影響建筑玻璃組件節能效果的因素

  通過對試驗數的分析，說明玻璃厚度、玻璃間隔層的厚度、玻璃的輻射率、玻璃組件空腔內的氣體種類等對玻璃組件的熱傳導系數、太陽熱獲得系數、遮蔽系數、相對熱增的影響。

關鍵詞  節能系數 玻璃厚度 輻射率 惰性氣體 間隔層厚度

    自1978年國家把保護環境和自然資源列入國家的根本大法以來，國家頒布了一系列保護環境的法律、法規、條例、意見。2005年5月31日，建設部發布《關于發展節能省地型住宅和公共建筑的指導意見》。《意見》提出：到2020年，我國住宅和公共建筑建造和使用的能源資源消耗水平要接近或達到現階段中等發達國家的水平。

    2006年1月1日，建設部《民用建筑節能管理規定》開始施行。《規定》明確指出：民用建筑在規劃、設計、建造和使用過程中，通過采用新型墻體材料，執行建筑節能標準，加強建筑物用能設備的運行管理，合理設計建筑圍護結構的熱工性能，提高采暖、制冷、照明、通風、給排水和通道系統的運行效率，以及利用可再生能源，在保證建筑物使用功能和室內熱環境質量的前提下，降低建筑能源消耗，合理、有效地利用能源的活動。建設行政主管部門負責全國民用建筑節能的監督管理工作。

    同年12月29日，建設部印發《建筑門窗節能性能標識試點工作管理辦法》。該辦法所稱的建筑門窗節能性能標識是指表示標準規格門窗的傳熱系數、遮陽系數、空氣滲透率、可見光透射比等節能性能指標的一種信息性標識。

    光學數據通過分光光度計測量得到，輻射率通過紅外測試儀測量得到，所有數據組合通過勞倫斯伯克利實驗室的W7.0軟件計算得到。

    窗玻璃的節能指標，有U(K)值，SHGC、SC遮陽系數等參數。U（K）值也叫傳熱系數，指穩定傳熱條件下，玻璃兩側空氣溫差為1K時，單位時間內通過1m²中空玻璃傳遞的熱量，單位W/(m².K)。SHGC即太陽熱獲得系數，在太陽輻照相同的條件下，太陽輻射能量透過窗玻璃進入室內的量與相同尺寸但無玻璃的開口進入室內的熱量的比率。SC遮陽系數，指在太陽輻照相同的條件下，太陽輻射透過窗玻璃組件進入室內的量與通過相同尺寸的3mm的普通白玻進入室內的太陽輻射熱量之比。

 

1 玻璃組件為單片普通浮法玻璃時的節能系數

表1 單片普通浮法玻璃的節能系數

     從測量數據可以看出玻璃厚度從3mm增加到12mm時，傳熱系數、遮蔽系數、太陽熱獲得系數、相對熱增降均有不同程度的降低。但是這些數值依然很大，故采用增加玻璃厚度作為降低熱傳遞的方法效果并不理想。

 

2玻璃組件為單片普通浮法玻璃組成的中空玻璃的節能系數

表2 6mm普通浮法玻璃組成的間隔層厚度不同的單腔中空玻璃的節能系數

    從表2的數據可以看出，隨著間隔層的厚度的增加玻璃組件的傳熱系數夏季依次減小，冬季先減后增，而遮蔽系數，太陽熱獲得系數，相對熱增幾乎不變。但是由于間隔層厚度的增加到一定程度時，會導致熱對流的增加，通過空氣循環將熱量從溫度高的一邊，傳遞到溫度低的一邊，因此一味增加間隔層厚度來降低玻璃組件的熱傳導率并不可取。據檢測過程中得到的數據分析，遮陽系數、太陽熱獲得系數、相對熱增在中空玻璃組件中玻璃厚度一定的情況下，其主要影響因素是玻璃的光學數據，玻璃厚度不變其光學數據變化不大，因此上述參數改變不大。

 

3 充入惰性氣體對中空玻璃節能系數的影響

表3 結構相同的中空玻璃組件充入惰性氣體后的節能系數

    從表3數據可以看出，同一規格的玻璃充入氬氣后氣體的傳熱系數降低，遮蔽系數、太陽熱獲得系數、相對熱增幾乎不變。中空玻璃充入氬氣可以改善傳熱系數，即保溫性能，而對提高中空玻璃的隔熱性能作用不大。氬氣作為惰性氣體的一種，分子量為39.95比空氣分子量28大，密度也比空氣的密度大，中空玻璃組件充入氬氣后，可以減緩組件內的熱對流，從而減少氣體的導熱性，起到節能的效果。

 

4不同厚度的普通浮法玻璃組件的節能系數

表4不同厚度的普通浮法玻璃組件節能系數

    從表4的數據可以得到，間隔層厚度一定時， 中空玻璃腔內均充有氬氣時，隨著玻璃厚度的增加玻璃組件的傳熱系數、遮陽系數、太陽熱獲得系數、相對熱增依次減小，即單片玻璃的光學數據影響玻璃組件的傳熱系數、遮蔽系數、太陽熱獲得系數，相對熱增等。

 

5輻射率不同的玻璃組成中空玻璃時的節能系數

表5 輻射率不同的玻璃組成中空玻璃時的節能系數

注：LOW-E膜面在第二面,6mm白玻的光學數據一樣

    使用Low-E玻璃可以顯著降低玻璃的傳熱系數以6mm +12A+6mm（內充空氣）玻璃為例，兩塊玻璃都為白玻時，冬夏季的傳熱系數分別為2.500 W/( m².K)和2.717 W/( m².K)，當一塊玻璃使用輻射率為0.141的低輻射鍍膜玻璃時，冬夏季的傳熱系數分別為1.858 W/( m².K)和1.868 W/( m².K)，兩者相比傳熱系數下降了約25%。同一輻射率的Low-E玻璃組成中空玻璃組件內充90%(V/V)的氬氣時，傳熱系數比充空氣時又下降了10%。當輻射率從0.141降低到0.030時，傳熱系數的降低在20%左右。可見輻射率的降低是傳熱系數降低的有效因素，另外充入惰性氣體，相比于白玻中空玻璃組件來說對LOW-E中空玻璃是一種行之有效的降低傳熱系數的方法，同種結構玻璃組件相比充氣的比充空氣的傳熱系數降低10%以上。目前國內常用的惰性氣體是氬氣，充入量在90%(V/V)左右，就可以達到很好的節能效果。和空氣相比較，這些惰性氣體性能穩定、具有惰性和熱傳導率低的特點。空氣的傳導率為：0.0150，氬氣的熱傳導率為：0.0100，氪氣的傳導率為：0.0053，氙氣的傳導率為：0.0032。在上述三種惰性氣體中，氬氣的含量在空氣中是最大的，約占空氣質量的1%，是最經濟的一種氣體。另外由于惰性的化學穩定性，不容易與Low-E鍍膜玻璃的膜層中的銀發生反應。

 

6多腔中空玻璃的節能系數

表6 多腔中空玻璃U值的變化

注：第二、三、四、五結構Low-E膜面的位置分別在第二、三、四、五面。室外面為第一面，其他的面依次為第二面、第三面、第四面、第五面，室內面為第六面。

    使用多腔中空玻璃組件時，在Low-E玻璃輻射率相同及充入的氣體均為氬氣的情況下，增加中空玻璃的層數傳熱系數顯著降低，兩腔中空玻璃Low-E膜面在第二面和第三面時經計算得到傳熱系數相同，Low-E膜面在第四面和第五面時傳熱系數相同，遮陽系數因Low-E面所處位置不同而不同。用戶可以根據不同的用途自行決定Low-E膜在第幾面。

    玻璃門窗在建筑上所占的面積非常大，通過門窗散發出去或進來的熱量占建筑能耗相當大的比例，門窗節能效果好，在節能上具有很大的意義。現在建筑門窗節能通常采用在Low-E鍍膜中空玻璃充入氬氣作為節能的方法。使用Low-E玻璃和充入氬氣有在很大程度上降低門窗的能耗，Low-E玻璃和惰性氣體的使用將是現在和未來一個時期內門窗節能的重要手段，包括新型的節能建筑被動房仍是采用充入惰性氣體的多腔Low-E中空玻璃來降低熱傳導系數，目前采用雙腔中空玻璃，三片玻璃均為Low-E玻璃。隨著經濟的發展，節能環保越來越受到重視，門窗的節能技術會得到更大的發展。