xiàng)功能。而離線Low-E復(fù)合產(chǎn)品以其優(yōu)越的保溫和遮陽性能,早已成為建筑行業(yè)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(chǎn)品。衡量Low-E玻璃節(jié)能指標(biāo)包含傳熱系數(shù)即U值和太陽能得熱系數(shù)即SHGC兩項(xiàng),兩項(xiàng)數(shù)值越低,其玻璃產(chǎn)品節(jié)能指標(biāo)越好。同時(shí)考慮到目前雙銀產(chǎn)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(shù)之間的關(guān)系展開討論。

        1 理論研究

        透過玻璃熱能由兩部分構(gòu)成,一部分為太陽照射進(jìn)入室內(nèi)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(jì)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(qiáng)度,W/m2;

        SHGC——太陽得熱系數(shù),無量綱;

        T室外、 T室內(nèi)——分別為室外、室內(nèi)的環(huán)境溫度,℃;

        U——玻璃的傳熱系數(shù),W/(m2·K)。

        在實(shí)際使用中,透過玻璃的光與透過玻璃的太陽能關(guān)乎采光和隔熱性能,二者的關(guān)聯(lián)度很大且與玻璃的品種密切相關(guān),反應(yīng)這個(gè)關(guān)聯(lián)的參數(shù)就是“光熱比LSG”。

        光熱比LSG=可見光透過率T/太陽能得熱系數(shù)SHGC

        通過LSG可以一目了然地看出LSG數(shù)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(qiáng)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(shí),可見光透過率越高玻璃越通透。對于離線Low-E產(chǎn)品的LSG值與鍍膜產(chǎn)品的銀層厚度及比例存在很大的聯(lián)系,本文針對如何提高離線鍍膜產(chǎn)品光熱比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

        2 實(shí)驗(yàn)

        2.1 基片清洗

        本實(shí)驗(yàn)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(jī)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??量蹋捎陔x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(huì)對后續(xù)膜層的耐久性及加工性產(chǎn)生影響。附著在玻璃表面的臟污會(huì)向膜層內(nèi)遷移,對膜層造成不同程度的破壞。

        2.2 膜層設(shè)計(jì)

        本實(shí)驗(yàn)?zāi)釉O(shè)計(jì)采用:玻璃/SiAlNx/ZnAlOx/①Ag/NiCr/AZO/SiAlNx/ZnAlOx/②Ag/NiCr/AZO/SiAlNx的膜層結(jié)構(gòu)。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(guān)系。

        2.3 試樣制備

        基片經(jīng)過清洗風(fēng)干后利用北玻集團(tuán)自主研發(fā)的超大玻璃鍍膜生產(chǎn)線進(jìn)行試樣制備,相關(guān)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(shè)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(shè)定②Ag厚度設(shè)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(shè)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(xué)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(shù)據(jù)。

        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(biāo)準(zhǔn)中空結(jié)構(gòu)計(jì)算出試樣的太陽能得熱系數(shù)(SHGC)和可將光透過(T);按照式(1)計(jì)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(guān)系見圖1。

        圖1 A、B系列試樣銀層變化與LSG值的關(guān)系

        從圖1可以看出,無論固定雙銀產(chǎn)品的哪一層銀層,只要銀層總厚度增加,其LSG數(shù)值就會(huì)隨之變大。當(dāng)變量Ag層的厚度到達(dá)10 nm之前A系列試樣LSG值小于B系列試樣,但是當(dāng)厚度大于10 nm時(shí)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(guān)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(chǎn)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(dāng)①Ag厚度占總銀層厚度的40%時(shí),LSG值達(dá)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(yàn)證銀層比例對雙銀LSG數(shù)值關(guān)系曲線,特將①Ag比例分別為30%、40%、50%的D、E、F三個(gè)系列試樣的LSG值隨著銀層總厚度變化進(jìn)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(shí)在整個(gè)銀層變化過程中LSG值一直處于較大數(shù)值。

        F系列試樣即①Ag比例為50%時(shí)的LSG變化曲線,與E系列試樣曲線幾乎平行;在到達(dá)銀層總厚度為34 nm時(shí)出現(xiàn)相交趨勢。

        D系列試樣①Ag比例為30%時(shí)在最初銀層總厚度為20 nm時(shí)LSG值最大,當(dāng)銀層總厚度為22 nm時(shí)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?。辉阢y層總厚度為27 nm時(shí)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(jié)論

        (1)采用真空磁控濺射生產(chǎn)的離線雙銀產(chǎn)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(shí),可獲得相同銀層總厚度條件下的最大光熱比。

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