建筑环保节能推动镀膜玻璃的技术与市场

肖九梅武汉市江城建筑材料公司

建筑环保节能推动镀膜玻璃的技术与市场

肖九梅
武汉市江城建筑材料公司

介绍了镀膜玻璃的功用与性能以及镀膜玻璃的主要类别与品种，详细阐述了建筑环保节能的发展推动力镀膜玻璃的技术与市场，最后介绍了镀膜玻璃的加工方法及市场前景与发展趋势。

建筑环保；镀膜玻璃；节能减排

改革开放以来，随着我国的建筑业发展迅速，对玻璃性能的要求越来越高，由原来的普通平板玻璃发展到现在的低辐射中空镀膜玻璃，甚至非晶硅薄膜光伏玻璃，功能由原来的遮风挡雨发展到现在的具备环保、节能、隔音、美观等功能的生态复合型玻璃。在建筑玻璃功能化发展当中，镀膜工艺起到了关键作用，它可以有效改善玻璃对光、热、电的控制功能，有效实现玻璃的复合功能，值得业内广泛关注。

1 镀膜玻璃的功用与性能

所谓建筑镀膜玻璃就是使用不同的材料在玻璃基片表面沉积一个新的材料表面，以改变玻璃的光学、电学、机械和化学等方面的性能，达到装饰、节能、环保及可再生能源等目的的玻璃深加工产品。镀膜玻璃是在玻璃表面覆盖膜层，通过对玻璃表面进行改性处理，使玻璃具有特殊的性能。镀膜玻璃在建筑上的节能应用主要有热反射玻璃和低辐射玻璃。热反射玻璃通过将太阳光反射回大气，阻挡太阳光进入室内转化为热能，减少空调的负荷而达到节能目的。低辐射玻璃则通过表面膜层使表面辐射率低于普通玻璃，减少热量的辐射损失，从而降低采暖费用实现节能目的。镀膜玻璃也称反射玻璃。镀膜玻璃是在玻璃表面涂镀一层或多层金属、合金或金属化合物薄膜，以改变玻璃的光学性能，满足某种特定要求。镀膜玻璃按产品的不同特性，可分为热反射玻璃、低辐射玻璃（Low-E）、导电膜玻璃等。

传统的建筑玻璃窗仅仅能够满足建筑采光和通风的单一功能要求，现在，建筑玻璃窗向着大面积甚至玻璃幕墙的方向发展，并要兼有节能、安全、装饰和其他各种新的功能要求。普通的平板玻璃存在遮阳、隔热、隔声性能差，脆性、抗冲击强度低等缺陷，成为建筑构件能耗大的主要原因。镀膜玻璃和以镀膜玻璃为主要构件的中空玻璃、夹层玻璃，以其显著的节能和美化装饰效果应运而生。镀膜玻璃是一种玻璃二次加工产品。人们通过各种物理或化学的方法，将某种元素或化合物附着在普通玻璃的表面上，使其具有人们预期的性能。

镀膜玻璃具有遮挡红外线、控制光强度、单向透视、隔热效果好等主要优点。在建筑物外看，镀膜玻璃象面镜，辉映出周围的景物;从建筑物内看，与普通玻璃的透视性毫无区别。它使玻璃的实用性、装饰性和透光性更加完美地结合起来，它一出现便成了建筑装饰业的新贵。

镀膜玻璃作为平板玻璃的深加工产品，其性能与普通平板玻璃相比已发生了很大的变化。由于它兼备节能与装饰的双重功效，因而其应用愈来愈受到人们的重视。镀膜玻璃是高档耐久的功能性采光外装饰材料，往往用于建筑物最显眼的位置，具有“脸面”的作用。人们企望其具备建筑物“外装”的作用，既要求美观、耐用，又必须具备节能效果。若选择或使用不当，则不但达不到节能要求，而且会对建筑物的形象造成很大影响。国内城市中因镀膜玻璃选用不当而使本来造价很高的标志性建筑物的形象受到明显影响的例子已屡见不鲜。因此，选择与建筑物品位相匹配，并达到节能效果的镀膜玻璃，是建筑装饰设计人员必须考虑的问题。

建筑作为能源消耗大户，提高其对能源的利用率已成为节能的重点。随着我国建筑事业的迅速发展，对玻璃的性能要求越来越高，功能由原来的遮风挡雨发展到现在的具备环保、节能、隔声、美观等。由此，镀膜玻璃应运而生，并以其显著的节能和良好的装饰效果受到国内外建筑行业的关注和广泛采用。在建筑玻璃功能化发展的过程中，镀膜工艺起到了关键作用，它可以有效改善玻璃对光、热、电的控制功能，有效实现玻璃的复合功能。在我国经济的快速发展中，曾出现过引进镀膜玻璃生产线热。短短几年从美国AIRXCO公司和德国莱宝两家大型镀膜设备制造商引进20多条生产线，主要产品是高档热反射镀膜玻璃，质量较好，为我国建筑幕墙的发展做出了突出贡献。随着人们节能环保意识的增强，国家不断推出节能环保政策，对建筑用玻璃的节能要求也越来越高。目前，Low-E镀膜玻璃生产已成为玻璃深加工企业的核心和目标。建筑节能实现的关键点之一在于使用节能玻璃，尤其是 Low-E 镀膜玻璃。现代建筑的趋势是采用大面积玻璃甚至玻璃墙体，我国现有建筑面积约400亿m2，每年新增建筑面积约20亿m2。按此计算，15年内可增加约300亿m2，其中光电建筑可使用面积将超过100亿m2。可以说，我国光伏建筑一体化应用的市场前景极其广阔。

2 镀膜玻璃的主要类别及其品种

建筑镀膜玻璃根据原理通常可分为两大类，一类是真空工艺，另一类是化学工艺。化学工艺又可分为化学还原镀膜、溶胶、凝胶、化学蒸发沉积（CVD）、液体喷淋沉积和粉末喷淋沉积等；真空工艺主要可分为磁控溅射沉积、热蒸汽沉积、等离子辅助CVD法（PCVD）等。

镀膜玻璃的生产方式有在线镀膜和离线镀膜两种。根据镀膜的种类，它可以具有装饰、控制光线、调节热量、节约能源、改善环境等多种功能，是平板玻璃在功能上的衍生。目前，镀膜玻璃因其自身的优点，受到国内外建筑行业的广泛关注和应用。

常见镀膜玻璃在建筑上的应用主要有即热反射玻璃（也称太阳能控制玻璃）和低辐射玻璃。热反射玻璃是在玻璃表面镀上金属、非金属及其氧化物薄膜使其具有一定的反射效果，能将太阳能反射回大气中而达到阻挡太阳能进入室内使太阳能不在室内转化为热能的目的。太阳能进入室内的量越少，空调负荷也就越少；热反射玻璃的反射率越高，说明其对太阳能的控制越强，但是玻璃的可见光透过率会随着反射率的升高而降低，影响采光效果，太高的玻璃反射率也可能出现光污染问题。普通平板玻璃的辐射率较高，通常为0.84。低辐射玻璃是通过在玻璃表面涂敷低辐射涂层使表面的辐射率低于普通玻璃从而减少热量的损失来达到降低采暖费用实现节能目的。衡量低辐射玻璃节能效果的重要指标是辐射率。辐射率越低通过玻璃表面发生的辐射损失越少，玻璃的节能效果越好。

热反射玻璃一般是在玻璃表面镀一层或多层诸如铬、钛或不锈钢等金属或其化合物组成的薄膜，使产品呈丰富的色彩，对于可见光有适当的透射率，对红外线有较高的反射率，对紫外线有较高吸收率，因此，也称为阳光控制玻璃，主要用于建筑和玻璃幕墙；低辐射玻璃是在玻璃表面镀由多层银、铜或锡等金属或其化合物组成的薄膜系，产品对可见光有较高的透射率，对红外线有很高的反射率，具有良好的隔热性能，主要用于建筑和汽车、船舶等交通工具，由于膜层强度较差，一般都制成中空玻璃使用；导电膜玻璃是在玻璃表面涂敷氧化铟锡等导电薄膜，可用于玻璃的加热、除霜、除雾以及用作液晶显示屏等。

目前市场常见的建筑用镀膜玻璃主要有以下几种：热反射镀膜玻璃、Low-E镀膜玻璃、大面积艺术镜用玻璃、纳米自清洁玻璃、低反射镀膜玻璃、高反射镀膜玻璃、单向透视玻璃、IT0导电膜玻璃、热致变色镀膜玻璃、薄膜太阳能光伏电池玻璃等，其中Low-E玻璃因为其良好的低辐射隔热节能效果和成熟的制造技术，成为市场上发展最快、应用最广、市场前景最好的镀膜产品。非晶硅薄膜光伏电池玻璃的出现可以实现大面积光伏组件太阳能发电，而且可大大降光伏电池的成本，若和建筑幕墙、门窗玻璃、采光顶等有效结合，既减少了土地占用面积、安装成本，又可以在幕墙玻璃功能的基础上，大面积使用和推广，对推动建筑光伏生态一体化绿色建筑有着深厚的意义，目前光伏薄膜以Q-SI基为主的，主要有3种：隔碲薄膜CdTe、铜铟硒薄膜CIS、铜铟镓硒薄膜CIGS。

3 建筑环保节能的发展推动镀膜玻璃的技术与市场

镀膜玻璃的发展历史可追溯到1835年，那时的欧洲人就开始用银镜还原法生产镜面膜玻璃了。20世纪初，欧洲出现了增透膜及反射膜玻璃。1970年以后，随着真空镀膜技术及浮法玻璃在线喷镀技术的迅速发展，出现了大量的镜面膜、热反射膜、低辐射膜、导电膜等镀膜玻璃。低辐射膜玻璃是20世纪70年代能源危机所造就的产物。

20世纪80年代后期到90年代中期随着国内经济的快速发展，曾有过引进镀膜玻璃生产线热，短短几年先后大约从美国AIRCO公司和德国莱宝两家大的镀膜设备制造商引进20多条生产线，全部采用磁控镀膜技术，真空镀膜室和溅射阴极相对比较少，阴极以平面靶为主，主要产品是高档热反射镀膜玻璃，产品质量较好，为我国建筑幕墙做出了杰出贡献。

美国能源约有1/3以上（包括60%的电力供应）消耗在建筑物的冷热空调和照明上。为了节约能源，过去通常在建筑物中采取简单的措施，诸如安装双层玻璃窗、加强墙和屋顶绝热等。而现在已有可能将建筑物外壳变成“可控制隔膜”，使进出的光和热能随心所欲地加以控制，在这方面最重要的一项发明是具有复杂镀层的窗玻璃，它使冬天屋内能蓄热，夏天又将阳光拒之窗外。1995年上市的一种具有低发射率特点的玻璃，正日益占领商业建筑和住房市场， 现有50%以上的住房将采用这种玻璃。

美国几家主要的玻璃公司都在生产这种玻璃。标准的隔热玻璃窗由两层玻璃组成，中间是12mm厚的空气层。在低发射率玻璃的内表面有一层薄膜，这薄膜由几层金属、金属氧化物或两者兼有的镀层组成，太阳光能穿过镀层，但由屋内物体所释放的长波红外辐射不能穿透。由于热量不能按正常途径逸散，就在玻璃表面积聚，最终又反射回屋内。第一代低发射率玻璃有一大缺点，即薄膜易损坏，因而要小心地操作。

1998年以后随着人们对节能环保意识的增强，国家节能环保政策的不断推出，我国对建筑用玻璃的节能要求越来越高，深圳南玻、上海新比利、上海耀皮先后从国外引进了Low-E镀膜生产线，吹响了我国Low-E镀膜生产的号角。目前，Low-E生产以成为玻璃深加工企业的核心和目标。截至到2016年，国内大约有离线Low-E镀膜生产线35条，生产能力大约2 800万m2左右，在建或计划上的离线Low-E镀膜线预计在20条左右，利用CVD法或PCVD法在线生产Low-E镀膜玻璃的企业目前有3家，年生产能力很大，质量有待于进一步提高。最近几家主要的玻璃生产厂家已开始利用不同的技术生产耐用的低发射率玻璃。在这种 称为“热解”的工艺中，当玻璃仍处于半熔融状态时，使低发射率材料浸渍进入玻璃中。在玻璃固化后，所嵌入的低发射率表面能经得起风雨的冲刷。

4 镀膜玻璃的加工方法

镀膜玻璃按生产工艺分离线镀膜和在线镀膜两大类。离线镀膜技术主要的生产工艺是真空磁控阴极溅射镀膜工艺，该工艺利用隋性气体在lO-1014 mbar的压强下，在电场作用下电离，将镀膜材料表面上的原子碰撞出来，凝聚在玻璃基片上形成膜层。

最先采用的镀膜玻璃制造法是与镀镜相似的热蒸发镀膜法。这种方法制造的镀膜玻璃均匀性差，致密性、耐蚀性和抗变色性均不够理想。而用最成熟、最先进的真空磁控溅射法生产的镀膜玻璃，虽然以上性能都很优越，但我国生产能力不足，多半靠进口，价格十分昂贵，使得想用它包封阳台的人们望而止步。

适合家用的镀膜玻璃在西安问世，最近西安爱特直空技术有限公司成功地利用国产设备生产出各项技术指标与进口产品不相上下的真空磁控溅射镀膜玻璃，其价格仅有进口玻璃的1/10。这样的性能价格，使这种高档建筑装饰材料能够进入家庭。目前一些居民小区，人们纷纷用这种材料包阳台，效果极佳且投资不大而受欢迎。

镀膜玻璃的生产方法很多，主要有真空磁控溅射法、真空蒸发法、化学气相沉积法以及溶胶—凝胶法等。磁控溅射镀膜玻璃利用磁控溅射技术可以设计制造多层复杂膜系，可在白色的玻璃基片上镀出多种颜色，膜层的耐腐蚀和耐磨性能较好，是目前生产和使用最多的产品之一。

真空蒸发镀膜玻璃的品种和质量与磁控溅射镀膜玻璃相比均存在一定差距，已逐步被真空溅射法取代。化学气相沉积法是在浮法玻璃生产线上通入反应气体在灼热的玻璃表面分解，均匀地沉积在玻璃表面形成镀膜玻璃。该方法的特点是设备投入少、易调控，产品成本低、化学稳定性好，可进行热加工，是目前最有发展前途的生产方法之一。

溶胶—凝胶法生产镀膜玻璃工艺简单，稳定性也好，不足之处是产品光透射比太高，装饰性较差。

在线阳光控制镀膜玻璃是一种对太阳光具有良好控制作用的镀膜玻璃。产品具有稳定的物化性能，可广泛用于各类建筑物、采光窗等。

高透型Low-E玻璃具有较高的可见光透射率、较高的太阳能透过率和远红外线发射率，所以采光性极佳、透过玻璃的太阳热辐射多、隔热性能优良，适用于北方寒冷地区和不分地域的高通透性建筑，突出自然采光效果。遮阳型Low-E玻璃对室内视线有一定的遮阳性，可阻止太阳热辐射进入室内，限制夏季室外的二次热辐射进入室内，南方、北方都适用。因其具有丰富的装饰效果和室外视线遮阳作用，适用于各类建筑物。双银Low-E玻璃突出了玻璃对太阳热辐射的遮阳效果，将玻璃的高透光性与太阳热辐射的低透过性巧妙地结合在一起，有较高的可见光透过率，可有效地限制夏季室外的背景热辐射进入室内。

离线Low-E镀膜使用的设备主要可分为4类，一是全套引进国外先进Low-E生产线，二是引进国外关键部件仿照国外设备组装的生产线，三是在原进口热反射生产线的基础上进行改造生产Low-E，四是在消化吸收国内外先进Low-E生产线加工和生产技术的基础上，自主创新制造Low-E生产线，该类起步虽然比较晚，但是共同的特点是相关研发人员有着多年进口生产线装配、生产和维修经验，可以在总结进口设备优缺点的基础上有针对性地开发和制造，生产线性价比较高，是未来中国镀膜玻璃的主力军和民族产品的希望。

薄膜非晶硅相对于Low-E产品来说，虽然刚刚起步，但发展迅速，目前国内生产非晶硅太阳能的企业已达14家，例如无锡尚德、深圳拓日新能源、威海蓝星、天津津能等，己形成年装机容量110.8 MW的生产能力，设备主要使用美国应用材料、瑞士、日本及韩国等几家设备制造商，目前国内新爱可镀膜技术有限公司已经在开发该类产品的相关设备。总的来说，玻璃深加工企业已认识到未来市场对节能和可再生能源镀膜产品的需求和发展，正在针对自身企业的经济能力和特点来挑战产业结构，以购买国外先进生产线、购买国产生产线和镀膜设备厂家合作上线、外购可热加工Low-E镀膜产品或外购可异地合片的镀膜玻璃等多种方式来达到适应市场需求和发展的目的，整个玻璃深加工企业往好的趋势发展，产品技术含量越来越高，质量不断提升，规模越来越大。

目前建筑镀膜玻璃生产企业众多，生产的产品种类和方法众多，质量和规模也参差不齐，据不完全统计，国内利用真空蒸发镀膜或溶胶、凝胶镀膜技术生产镀膜玻璃的小的生产企业大约270多家，主要产品是单层热反射膜或民用镜用，销售对象是农村和乡镇，也有一些用于大中城市小的建筑装潢用；利用国产真空磁控镀膜设备和技术生产的企业大约有180多家，设备装配从20～400万不等，工厂规模有大有小，主要产品是磁控热反射镀膜玻璃和艺术装潢用镀膜玻璃，产品质量相比较真空蒸发镀和溶胶、凝胶镀膜玻璃要好得多，个别企业生产的热反射镀膜质量和品种可以和进口设备相媲美，比如金色热反射镀膜及磁控艺术镜等。

5 建筑镀膜玻璃的市场前景及发展趋势

随着全球经济的蓬勃发展和生活水平的普遍提高，能源的需求量越来越大，能源危机越来越凸显，石油、煤炭的价格一升再升，阶段性的能源紧缺已经发生，各国针对能源的争夺、摩擦不断，开发新的能源和节能环保技术的开发和使用越来越受到全世界的重视，节约能源和创造可再生能源成为全世界的共识，建筑作为能源消耗大户，切实影响人们的生活和健康，如何提高建筑能源利用效率和建设“绿色标准建筑”已成为节能减排的重点。

我国作为世界人口大国和能源消耗大国，建筑能源消耗占全世界的比重较大，我国的建筑节能意义重大。国家相关部委已相继出台一系列政策鼓励节能减排及可再生绿色能源项目的建设。将进一步推动我国建筑节能纳入标准化和监管强制执行实施的步伐。比如已经制定了新的公用和住宅建筑法定标准，目标是在未来的新建筑中尤其是主要城市的建筑中节约50%甚至65%的能源，并在国际上郑重承诺我国建筑节能整体增加节约20%能源消耗的标准和目标。我国如何在20年时间实现西方国家花了近100年时间实现的目标，关键在于新型建筑材料和新型技术的选用，尤其是玻璃，它是建筑能耗的主要出入口，若采用新型低辐射Low-E中空玻璃不仅老建筑更换方便，而且新建筑可广泛采用，建筑成本适中，可见建筑节能实现的关键在于使用节能玻璃，尤其是Low-E镀膜玻璃。

现代建筑的趋势是采用大面积玻璃甚至玻璃墙体，中国现有建筑面积接近400亿m2，大多数节能表现不理想，有130亿m2需要立即改进并尽快得以实施。建筑镀膜玻璃和薄膜光伏玻璃是未来市场主流，到2020年计划新建建筑物总计300亿m2，以上巨大的工程需求更多的节能玻璃，若采用节能镀膜技术尤其是Low-E中空玻璃，将会给Low-E相关企业创造巨大的市场需求和利益。

薄膜光伏电池组件技术属于第三代太阳能电池技术，发展时间较短，但发展迅速，2004年德国政府光伏补贴引爆了光伏产业，光伏产业强势需求造就了多晶硅原料企业的超高利润，而2007年美国irst Solar的亮丽表现则带来了薄膜产业的新纪元，1.3美元/W的低成本，11%左右的转换率，欧洲北美的巨额订单不受原料限制的大规模生产成就了First Solar的高利润，高收入，高可靠的盈利预期，也促使业界发现属于薄膜时代的来临；现在全球光伏产业最为火热的环节就是薄膜领域，不断有新的项目发布或者投产，订单不断，日本夏普也开始大规模投入薄膜领域，台湾投入了超过10个薄膜项目，国内的非晶硅龙头拓日新能源顺利上市，新澳集团高调介入等等都显示薄膜正在吸引越来越多的资本和关注；薄膜自身的发电优势和低成本也将会是下降光伏发电成本的一大主要驱动力；尽管短期内晶硅电池依然会是主流，但长远来说，它可以和Low-E玻璃结合使用在现代绿色建筑中，创造绿色生态一体化建筑，不排除薄膜才是光伏发电成本媲美传统能源的英雄。

玻璃窗能量损耗占整个建筑物能耗的50%左右。使用低辐射镀膜玻璃的中空玻璃窗，可比单层普通玻璃窗节能75%左右。烈日照射下的玻璃幕墙外表面灼热烫手，内表面却凉爽舒适，低辐射镀膜玻璃的神奇隔热效果令人叹为观止，这种节能玻璃现在十分走红。

据有关统计，我国每年消耗的能源约有30%为建筑消耗，而玻璃窗能量损耗占整个建筑物能耗的50%左右。低辐射镀膜玻璃因其镀膜层具有极低的表面辐射率而得名，它对远红外热辐射的反射率很高，具有阻隔热辐射直接透过的作用。冬季，它对室内散热片及室内物体散发的远红外线，几乎像绝缘镜一样，全部反射回室内，保证室内热量不向室外散失，从而可以节约取暖费用。夏季，它可阻止室外地面、建筑物发出的热辐射进入室内，节约空调费用。而它对可见光的透过率适中，可见光反射率低，又可避免光污染的产生。正是由于低辐射镀膜玻璃的这种选择透过性能，可以起到控制阳光、调节热量、节约能源、保护环境的作用，是目前世界上公认的最理想的窗玻璃材料。研究表明，建筑物使用低辐射镀膜玻璃的中空玻璃窗，可比单层普通玻璃窗节能75%左右。

6 结语

我国是玻璃生产大国，产销量连续20多年稳居世界第一，但存在严重的重复建设和产能过剩问题。近10年间，国家坚持贯彻节能减排，大力发展新能源，积极实施刺激内需拉动经济增长的方针，从法律法规、产业政策等各个层面，相继颁布和出台了一系列支持和鼓励玻璃镀膜深加工及其装备制造产业发展的法规和政策，有力促进了我国玻璃深加工行业及其设备制造行业的快速发展。我们预计后续还有更多的产业支持政策陆续出台，进一步刺激和拉动平板显示、节能玻璃和光伏玻璃等下游应用领域对镀膜玻璃成套设备的市场需求。

Building Environment Protection Energy Saving Promoting Coated Glass Technology and Market

Xiao Jiumei
Wuhan City Jiangcheng Building Materials Company

The article introduces function, performance and main categories of coated glass. The author studies building environment protection energy saving development promoting coated glass technology and market. Finally the author predicts market prospect and developing trend and introduces processing method of coated glass.

Building Environment Protection, Coated Glass, Energy Saving and Emission Reducing

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.08.002