Low-E玻璃選型及在節能建筑中的應用

張京玲 王文彪

（中國建筑材料檢驗認證中心有限公司,北京 100024）

Low-E玻璃全稱為低輻射鍍膜玻璃，英文為low emissivity coated glass，是指能對波長在1.0～40μm范圍內的遠紅外線，低吸收、低二次向外輻射(即低向外發射)、基本完全反射的鍍膜玻璃制品，能很好地阻擋遠紅外的輻射熱傳遞[1]。迄今為止，國內外市場上Low-E玻璃的最終使用形態絕大多數是以中空玻璃的形態出現的，具有隔熱、保溫、防噪聲、防結露等優良性能。

在建筑能耗中，通過門窗傳熱損失能源消耗約占建筑能耗的30%，用Low-E玻璃制造建筑物門窗和玻璃幕墻，可大大降低因輻射而造成的室內熱能向室外的傳遞，達到理想的節能效果。

1 影響Low-E玻璃節能程度的兩個重要指標

1.1 傳熱系數K/U

表示在一定條件下熱量通過玻璃在單位面積、單位溫差(指室內外溫差，不是溫度分布溫差)、單位時間內所傳遞的能量，單位通常用W/m2·K表示。玻璃的傳熱系數越大表明它的隔熱保溫性能越差，也就意味著通過玻璃的能量損失也就越多。傳熱系數可通過實測或理論計算分別獲得，并已實現了標準化。流行的有防護熱板法、熱流計法和計算法[2]。

1.2 遮陽系數Sc

遮陽系數是相對于3mm無色透明玻璃而定義的。它是以3mm透明玻璃的總太陽能透過率作為基準，其他玻璃種類的總太陽能透過率與之相比的結果。遮陽系數越低，表明能夠進入室內的太陽熱能就越少。但只是在炎熱氣候地區和大窗墻比時，遮陽系數低的玻璃才有利于節能；在寒冷地區和小窗墻比時，遮陽系數高的玻璃更有利于利用太陽能，以降低采暖能耗而實現節能[3]。

1.3 太陽得熱系數SHGC

又稱太陽能總透射比、得熱因子、g值，是指在太陽輻射相同條件下太陽輻射能量透過窗玻璃進入室內的量與通過相同尺寸但無玻璃的開口進入室內的太陽熱量的比率。我們把標準的3mm白玻璃的太陽能透過率的取值稱為航向比，遮陽系數Sc=太陽能得熱系數(SHGC)/ 航向比。

2 Low-E玻璃選型需考慮的主要因素

2.1 原片玻璃的選擇

原片玻璃對Low-E玻璃節能特性的影響主要從玻璃厚度和玻璃種類兩方面考慮。

2.1.1 原片玻璃的厚度

以具有12mm空氣夾層的普通中空玻璃進行計算，從圖1中可以看出，K值的變化與玻璃厚度的變化基本為直線關系，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/(m2·K)，對建筑能耗的影響甚微。在鍍膜玻璃組成中空時，厚度會依原片玻璃的種類而產生不同程度的影響，但主要的因素將會是玻璃鍍膜的類型[4]。

圖1 玻璃厚度對中空玻璃K值的影響

2.1.2 玻璃的類型

Low-E玻璃可分為在線Low-E和離線Low-E兩大類。目前市場上的離線Low-E又可以分為單銀高透型Low-E玻璃，遮陽型Low-E及雙銀Low-E三種。單銀高透型Low-E的透光率一般都較高，最高的透光率能達到83%左右。遮陽型Low-E與高透型Low-E的區別在于它的透光率沒有高透型高，一般都在40%左右，而遮陽系數較低一般都在0.5以下。因此，它具有良好的遮陽效果，適宜于南方使用。雙銀Low-E的膜層中有兩層銀層，銀層的添加是為了得到最低的輻射率。由于陽光透過率非常低，所以膜具有很低的遮陽系數和很高的可見光透過率。因此雙銀Low-E兼備了高透型Low-E及遮陽型Low-E的優點，并且具有比上述兩種Low-E更低的輻射率[5]。

以相同配置的6+12A+6(mm)的雙白中空玻璃與相同配置的Low-E中空玻璃為例。6+12A+6(mm)的雙白中空玻璃K值為2.9 W/m2·℃，而普通單銀Low-E中空玻璃的K值約為1.8 W/ m2·℃，兩者之間的熱阻值相差1.1 W/m2·℃。一個具有玻璃幕墻約2萬m2的高層建筑，如采用雙白中空玻璃就會有22 kW/h的損失，每天按8 h工作制計算，則為22 kW×8h=176 kW·h的損失，約合140.8元[6]。

2.2 鍍膜面位置

圖2 中空玻璃鍍膜位置的編號

由于Low-E玻璃鍍膜面所具有的獨特低輻射特性，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生不同的特性。圖2為中空玻璃鍍膜位置編號。中空玻璃共有4個表面，由室外向室內數分別為1#、2#、3#、4#面。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個不同位置時，中空玻璃的特性變化見表1。Low-E膜位于2#、3#面時，具有較低的相同的傳熱系數K值1.923，即保溫隔熱性能最好，位于2#面時具有較低的太陽得熱系數SHGC值0.625，而位于3#面時同樣的玻璃其太陽得熱系數SHGC0.676要大于位于2#位置的太陽得熱系數SHGC值。因此，建議在南方地區Low-E膜位于2#面，而在寒冷氣候條件下，在對室內保溫的同時希望更多地獲得太陽輻射熱量，北方地區位于3#面。還需注意的是，Low-E膜位于2#、3#面時外觀效果也不相同，不同型號的Low-E玻璃所具有的外觀效果差別很大，選擇時應綜合考慮外觀效果和節能特性[4]。

表1 low-E玻璃膜面位置對節能的影響

為了建筑節能或顏色裝飾的設計需要，在炎熱地區采用吸熱玻璃與Low-E玻璃組成中空。從表1中可以看出，吸熱玻璃位于室外，膜面在2#或3#位置時的傳熱系數為1.925都是最小，但3#位置的太陽得熱系數SHGC0.347比2#位置0.586小得多。這是因為Low-E膜在3#位置時吸熱玻璃已經吸收一部分太陽輻射熱，同時再經Low-E膜反射一部分太陽輻射熱，吸熱玻璃進行的二次輻射也被Low-E膜反射掉大部分。因此Low-E膜在3#位置的太陽得熱系數比在2#位置小得多，此時Low-E膜層應位于3#位置。

2.3 氣體夾層

氣體夾層主要影響中空玻璃的隔熱特性，而影響氣體夾層的因素主要有以下幾個方面：氣體夾層的厚度、氣體種類、氣體夾層間隔條和密封膠。

2.3.1 氣體夾層厚度

目前國內常用的中空玻璃氣體夾層厚度為6mm、9mm、12mm等。以三種6mm中空玻璃組合夾層為例，夾層厚度在1mm~15mm范圍內K值變化見圖3。由圖3可看出，三種6mm中空玻璃組合夾層的夾層厚度在1mm~9mm范圍內K值下降較快，而9mm~13mm開始變緩，13mm后基本保持持平甚至還有輕微回升。所以，對于6mm中空玻璃組合，超過13mm的氣體夾層厚度再增大不會產生明顯的節能效果。合理的中空玻璃的氣體層厚度為12.7mm左右，因此間隔層厚度選用12mm較好[4]。因此不同的中空玻璃組合夾層氣體層厚度在適宜的范圍內會產生明顯的節能效果。

圖3 氣體夾層厚度對K值的影響

2.3.2 氣體種類

充入中空玻璃夾層內的氣體需具有化學穩定性和低的導熱系數。中空玻璃夾層內部充填的氣體除空氣以外，還有氬氣、氪氣、氙氣等惰性氣體，不同的氣體，其導熱系數不同。由于氣體的導熱系數很低（空氣0.024W/(m·K)，氬氣0.016W/(m·K))，因此極大地提高了中空玻璃的熱阻性能。因氬氣在空氣中的含量豐富提取較容易，使用成本低，所以中空玻璃產品多采用。而氣體的濕度不同，其導熱系數也不相同。隨著氣體中含水量的增加，導熱系數會增加，所以夾層中一般要采用干燥氣體。不論填充何種氣體，在相同厚度情況下，中空玻璃的SHGC值和可見光透過率基本保持不變[4]。

表2 不同地區建筑外窗傳熱系數K(Wm- 2 k- 1 ) 及遮陽系數SC限值

2.3.3 間隔條

間隔條用來控制中空玻璃的內、外兩片玻璃的間距，并隔絕外部的水蒸氣，保證中空玻璃具有合理的氣體夾層厚度和使用壽命。間隔條的性能對中空玻璃的K值有一定影響。通常情況下，大多數間隔使用槽鋁法，雖然重量輕，加工簡單，但其導熱系數大，鋁間隔條的導熱系數在160W/(m·K)左右，分別是空氣的6667倍和玻璃的208倍(空 氣0.024 W/(m·K)，玻 璃0.77W/(m·K)。由于室內外溫差的存在，熱能通過鋁間隔條損失很多，導致中空玻璃的邊部熱阻降低。在室外氣溫特別寒冷時，室內的玻璃邊部都會產生結霜現象。現在市場上還有用Swiggle(實唯高)膠條，由于它采用邊部連續密封材料保溫、只有一個連接角，消除了密封不連續、有縫隙的問題，隔熱性能比鋁間隔條更好，大大減少了玻璃邊部的熱量損失，有效地減少了邊部結露現象，達到更佳的節能效果。

2.3.4 密封膠

中空玻璃制造有單道和雙道密封工藝。密封膠必須具備良好的密封性能，較低的透氣性能。常用的幾種玻璃密封膠包括PIB(聚異丁烯)、硅酮類、聚硫類和聚氨酯類密封膠。密封膠除了具有優良的粘結性能，同時還應具有優良的耐候性和耐老化性能。

3 不同型號的Low-E玻璃在節能建筑中的應用

我國地域廣闊，氣候差異較大，包括嚴寒氣候區、寒冷氣候區、溫暖氣候區、夏熱冬冷氣候區、夏熱冬暖氣候區，不同的氣候區建筑節能設計標準不同(見表2) [7]。在使用Low-E玻璃門窗時還應綜合考慮各地區氣候、建筑類型等因素。

3.1 嚴寒氣候區、寒冷氣候區

嚴寒氣候區、寒冷氣候區指的是冬季時間長、氣溫低的中、高緯度地區。許多寒冷地區有幾周甚至幾個月室外的溫度明顯低于人們所要的室內溫度水平。在這些地區選用Low-E就必須使用高透型Low-E，這種玻璃具有較高的陽光透過率，為的是在冬季白天讓更多的陽光直接進入室內。Low-E膜在2或3號任何一個面都不影響其傳熱系數計算，但實際情況還是有區別的。大家都知道Low-E玻璃的最大特點能夠向熱源方向的反射熱輻射因此安裝時就要考慮朝向。如考慮室內保溫為主，Low-E用在3號面上的性能優于2號面。如考慮防止外部熱輻射在2號面上鍍Low-E膜更有效。

3.2 溫暖氣候區、夏熱冬暖氣候區

溫暖氣候區、夏熱冬暖氣候區指的是夏季炎熱的中、高緯度地區，如美國、日本及我國的大部分地區。這些地區由于室外溫度很高，室外大量的陽光直接進人室內，導致室內溫度迅速升高，增加大量的制冷費用。在這些地區選用Low-E玻璃必須選用具有較低的遮陽系數的Low-E玻璃。目前市場上有遮陽型單銀Low-E及雙銀Low-E可供使用。由于雙銀Low-E不但具有較低的遮陽系數同時還有較高的透光率，在南方使用有其得天獨厚的優勢。但由于雙銀Low-E生產工藝復雜，對生產線的要求高，故生產成本較高相應市場價格也較高。遮陽型Low-E由于它是單銀Low-E的一種，生產工藝相對簡單，對生產線的要求沒雙銀高，市場價格相對便宜。從遮陽角度來說，遮陽型Low-E的遮陽系數與雙銀的相當，唯一的差別在于透光率相對較低，但仍有40%左右，完全能滿足市場的要求。

3.3 夏熱冬冷氣候區

夏熱冬冷氣候區氣候特征是，夏季氣候炎熱，室內溫度在30℃以上，有時甚至高達40℃；冬季冷，室內溫度一般在8℃左右，最低到0℃，氣候條件十分復雜。氣候的突出特點表現在夏季時間長，太陽輻射強度大，因此節能的重點應在夏季防熱，同時兼顧冬季保溫。在這些地區選用Low-E玻璃與炎熱氣候區相似，必須選用具有較低遮陽系數的Low-E玻璃。但每一種玻璃都有優缺點，玻璃的選型還要考慮到設計需要，窗的采光問題，不能以損失窗的透光性能來提高隔熱能力，否則，節能效果會適得其反。

通過以上分析，建筑節能實現的關鍵點之一在于使用節能玻璃，尤其是Low-E鍍膜玻璃。傳熱系數和遮陽系數是影響Low-E玻璃節能效果的兩個重要指標。Low-E玻璃在選型使用時需考慮以下內容：

1 玻璃鍍膜的類型和鍍膜面的位置是影響節能效果的主要因素；

2 不同的中空玻璃組合夾層氣體層厚度在適宜的范圍內會產生明顯的節能效果；

3 間隔條的性能對中空玻璃的K值有一定影響；

4 密封膠除了具有優良的粘結性能，同時還應具有優良的耐候性和耐老化性能；

5 還應綜合考慮各地區氣候、建筑類型等因素。

[1] 潘偉. Low-E中空玻璃節能原理的簡述[J].玻璃，2007，（1）：60-63.

[2] 楊建軍.最大效率發揮Low-E玻璃的節能作用[J].建設科技，2009，(1)：68-70

[3] 宋巖麗.幾種鍍膜玻璃的性能比較及應用[J].建材技術與應用，2009，(5)：9-11

[4] 魯大學.中空玻璃節能特性的影響因素分析[J].建筑節能，2004，（5）：41-44

[5] 林改. Low-E玻璃及選型使用[J]. 玻璃，2008，（3）：36-38

[6] 董慶. Low-E玻璃的應用[J].科技情報開發與經濟，2008，18（16）：126

[7] 葛偉青.楊靜. Low-E玻璃的性能分析及在節能建筑中的應用[J]. 陶瓷研究與職業教育，2008，（2）：15-18