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专家解读:在线Low-e玻璃应用技术要点,胜读十年书!

2017-02-13

 一、前言



中空Low-e玻璃以其优良的光、热性能被广泛地应用于建筑门窗和玻璃幕墙工程。通常所用的Low-e玻璃都是离线工艺生产的,即将玻璃板表面清洗干净,采用真空磁控溅射设备,在玻璃板表面镀一层银膜及多层功能膜,对玻璃光、热性能起主要作用的是这层银膜。镀一层银膜的称为单银Low-e,镀两层银膜的称为双银Low-e,镀三层银膜的称为三银Low-e。由于是采用真空磁控溅射工艺和设备在玻璃板上镀Low-e膜,膜层与玻璃板表面之间是分子键,膜层与玻璃表面之间的牢固度较低,膜层本身较“软”,易划伤、磨伤,银膜长时间暴露在空气中还易氧化、变性,因此离线Low-e玻璃膜也俗称“软膜”。通常要将Low-e玻璃制作成中空玻璃,且Low-e膜位于中空玻璃空气腔中,以保护Low-e膜不被划伤、磨伤和氧化,即离线Low-e玻璃不能裸用。


在线Low-e玻璃是在浮法玻璃生产线上,在生产浮法玻璃的过程中,采用化学气相沉积方法,在玻璃板表面镀一层半导体氧化物膜,该膜层与离线Low-e膜具有相似的优良光、热性能,称为在线Low-e玻璃。在线low-e膜层与玻璃板表面之间是化学键,膜层与玻璃表面之间的牢固度较高,膜层本身非常“硬”,不易划伤、磨伤,膜层长时间暴露在空气中也没有氧化、变性问题,因此在线Low-e玻璃膜也俗称“硬膜”。在线Low-e玻璃可单独使用,即在线Low-e玻璃能裸用。


二、Low-e玻璃节能机理


Low-e是英文Low emission 的缩写,其中文意思为低辐射,Low-e 玻璃即为低辐射玻璃。任何物体,在绝对温度0K以上,均向外辐射电磁波,也吸取电磁波,波段范围通常为5—50 ,即通常所说的环境热量。一般情况下,物体的辐射能力等于吸取能力。物体辐射服从斯蒂芬—波尔兹曼定律:


 


式中:E——物体的辐射能流密度;T—物体的绝对温度;C—物体的辐射系数,也等于吸取系数。


黑体的吸取系数Cb最大,即辐射系数Cb最大,Cb为5.68,其他物体称为灰体,其辐射系数C均小于Cb。物体的辐射系数C与黑体辐射系数Cb的比值称为该物体的辐射率 ,显然物体的辐射率是小于1的常熟。辐射率较小的材料称为低辐射材料。国家标准规定,离线Low-e玻璃膜的辐射率 应不大于0.15;在线Low-e玻璃膜的辐射率应不大于0.25,即离线Low-e玻璃对环境热量的辐射能力更低。


太阳光谱和环境热量波谱见图1。在太阳光谱中,能量主要集中在0.30—2.5 区间,其中0.30—0.384是紫外线,0.38—0.78  是可见光,0.78—2.5 是近红外线。环境热量分布在2.5—40 之间,在太阳光谱中,没有远红外线,即没有环境热量。


图1 太阳光谱和环境热量波谱


平板玻璃的光谱见图2。由图2可见,在太阳光谱范围内,平板玻璃透射率非常高,即对于太阳光,平板玻璃几乎是完全透明的,因此平板玻璃的遮阳系数很大,遮阳性能较差。在环境热量波谱范围内,平板玻璃是完全不透明的,即透射率是零,所以平板玻璃具有保温性能,可以作为建筑外维护材料使用。但平板玻璃的保温性能较差,传热系数较大,其原因是在环境热量波谱范围内,平板玻璃的吸取率非常高,反射率较低,当平板玻璃两侧存在温差时,平板玻璃吸取高温一侧的热量而自身温度提高,并将热量传递的低温一侧,这就是平板玻璃保温性能差的机理。


图2 平板玻璃的光谱


Low-e玻璃的光谱见图3。由图3可见,Low-e玻璃在可见光范围内透射率仍然较高,但比平板玻璃已有所降低。在太阳光谱中的近红外线范围内,Low-e玻璃的透射率下降较多,即Low-e玻璃的遮阳性能较好,遮阳系数较低。在环境热量范围内,Low-e玻璃的吸取率较低,反射率较高,当Low-e玻璃两侧存在温差时,Low-e玻璃将高温一侧的热量反射回高温一侧,只将较少一部分热量传递到低温一侧,这就是Low-e玻璃保温性能好的机理。


图3 Low-e玻璃光谱


三、单片在线Low-e玻璃应用


既然在线Low-e玻璃膜层较“硬”,即可以单片使用。使用中应将Low-e膜面设置在室内侧,见图4。这样做不仅保留了在线Low-e玻璃较好的遮阳性能,也使其保温性能达到最佳,即传热系数较低。降低在线Low-e玻璃传热系数的机理是:玻璃内换热系数为:


图4 单片在线Low-e玻璃




式中:——室内表面换热系数;  ——室内表面对流换热系数,通常取3.6;


 ——室内表面辐射换热系数;  ——室内表面辐射率。


对于普通玻璃,其表面辐射率为0.837,计算得普通玻璃内表面换热系数为8 。如果玻璃内侧有在线Low-e膜,例如取其辐射率 为0.1,则玻璃室内表面换热系数降至4.1  ,普通单片玻璃传热系数一般为5.6——6.0  ,单片在线Low-e玻璃的传热系数可降至3.4——3.7   ,节能效果极为明显。


夏热冬暖地区建筑节能主要着眼点是玻璃的遮阳系数,对玻璃的传热系数要求不高,在许多情况下传热系数要求在3.5—4.7  ,采用单片在线low-e玻璃即可满足对玻璃遮阳系数和传热系数的要求。


夹层在线low-e玻璃应用的技术与单片在线low-e玻璃相同,low-e膜也应设置在室内侧,这样设置玻璃的热工性能表现最佳。如果low-e膜设置于夹胶层中,low-e膜对玻璃传热系数的贡献降低至零,同时还可能产生PVB胶片与low-e膜不相容问题,造成夹层在线low-e玻璃在使用中PVB胶片开裂、失效。


四、中空在线low-e玻璃


中空玻璃周边密封性能至关重要,如果密封性能不好,环境空气就会进入中空玻璃空腔,空气中的水蒸气也随之进入中空玻璃空腔中。当空腔中水蒸气浓度达到一定程度,中空玻璃就会出现内结露现象,中空玻璃随之失效。环境空气进入中空玻璃空腔的同时,空气中的氧气也随之进入空腔,当空腔中氧气浓度达到一定程度,离线low-e膜将发生氧化、变性,中空离线low-e玻璃失效。相对比较,中空离线low-e玻璃low-e膜氧化比内结露更敏感,更易发生,且low-e膜氧化不可逆转。中空玻璃周边密封是相对的,气体有渗透是绝对的。当空气渗透量较少,中空玻璃尚未达到内结露,但可能造成离线low-e膜的氧化。如果采用在线low-e玻璃构成中空low-e玻璃,由于在线low-e膜没有氧化问题,因此采用在线low-e玻璃构成中空玻璃,可弥补中空玻璃密封性能欠佳的问题。对于尚未达到内结露,但有少量空气渗透,采用离线low-e玻璃low-e膜可能会氧化、失效,但采用在线low-e玻璃则可保持该中空玻璃仍能正常使用。


五、超级节能中空玻璃


国家对建筑节能要求越来越高,对材料热工性能要求越来越严,如北京地区自2014年起,居住建筑外窗的传热系数限值为1.5—2.0  。由于窗框的传热系数普遍大于或远大于2.0 ,因此要求玻璃的传热系数应尽可能的低,以保证整窗传热系数达到2.0 以下。


常用的6+12A+6low-e(离线)中空玻璃的传热系数大约为1.8 ,无法满足整窗传热系数达到2.0 以下要求。如果组成中空玻璃的两片玻璃都采用离线low-e玻璃。其传热系数仅降低0.1  ,即为1.7  ,其原因是离线low-e膜只能位于中空玻璃空腔中,两片low-e膜作用重复,作用没有充分发挥。如果组成中空玻璃的外片采用离线low-e玻璃,内片采用在线low-e玻璃,内片玻璃的low-e膜设置于室内侧,见图5。


 

图5 超级节能中空玻璃


该中空玻璃两片low-e膜各自充分发挥作用,则6low-e(离线)+12A+6low-e(在线)中空玻璃的传热系数可低至1.4  ,其优良的热工性能在许多对玻璃幕墙和建筑外窗要求高的建筑都可满足要求,避免采用三玻两腔中空low-e玻璃,因为三玻两腔中空low-e玻璃产品成本高,且自重大,应用成本也高。鉴于由一片离线low-e玻璃和一片在线low-e玻璃组成的中空玻璃热工性能特别优异,因此将其命名为超级节能中空玻璃,以有别于一般中空low-e玻璃。大家相信,随着超级节能中空玻璃认知度的不断提高,其市场应用量会越来越大,其社会效益也会越来越受到行业褒奖。


六、结束语


政策和法规是市场需求的风向标,市场需求是技术创新的原动力,随着国家不断提高建筑节能的要求,超级节能玻璃及其系列产品将会得到不断的开发和应用。

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