影响建筑玻璃组件节能效果的因素

  通过对试验数的分析，说明玻璃厚度、玻璃间隔层的厚度、玻璃的辐射率、玻璃组件空腔内的气体种类等对玻璃组件的热传导系数、太阳热获得系数、遮蔽系数、相对热增的影响。

关键词  节能系数 玻璃厚度 辐射率 惰性气体 间隔层厚度

    自1978年国家把保护环境和自然资源列入国家的根本大法以来，国家颁布了一系列保护环境的法律、法规、条例、意见。2005年5月31日，建设部发布《关于发展节能省地型住宅和公共建筑的指导意见》。《意见》提出：到2020年，我国住宅和公共建筑建造和使用的能源资源消耗水平要接近或达到现阶段中等发达国家的水平。

    2006年1月1日，建设部《民用建筑节能管理规定》开始施行。《规定》明确指出：民用建筑在规划、设计、建造和使用过程中，通过采用新型墙体材料，执行建筑节能标准，加强建筑物用能设备的运行管理，合理设计建筑围护结构的热工性能，提高采暖、制冷、照明、通风、给排水和通道系统的运行效率，以及利用可再生能源，在保证建筑物使用功能和室内热环境质量的前提下，降低建筑能源消耗，合理、有效地利用能源的活动。建设行政主管部门负责全国民用建筑节能的监督管理工作。

    同年12月29日，建设部印发《建筑门窗节能性能标识试点工作管理办法》。该办法所称的建筑门窗节能性能标识是指表示标准规格门窗的传热系数、遮阳系数、空气渗透率、可见光透射比等节能性能指标的一种信息性标识。

    光学数据通过分光光度计测量得到，辐射率通过红外测试仪测量得到，所有数据组合通过劳伦斯伯克利实验室的W7.0软件计算得到。

    窗玻璃的节能指标，有U(K)值，SHGC、SC遮阳系数等参数。U（K）值也叫传热系数，指稳定传热条件下，玻璃两侧空气温差为1K时，单位时间内通过1m²中空玻璃传递的热量，单位W/(m².K)。SHGC即太阳热获得系数，在太阳辐照相同的条件下，太阳辐射能量透过窗玻璃进入室内的量与相同尺寸但无玻璃的开口进入室内的热量的比率。SC遮阳系数，指在太阳辐照相同的条件下，太阳辐射透过窗玻璃组件进入室内的量与通过相同尺寸的3mm的普通白玻进入室内的太阳辐射热量之比。

 

1 玻璃组件为单片普通浮法玻璃时的节能系数

表1 单片普通浮法玻璃的节能系数

     从测量数据可以看出玻璃厚度从3mm增加到12mm时，传热系数、遮蔽系数、太阳热获得系数、相对热增降均有不同程度的降低。但是这些数值依然很大，故采用增加玻璃厚度作为降低热传递的方法效果并不理想。

 

2玻璃组件为单片普通浮法玻璃组成的中空玻璃的节能系数

表2 6mm普通浮法玻璃组成的间隔层厚度不同的单腔中空玻璃的节能系数

    从表2的数据可以看出，随着间隔层的厚度的增加玻璃组件的传热系数夏季依次减小，冬季先减后增，而遮蔽系数，太阳热获得系数，相对热增几乎不变。但是由于间隔层厚度的增加到一定程度时，会导致热对流的增加，通过空气循环将热量从温度高的一边，传递到温度低的一边，因此一味增加间隔层厚度来降低玻璃组件的热传导率并不可取。据检测过程中得到的数据分析，遮阳系数、太阳热获得系数、相对热增在中空玻璃组件中玻璃厚度一定的情况下，其主要影响因素是玻璃的光学数据，玻璃厚度不变其光学数据变化不大，因此上述参数改变不大。

 

3 充入惰性气体对中空玻璃节能系数的影响

表3 结构相同的中空玻璃组件充入惰性气体后的节能系数

    从表3数据可以看出，同一规格的玻璃充入氩气后气体的传热系数降低，遮蔽系数、太阳热获得系数、相对热增几乎不变。中空玻璃充入氩气可以改善传热系数，即保温性能，而对提高中空玻璃的隔热性能作用不大。氩气作为惰性气体的一种，分子量为39.95比空气分子量28大，密度也比空气的密度大，中空玻璃组件充入氩气后，可以减缓组件内的热对流，从而减少气体的导热性，起到节能的效果。

 

4不同厚度的普通浮法玻璃组件的节能系数

表4不同厚度的普通浮法玻璃组件节能系数

    从表4的数据可以得到，间隔层厚度一定时， 中空玻璃腔内均充有氩气时，随着玻璃厚度的增加玻璃组件的传热系数、遮阳系数、太阳热获得系数、相对热增依次减小，即单片玻璃的光学数据影响玻璃组件的传热系数、遮蔽系数、太阳热获得系数，相对热增等。

 

5辐射率不同的玻璃组成中空玻璃时的节能系数

表5 辐射率不同的玻璃组成中空玻璃时的节能系数

注：LOW-E膜面在第二面,6mm白玻的光学数据一样

    使用Low-E玻璃可以显著降低玻璃的传热系数以6mm +12A+6mm（内充空气）玻璃为例，两块玻璃都为白玻时，冬夏季的传热系数分别为2.500 W/( m².K)和2.717 W/( m².K)，当一块玻璃使用辐射率为0.141的低辐射镀膜玻璃时，冬夏季的传热系数分别为1.858 W/( m².K)和1.868 W/( m².K)，两者相比传热系数下降了约25%。同一辐射率的Low-E玻璃组成中空玻璃组件内充90%(V/V)的氩气时，传热系数比充空气时又下降了10%。当辐射率从0.141降低到0.030时，传热系数的降低在20%左右。可见辐射率的降低是传热系数降低的有效因素，另外充入惰性气体，相比于白玻中空玻璃组件来说对LOW-E中空玻璃是一种行之有效的降低传热系数的方法，同种结构玻璃组件相比充气的比充空气的传热系数降低10%以上。目前国内常用的惰性气体是氩气，充入量在90%(V/V)左右，就可以达到很好的节能效果。和空气相比较，这些惰性气体性能稳定、具有惰性和热传导率低的特点。空气的传导率为：0.0150，氩气的热传导率为：0.0100，氪气的传导率为：0.0053，氙气的传导率为：0.0032。在上述三种惰性气体中，氩气的含量在空气中是最大的，约占空气质量的1%，是最经济的一种气体。另外由于惰性的化学稳定性，不容易与Low-E镀膜玻璃的膜层中的银发生反应。

 

6多腔中空玻璃的节能系数

表6 多腔中空玻璃U值的变化

注：第二、三、四、五结构Low-E膜面的位置分别在第二、三、四、五面。室外面为第一面，其他的面依次为第二面、第三面、第四面、第五面，室内面为第六面。

    使用多腔中空玻璃组件时，在Low-E玻璃辐射率相同及充入的气体均为氩气的情况下，增加中空玻璃的层数传热系数显著降低，两腔中空玻璃Low-E膜面在第二面和第三面时经计算得到传热系数相同，Low-E膜面在第四面和第五面时传热系数相同，遮阳系数因Low-E面所处位置不同而不同。用户可以根据不同的用途自行决定Low-E膜在第几面。

    玻璃门窗在建筑上所占的面积非常大，通过门窗散发出去或进来的热量占建筑能耗相当大的比例，门窗节能效果好，在节能上具有很大的意义。现在建筑门窗节能通常采用在Low-E镀膜中空玻璃充入氩气作为节能的方法。使用Low-E玻璃和充入氩气有在很大程度上降低门窗的能耗，Low-E玻璃和惰性气体的使用将是现在和未来一个时期内门窗节能的重要手段，包括新型的节能建筑被动房仍是采用充入惰性气体的多腔Low-E中空玻璃来降低热传导系数，目前采用双腔中空玻璃，三片玻璃均为Low-E玻璃。随着经济的发展，节能环保越来越受到重视，门窗的节能技术会得到更大的发展。