玻璃贴膜在高铁站的技术应用分析

王 飞

上海铁伦节能环保技术有限公司

玻璃贴膜在高铁站的技术应用分析

王 飞

上海铁伦节能环保技术有限公司

玻璃贴膜技术具有性能优良、实施简单、成本低等优点，被广泛应用于高铁站等工程建筑中。该文对玻璃贴膜技术的优缺点进行了分析，并对其光学热工性能进行了计算，最后通过实例说明选择合适的玻璃贴膜，对于高铁站房的隔热、保温、安全性有良好的效果，而且空调耗电量在贴膜改造后节能15%，效果明显。

玻璃贴膜 热工性能 节能减排

玻璃贴膜可解决高铁站房的隔热、保温和安全防爆等问题，还可以使铁路站房的能源消耗大幅下降。本文首先阐述玻璃贴膜技术的国内外研究情况，以及取得成果，并对不同的玻璃处理方式进行了对比。然后对玻璃贴膜光学热工性能进行了详细计算，最后通过工程实例来说明玻璃贴膜的有效性和可行性。

1 玻璃贴膜技术国内外研究情况

玻璃贴膜技术起源于美国，当时主要应用在军工方面。到了19世纪60年代，人们对玻璃贴膜技术有了更深入的研究，其目的是为了将太阳辐射发射出去，从而平衡室内的冷热问题。随着玻璃贴膜技术和工艺的进步，不同的膜产生的功能是不同的，如美国3M公司的低辐射膜贴在玻璃上会对室内起到保温隔热的效果。国外的研究机构和学者对玻璃系统的光学特性和热工性能都做了大量的研究，得到了玻璃的传热计算方法，从而有针对的对玻璃进行贴膜。当然，我国的研究成果也是非常多的。孟庆林[1]在能量守恒定理的基础上建立了日射作用下的导热微分方程，以此来说明半透明材料的热屏蔽性。曹冠英[2]详细地阐述了建筑玻璃的光学和色度特性，并且建立了光学玻璃吸收特性的数学模型。

我国政府也非常重视玻璃贴膜的使用，国家建筑材料工业局出台了《贴膜玻璃》的行业标准，各个省也组织进行了关于玻璃贴膜技术的相关课题研究。

玻璃贴膜是对玻璃进行了二次加工，即在已有的玻璃上进行贴膜操作，与普通玻璃相比，这种加工防止了普通玻璃带来的温室效应，减少了阳光的辐射，起到了节能的作用。并且从工艺角度来说，玻璃贴膜不需要研发新的满足不同需求的玻璃工艺，降低了研发费用。

目前市场上除了贴膜玻璃还有加胶玻璃，这种玻璃不仅工艺复杂、制作成本高，而且隔热效果不理想，不能有效地吸收紫外线，而玻璃贴膜成本低，隔热、透光等效果都较好，所以玻璃贴膜应用前景更为广阔。

市面上还有一种直接对既有的玻璃进行加工的方式，即为涂膜，这种方式是在涂抹玻璃的溶胶溶剂中加入隔热颗粒，现将这两种比较常见的玻璃处理方式对比如下（见表1）。

表1 玻璃贴膜和玻璃涂膜优缺点对比

在进行玻璃贴膜前，需要首先检查玻璃是否完整无损，然后对玻璃进行清洗，并且将玻璃上的污垢和粘贴物擦拭干净。然后按照玻璃的尺寸对玻璃膜进行裁剪，这样可以降低耗材量。然后在玻璃上喷上一层薄水，将撕去保护膜的玻璃膜迅速的贴在玻璃上，一定要平整，减少水泡，不然会影响玻璃的热应力。完成贴膜后要注意对其进行合理的养护，不要用含有酸碱性的清洁剂对其进行擦拭，也不能用利器对其进行刮划，这些都会影响到贴膜后玻璃的遮阳性、装饰性等。

高铁站房玻璃幕墙所需要的玻璃贴膜各项指标达到国家及行业标准的同时，增强玻璃防爆和耐磨性，可以更好满足铁路运输安全需要。

目前市场上的玻璃贴膜特点都有一定的偏向性，针对高铁站房玻璃幕墙的特点，还是需要专用的玻璃贴膜技术。

高铁站房使用的玻璃贴膜有下面几个特点。

（1）隔热、保温、节省能耗

随着铁路建设的高速发展特别是高铁投入运营，站房设施（候车室、办公室）同以前相比采用更多的玻璃墙面和大开间窗户建筑，虽然增加建筑美感和改善室内采光，由于玻璃是热的良导体（导热系数1.0）其进行热交换的量也非常大造成了能源的浪费。

玻璃贴膜是利用纳米密集喷镀、磁控溅射等先进技术和工艺，将贵重金属（如金、镍、铬、钛、铂等）镀涂于聚酯（PET）膜表面（导热系数0.3～0.4），形成一层反射层，有效反射和吸收红外线以及构成太阳热辐射的电磁波，起到冬季保温，夏季隔热的效用。

（2）可以有效的消除安全隐患

由于高铁站的玻璃大部分是双层强化玻璃，该种玻璃具有自爆特性，即使在没有外界机械力作用下自身也会发生破裂。经笔者调查，在虹桥、南京南等高铁站近几年均发生过玻璃的自爆现象。通过玻璃贴膜可以增强玻璃韧性和抗冲击强度，这样即使在足够强的冲击下破碎玻璃，玻璃碎片仍然能够粘附在有机膜上，不会四处散溅，而是成一个洞，洞的边缘不会有未贴膜时的锯齿，因此，可以防止玻璃粉碎后坠楼伤人。此外，在贴膜施工过程中，除了膜上的粘附胶之外，还可以用特殊胶将边框与膜粘附起来，以此来拖延玻璃破碎后坠楼的时间，从而减少伤亡。

（3）对紫外线起到阻隔，以及消除眩光

高铁站的玻璃本身是透明的，并不能对紫外线起到阻隔作用，通过玻璃贴膜技术可有效防止阻隔紫外线，避免对人体的伤害，同时，防止室内物品因受紫线照射而加速褪色、老化，延长了物品使用寿命。

当太阳光线较强时，强烈的光线照射到玻璃上，会让玻璃产生镜面反射，产生眩光。当这种眩光与人的视线相交，会让人产生一种刺眼的感觉，当强烈的太阳光直透进入室内，会让人非常的不舒适，贴上玻璃功能膜后能有效地消除眩光，营造舒适的候车环境。

（4）节能效果

高铁站房玻璃幕墙贴膜后，太阳光中的可见光波段达81.5%的透过率，紫外线有99%以上的阻隔率，中近红外线有90%的阻隔率，这样在室内采光少受影响的前提下，最大程度地阻隔了影响空调制冷负荷的中近红外线的热量进入室内，从而大大提高了空调效率。在既有建筑节能改造中有大量的单玻存在，那么先对比一下，夏天（6mm普通玻璃和6 mm贴膜玻璃的情况）普通玻璃进入室内的热量为643.9 W/m2·h；贴膜玻璃（按可见光70%的透过率计算）为376.6 W/m2·h,可以计算出贴膜玻璃可以减少267.3 W/m2·h的热量进入室内，节能比例为41.5%。冬天6 mm单玻流失的热量116 W/W/m2·h，6 mm贴膜玻璃流失的热量98 W/m³·h，可以减少 18W/m³·h 的热量损失，节能比例为15.5%。按玻璃能耗占建筑使用能耗的40%计算，6 mm普通玻璃经贴膜改造后可以有15%的节能率。同样可计算出6+12A+6普通中空玻璃贴膜改造的节能率。夏天：贴膜345.3 W/m2·h，中空 552.9 W/m2·h。冬天：贴膜 48 W/m2·h，中空 60 W/m2·h。6+12A+6普通中空玻璃经贴膜改造后的节能率为14.3%。由此可以看出既有建筑中无论是单玻或普通中空仅贴膜这一项改造，可为既有建筑带来近15%的节能率。

2 玻璃贴膜光学热工性能计算

玻璃贴膜主要有热反射膜和低辐射膜，热反射膜主要是为了将可见光和近红外光进入室内，不让过多的太阳光进入室内，从而保证高铁站室内温度不会升高的太快，这样在夏天可以有效地节省空调的负荷，节省电能。低辐射膜，是将短波太阳能进入室内，保证室内的温度，这种膜对处于寒冷地区的高铁站能够起到保温的功能[3]。本文根据国家标准GB/T 2680-94来计算玻璃的遮阳系数 Me：

式中：wi是太阳通过玻璃的总投射比，wi玻璃对高铁站站内的二次热传递因子，eα是太阳光经过玻璃的直接投射系数。

（1）高铁站的玻璃是单层的情况

式中：eβ是太阳光进入玻璃后被吸收的比例系数，ri和re分别是玻璃内外表面的热传递因子，单位是 W/m2·K。

（2）高铁站的玻璃是双层中空的情况

式中：βe1和βe2分别是内外两层玻璃对太阳光的吸收系数，G是两层玻璃之间的热导[4]，单位为W/m2·K，且G =， R = Rgas+ R1+R2（R是双层玻璃间的热阻，Rgas是空气造成的热阻，R1和R2分别是两层玻璃的热阻，单位都为m2·K/W）。在高铁站进行实际设计中，要保证其遮阳效果和保温性，需要遵循如下的标准条件（见表2）。

表2 计算边界条件

在计算高铁站的热传因子时需要根据冬季参数进行计算，这样可以有利于冬季的保温和节能。而计算遮阳因子和太阳能的透射时需要参考夏季参数，从而有效的均衡空调的负荷。

3 工程实例

本文针对某高铁站的玻璃贴膜应用说明其热工性能和节能情况。此高铁站3层，总的建筑面积为60 000 m2，2009年开建，全部工程于2011年底竣工。外窗是普通的铝合金中空玻璃，利用玻璃贴膜技术对其进行改造，以此改变玻璃的热工性能，达到隔热效果。本文采用的是12 nm厚的热反射膜。本文对贴膜玻璃光学热工性能相关参数的计算利用的是嵌套在office中的excel软件，这种方式计算效率高、功能稳定，使用简单，由此可得玻璃的综合遮阳系数是0.56，玻璃遮阳系数是0.7，所以此高铁站应选择的热反射膜的遮阳系数需小于0.7。

本文对贴膜玻璃的光学热工性能进行了测试，使用的软件是SC-GB/T2680，玻璃厚度是3 mm，贴膜后在温度为26℃，湿度是55%的情况下放置7天进行检测。检测时间是13:00 ～20:00，在距离玻璃内侧20 mm的地方每隔3分钟进行一次温度的采集。其温度变化如图1所示。

图1 贴膜前后玻璃对室内温度的影响变化曲线图

从图1可以看出，在未贴膜时室内的温度非常高，最高达到了40℃，而贴膜的室内温度非常适宜，最高温度才29℃，这说明玻璃贴膜很好的阻挡了太阳光的入射，起到了隔热的作用，并且保证了室内温度的舒适性，减轻了空调的负载，空调耗电量在贴膜改造后节能15%。

观察后发现，贴膜的玻璃比较热，这是因为其经过太阳的直射，隔热膜会将太阳光反射在玻璃表面造成其发热。

4 结论

本文调研了国内外玻璃贴膜技术的发展和研究成果，对其优缺点进行了对比。在文中通过国家标准GB/T2680-94计算得到了玻璃贴膜的热工性能，最后利用工程实例来说明玻璃贴膜能够取得隔热、节能的效果。

[1]孟庆林. 半透明材料日照作用时的温度分布[J]. 土木建筑与环境工程,1991(4):96-101.

[2]曹冠英, 满晓君. 镀膜玻璃光学与色度学特性的计算研究[J]. 真空,1997(3):23-28.

[3]谢海容, 陈友明, 莫志姣,等. 单层窗户玻璃贴太阳控制膜的节能性研究[J]. 暖通空调, 2007, 37(7):129-132.

[4]杨丹萍, 何嘉鹏, 高寿云,等. 中空窗玻璃贴低辐射膜的性能研究[J]. 新型建筑材料, 2011, 38(1):71-74.

Technology Application Analysis on Filmed Glass on High Speed Railway Station

Wang Fei
Shanghai Tielun Energy Saving Environment Protection Technology Co.，Ltd

Filmed glass technology has good performance,easy implementation, low cost advantages, which is applied in high speed railway station engineering building. The article analyzes advantages and disadvantages of filmed glass technology and calculates optical thermal performance and selects suitable filmed glass through detailed example. Filmed glass on high speed railway station room has good effects, such as heat insulation, heat preservation and safety, which has 15%energy saving on air-conditioning electric power consumption after renovation.

Filmed Glass, Thermal Performance, Energy Saving and Emission Reducing

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.12.010

王飞：男，从事环保、节能项目的推广和应用。