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Low-E玻璃鍍膜面位置對中空玻璃性能的影響
發布時間:2017-10-25   點擊次數:624次

本文主要分析了Low-E 玻璃鍍膜面放置位置不同時,對Low-E中空玻璃尤其三玻 Low-E 中空玻璃的U值、遮陽系數的影響,并對 Low-E 玻璃e值、U值、遮陽系數的相應關系,及中空玻璃充填惰性氣體後玻璃U值的變化進行了探讨,以期為節能門窗設計提供了 Low-E玻璃的使用方法。

随着天津地區建築節能向第四步節能目标推進, 對門窗的節能性能要求也越來越高, 今後的門窗U值要求在2.0 W/(m2·K)~1.8W/(m2·K)左右,要想提高門窗的節能性能, 玻璃的選用是很重要的一環。

目前使用的中空玻璃品種,多數為雙玻中空、三玻中空、 雙玻 Low-E 中空等産品。 随着對門窗節能性能要求的提升, 門窗用中空玻璃的配置也向雙玻Low-E 中空(離線、雙銀)、 三玻 Low-E中空、三玻雙片Low-E 或采用暖邊、充氣等技術方向發展,玻璃的節能性能将得到顯著的提升。

Low-E 玻璃的選用越來越被人們所重視, 其産品系列、 規格、品種越來越細化,針對不同的節能性能要求,出現了更多的新産品。

Low-E 玻璃的特性

Low-E 玻璃 (又稱低輻射鍍膜玻璃) 是 Low Emissivity Glass 的簡稱, 是在玻璃表面鍍上多層金屬或其他化合物組 成的膜系産品。 該産品對可見光有較高的透射率,對紅外線(尤其是中遠紅外)有很高的反射率,具有良好的隔熱性能。 可以起到控制陽光、節約能源、控制調節熱量及改善環境的 作用。 普通玻璃的表面輻射率 e 在 0.84 左右,在線 Low-E 玻 璃的表面輻射率一般在 0.25 以下。 這種厚度在 80nm~90nm的低輻射膜層對遠紅外熱輻射的反射率很高,能将 80%以上 的遠紅外輻射反射回去,所以 Low-E 玻璃具有良好的阻隔熱 輻射透過的作用。

太陽的輻射光線,能大部分通過中空玻璃透射到室内,給 我們的生活帶來了光明和溫暖。 室内的物品會因自身溫暖的溫度而發生再輻射(長波),又将一定的熱量通過中空玻璃而 傳遞到室外。 使用低輻射鍍膜玻璃制作的中空玻璃,會将太陽光線中的大部分可見光和太陽能透射至室内,并且有效地 阻止室内的再輻射(長波)通過玻璃傳到室外,達到了降低門 窗産品 U 值的目的。

冬季,我國北方城市的低輻射中空玻璃設計主要考慮的 是屏蔽紫外線、對可見光線的高透射(提高自然光的利用)、 對近紅外線的高透射(獲得太陽熱能)、對長波(2.5μm~50μm 之間)的低透射(阻止室内的熱能流失)。

夏季,我國南方城市的低輻射中空玻璃設計主要考慮的 是屏蔽紫外線、對可見光的高透射(提高自然光的利用)、對 近紅外線的低透射(屏蔽太陽熱能)、對長波(2.5μm~50μm 之 間)的低透射[阻止室外物品(公路、建築等)的熱能輻射、同時 也阻止室内冷氣的流失。

Low-E玻璃的e值對區别在線Low-E玻璃、離 線Low-E玻璃的作用 由于Low-E玻璃是在玻璃表面塗鍍一層或幾層銀金屬薄膜或其他化合物組成的膜系列産品,其膜層具有極低的表 面輻射率, 将波長在2.5μm~40μm的遠紅外熱能輻射回去。Low-E玻璃的輻射率e值越小,玻璃的U值越低,其隔熱保溫效果越好。

按照加工工藝不同,Low-E 玻璃可分為在線 Low-E 玻璃 和離線 Low-E 玻璃。 兩種的主要區别是 Low-E 玻璃的 e 值 大小,一般在線 Low-E 玻璃的 e 值在 0.30~0.16 左右;離線 單銀 Low-E 玻璃的 e 值一般在 0.15~0.08 左右;雙銀 Low-E 玻璃的 e 值一般在 0.05~0.07 左右;三銀 Low-E 玻璃的 e 值 一般在 0.02 左右。 普通透明玻璃的輻射率 e 為 0.84,意味着 能将波長在 2.5μm~40μm 之間的遠紅外熱能的 16%輻射回 去。 如國家玻璃數據庫中的 253 号,是離線低輻射鍍膜玻璃, 其輻射率為 0.08,就意味着可将波長在 2.5μm~40μm 遠紅外 熱能的 92%輻射回去,使中空玻璃的節能效果更加明顯。

離線 Low-E 玻璃

一般膜系由幾到十幾層膜層構成, 鍍膜材料為金屬銀, 其中僅僅是銀膜層起低輻射作用,其它膜層全部為保護和過 度膜層。 采用真空磁控濺射工藝,在玻璃表面鍍上單層、雙層 或多層銀的功能膜,銀的兩側需加上多層介質膜。

為了追求不同地區的更高節能要求, 相繼出現了雙銀、 三銀的低輻射鍍膜玻璃。其膜系結構比普通 Low-E 膜層複雜 雙銀(三銀)Low-E 玻璃突出了玻璃對太陽熱輻射的遮蔽,它 zui大限度地将太陽光過濾成為冷光源,解決了高可見光透過 率與低太陽能透過率不能兼顧的矛盾,從而獲得了同時具有 較高可見光透過率、較低太陽熱輻射透過率的效果。

在線 Low-E 玻璃

在線低輻射鍍膜玻璃硬度大,不容易劃傷,故稱為硬鍍 膜。 其生産是在一定溫度下進行的,稱為化學氣相沉積法。 鍍膜材料為氧化錫,其膜層厚度是離線的 20 倍,但也是相 當薄的。

離線 Low-E 玻璃的光譜呈現銀和氧化錫複合膜的特征, 而在線 Low-E 玻璃的光譜呈現氧化錫導電膜的特征,二者對 可見光都有良好的透射,而對近紅外光前者比後者具有高得 多的反射,對遠紅外輻射前者比後者吸收少、反射高。 因此, 與離線 Low-E 玻璃相比, 在線 Low-E 玻璃具有較高的遮陽 系數和較高的傳熱系數。

在應用中要根據對門窗性能的設計要求, 選擇玻璃品 種,同時還應考慮 Low-E 玻璃的 U 值、遮陽系數 S C、 Low-E 玻璃的 e 值,應在玻璃數據庫中選擇既符合門窗用玻璃 U 值 要求, 又符合對遮陽系數 S C 設 計要求的玻璃品種。 不同 Low-E 玻璃的 e 值,其玻璃 U 值和遮陽系數有很大影響, 正 确認識 Low-E 玻璃的 e 值,對選用玻璃品種時會有很大的參 考價值。

Low-E 鍍膜面位置對中空玻璃的影響

如上圖中所示兩片中空玻璃的室外側表面為第1面, 室内側内表面為第4面, 第 2、3 面分别位于中空玻璃的内 部中間。

低輻射鍍膜位于第 2 面或第 3 面,對于兩片中空玻璃的U值影響甚微,但卻有着不同的遮陽系數(表 1 第 6~7 号)。

當 Low-E 玻璃處于第三面時(5mm+12Ar+6mm):

U=1.728,SC=0.819,g=0.712;

當 Low-E 玻璃處于第二面時(5mm+12Ar+6mm):

U=1.729,SC=0.593,g=0.618。

在我國的北方低輻射鍍膜位于第 3 面時,在冬季會獲得大量的太陽能,而夏季會加大制冷的費用。 天津處于寒冷(B) 地區氣候區,氣候特征屬于冬寒夏熱,所以确定 Low-E 玻璃 面的位置既要考慮冬季獲得太陽能的熱量,又要考慮夏季空 調制冷所耗費的能源,遮陽系數(S C)不 能過大。 綜合考慮,建 議天津地區窗用玻璃,低輻射鍍膜應位于第2面,在阻止太陽能熱量進入室内的同時,又有良好的隔熱保溫效果。

兩腔三玻中空 Low-E 玻璃面的配置對玻璃性 能的影響

我們采用粵建科 MQMC 熱工軟件, 對兩腔三玻中空Low-E 玻璃的鍍膜面處于不同位置的節能效果進行了計算, 彙總成表 1。

玻璃面确定

雙玻中空玻璃的玻璃面,室外側為第 1 面,由室外向室 内依次為 2 面、3 面,第 4 面為室内側,三玻時依然為室外側 為第 1 面,以此類推為 2、3、4、5,第 6 面為室内側。

三玻中空單片 Low-E 玻璃鍍膜面位置确定

三玻中空單片 Low-E 玻璃鍍膜面位置不同, 其參數結果 見表 2。 從表 2 中可以看出,膜面所處位置不同,玻璃 U 值卻 沒有太大變化,U 都在 1.471~1.452 之間。 位置不同保溫節能效果一樣,但遮陽系數 Sc 從 0.481~0.715 卻有很大變化。 從U 值的角度考慮,四種選擇(第 2 面、第 3 面、第 4 面和第 5 面)都有着相同的數值。 而從 Sc 角度考慮,第 2 面zui小,第 5 面zui大。 Sc 越大,表示獲得的太陽能越多,反之越少。 如果選 擇 Sc(0.715)放在第 5 面的情況,冬季可以獲得更多熱量,但

夏季又會付出更多空調費用,要根據設計要求來确定相應的 膜面位置,因天津處于寒冷(B)區,我們建議應放在第 2、第 4 面更好一些,冬季可以獲得足夠熱量,夏季又會付出相對較 少的空調費用。

Low-E 中空玻璃鍍膜面處于不同位置時玻璃 U 值、遮陽 Sc 變化表

注:雙玻時兩片玻璃的玻璃面分别為室外側為 1 面、2 面、3 面、第四面為室内側;三玻時依舊為室外側為 1 面,以此類推為 2、 3、4、5,6 為室内側。 e 為 Low-E 玻璃的輻射率,幅射率越低玻璃的節能性能越好,一般在線在 0.25 左右,離線小于等于 0.15, 好的離線在 0.1 左右,雙銀在 0.05~0.07,三銀在 0.02 左右。

三玻中空單片 Low-E 玻璃鍍膜面處于不同位置時 玻璃U 值、遮陽系數 Sc 對比表

三玻中空雙片 Low-E 玻璃鍍膜面處于不同位置時 玻璃 U 值、遮陽系數 Sc 對比表

從表 3 中可以看出,采用兩片 Low-E 玻璃,主要是提高 玻璃配置的節能性能,獲得更好的節能效果,從所處不同的 膜面位置分析 35、24 組位置較好(即第 3、第 5 面和第 2、第 4 面),玻璃 U 值一樣為 1.183,采用雙片 Low-E 玻璃,其節能 性能提高的比較顯著,Sc 卻大不一樣 (Sc 分别為 0.603 和 0.401)相差很大,選用哪種組合要根據設計要求确定,我們建 議選用 24 組合即膜面放在第 2 面和第 4 面, 會取得更大的 節能效果。 具體可參考表 1 提供的數據。

Low-E 中空玻璃充氣後對節能性能的影響

從下表中可以看出,同一種玻璃品種(Low-E 玻璃的e值為0.30 或0.24 或0.16 或0.09),對比充氣後變化相差很大,如:

第1、2 組普通中空玻璃其U 值相差2.66-2.502=0.158;

第3、4 組e 值0.30,其U 值相差2.079-1.837=0.242;

第5、6 組e 值0.24,其U 值相差1.983-1.728=0.255;

第7、8 組e 值0.16,其U 值相差1.854-1.576=0.278;

第9、10 組e 值0.09,其U 值相差1.740-1.445=0.295。

随着Low-E 中空玻璃e 值不斷地降低,其充氣後玻璃U 值的對比差也會從0.242 提升到0.295,提升幅度達到21.9%。随着玻璃的e值降低,充氣後其節能效果愈加明顯,如普通中空玻璃第1、2 組充氣後差值(0.158),和玻璃e值zui好的第9、10組充氣後差值(0.295)相比(0.295-0.158=0.137),提升了86.7%。所以玻璃的e值越低,節能性能越好,充氣後其玻璃的U值降低幅度越大。

如果在中空玻璃中增加Low-E 玻璃後又充填惰性氣體,其玻璃的U 值可大幅度降低。表4 第17 組是三玻中空,U值1.776;第21 組是三玻中空增加了Low-E 玻璃其U 值1.263,提升幅度40.6%;第22 組是三玻中空Low-E充填氣體,其U值是1.043,與17 組比值相比,提升幅度達到70.2%。所以要想大幅度降低玻璃的U 值,就必須既采用Low-E玻璃又要充填氣體,才能獲得更好的節能效果。

建議

在選用Low-E 玻璃制作中空玻璃時應注意考慮以下問題:

  • Low-E 玻璃e 值的變化,對Low-E中空玻璃整體性能的影響;

  • 在使用三玻中空時,玻璃Sc 與Low-E 面放置位置的關系;

  • 在使用三玻中空時,玻璃U 值與Low-E 面放置位置的關系;

  • 根據設計要求确定中空玻璃Low-E 鍍膜面應放置的合理位置;

  • 采用Low-E玻璃,要考慮充填惰性氣體,才能獲得更佳的節能效果。

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