节能建筑中Low-E玻璃选型及具体应用

2024-01-11秦军文

建材发展导向 2024年1期

秦军文

(山西六建集团有限公司，山西太原 030024)

Low-E玻璃属于镀膜玻璃制品，对波长为1.0～40μm的远红外线具有低吸收、低二次向外辐射、基本完全反射的特点，能够阻挡远红外的辐射热传递，改善建筑内部环境以及节能降耗。建筑门窗和玻璃幕墙采用Low-E玻璃时，能够减少门窗传热损失能源消耗，降低因辐射而引起的室内热能向外的传递量，符合绿色节能的现代建筑行业发展理念。因此，研究Low-E玻璃的选型及应用方法具有重要意义，可提升Low-E玻璃的应用价值，促进建筑行业的长远发展。

1 Low-E玻璃的节能

Low-E玻璃是以平板玻璃为基础材料，对其表面镀覆金属及金属氧化物薄膜制作而成的新型玻璃材料，镀膜层能够反射4.5～25μm的远红外光，减少玻璃的热辐射通过量。白天太阳光照射时，Low-E玻璃对0.3～2.5μm太阳能辐射的通过率超过60%，夜间或阴雨天气，Low-E玻璃可反射室内物体的热辐射，反射量普遍超过50%，以辐射或对流换热的方式散失至室外的热辐射量在15%以内，有效减少室内热量向室外的传递。因此，在冬季寒冷天气，Low-E玻璃可以从外界为建筑室内获取较多的太阳辐射热，并减少室内热量的散失，通过Low-E玻璃即可取得良好的室内保温效果，减轻对暖通空调的依赖，降低暖通空调运行时的能源消耗。相比普通玻璃的传热系数，Low-E玻璃达到该值的3倍左右[1]。

2 Low-E玻璃的选型

2.1 原片玻璃的选择

2.1.1 玻璃厚度

以普通中空玻璃为例，假定其含有12mm空气夹层，K值与玻璃厚度的变化规律。根据图中信息可知，两者的变化基本为直线关系，但即便增加玻璃厚度，对K值的影响也相对有限。相比6+12+6组合方式的K值，8+12+8组合的K值仅降低0.03W/(m2·K)。

2.1.2 玻璃类型

Low-E玻璃主要有在线和离线Low-E玻璃两大类，以离线Low-E玻璃为例，市面上较为主流的有如下三种：1)单银高透型Low-E，最高透光率约为83%，透光率高；2)遮阳型Low-E，透光率约为40%，遮阳系数普遍在0.5以内，具有其它材料难以比拟的遮阳性能优势，在南方以及其它遮阳要求较高的地区取得广泛应用；3)双银Low-E，结构特点在于设置2层银层，作用在于降低辐射率，兼具前述两种Low-E玻璃的优势，可见光透过率高，遮阳系数以及辐射率更低，应用效果良好。

2.2 镀膜面的位置

在中空玻璃中采用Low-E玻璃镀膜面时，不同的布设位置所带来的影响不尽相同。按照由外向室内的顺序，中空玻璃共分为1#、2#、3#、4#四个表面，按照与白玻进行6+12+6的组合方式计算，分别确定不同镀膜面位置时的K值和SHGC值，根据两项指标评价玻璃膜面位置对玻璃材料节能效果的影响。计算结果，如表1所示。

表1 不同Low-E玻璃膜面位置对节能效果的影响

根据表1可知，Low-E膜布置在2#、3#面时，传热系数K值为1.923，该值较低，取得良好的保温隔热效果；若在2#面设置Low-E膜，太阳能得热系数SHGC为0.625，位于3#面时该值为0.676，相比位于2#面时的SHGC值更高。根据Low-E膜在不同位置的应用效果，提出如下建议：南方地区，Low-E膜的最佳位置为2#面，对于气候寒冷的地区，需要保证Low-E玻璃能够吸收太阳辐射热量并起到保温的作用，宜在3#位置，例如北方地区可按照此方法布置Low-E膜。从外观效果的角度来看，Low-E膜位于2#、3#面时的效果也存在差异，且对于Low-E膜位于相同位置的情况，也会由于Low-E玻璃型号的改变而产生区别。因此，在节能建筑中应用Low-E玻璃时，需要考虑到Low-E膜布设位置对节能效果和外观效果的双重影响。

结合表1的数据进行分析：膜面在2#或3#处且吸热玻璃位于室外时，传热系数均最低，为1.925，但两者的SHGC不同，膜面位于2#位置时为0.586，而膜面位于3#位置时为0.347，明显更低。究其原因，将Low-E膜布置在3#面时，已经通过吸热玻璃吸收部分太阳辐射热，在此基础上经由Low-E膜进行反射，因此Low-E膜在3#位置时的SHGC值相对更低，为保证建筑内部环境的舒适性以及提高节能降耗水平，Low-E膜应位于3#位置[2]。

2.3 气体夹层

中空玻璃的隔热特性主要受到气体夹层的影响，具体包含如下细分因素。

2.3.1 气体夹层的厚度

现阶段，中空玻璃气体夹层的厚度以6mm、9mm、12mm等规格为主，以白玻璃中空-空气、Low-E中空-空气和Low-E中空-氩气三种材料为例。

根据图1可知，夹层厚度在1～9mm时，K值随着夹层厚度的增加而快速降低；在9～13mm时，K值随着夹层厚度的增加而降低但降幅明显放缓；夹层厚度达到13mm以后，K值基本保持平稳，甚至有小幅度的提升。因此，K值随着夹层厚度的增加而呈阶段性变化规律，气体夹层厚度达到13mm以上时，无论如何增加夹层厚度，也基本不会产生明显的节能效果，由此推断中空玻璃的气体夹层厚度以12.7mm左右为宜，例如可按照12mm的要求控制夹层厚度。

图1 K值与气体夹层厚度的关系

2.3.2 间隔条

间隔条布设在内、外两片玻璃间，可隔绝外部的水蒸气并控制两片玻璃的间距。间隔条的性能对中空玻璃的K值产生影响，也关系到气体夹层厚度和耐久性。多数间隔采用铝槽法，具有加工简单、材料重量轻的优势，但铝间隔条的导热系数约为160W/(m2·K)，分别为玻璃、空气的208倍、6 667倍，导热系数高。室内和室外的温度存在差异，热能经过铝间隔条后大量损失，热阻降低且以玻璃的边缘部位体现得最为明显。部分玻璃采用的是Swiggle胶条，只有一个连接角，连续性和密封性均良好，玻璃边部的热量损失较少，隔热性能优于铝间隔条，且能够缓解玻璃边部结霜现象，因此更具可行性。

2.3.3 密封胶

中空玻璃的密封胶有聚异丁烯、聚氨酯类、硅酮类、聚硫类多种类型的密封胶，在选择时需要考虑到密封性能可靠、透气性较低、耐候性良好等要求。中空玻璃制造工艺有单道和双道密封两种，因此还需考虑制造工艺，据此选择综合性能良好的密封胶[3]。

3 Low-E玻璃在节能建筑中的应用

鉴于我国地域广阔，各地区气候差异大，在应用Low-E玻璃时需要分地区进行针对性的分析，根据因地制宜的原则在节能建筑中合理地应用Low-E玻璃，发挥出此类玻璃保温隔热、节能环保等性能优势，具体做如下分析。

3.1 Low-E玻璃在寒冷气候区节能建筑中的应用

寒冷气候区主要集中在中、高纬度地区，冬季时间长，气温低，在此类地区的节能建筑中应用Low-E玻璃时，需要选择阳光透过率较高的高透型Low-E玻璃，目的在于使冬季白天有充足的阳光进入室内，提高室内的温度，并减少室内热量的散失，维持相对温暖的室内环境，改善居住舒适性。以如图2所示的北方寒冷地区年取暖耗能比率为例，通过对白玻璃片、双白中空、高透Low-E三种玻璃的节能效果的对比分析可知，采用Low-E玻璃时年取暖耗能比率低于其它两种材料，表明Low-E玻璃具有较好的节能效果。

图2 北方寒冷地区年取暖耗能比率

结合前述分析可知，Low-E膜在不同的面所产生的应用效果存在区别。Low-E膜在2#或3#面时，不影响传热系数计算，但从实际应用情况来看，却存在区别。从Low-E玻璃的应用特性来看，其能够向热源方向反射热辐射，因此必须合理控制Low-E玻璃的朝向。对于侧重于室内保温的建筑工程，优先将Low-E膜布置在3#面；对于侧重于防止外部热辐射的建筑工程，优先考虑的是2#面。

3.2 Low-E玻璃在温暖气候区节能建筑中的应用

温暖气候区夏季炎热，室外温度高，室内温度将由于大量的室外阳光进入室内而快速提高，为降低室内温度而需依靠空调系统，增加制冷费用以及消耗较多的电能。在温暖气候区的节能建筑中应用Low-E玻璃时，需要选择遮阳系数低的Low-E玻璃，例如遮阳型Low-E玻璃则具有较好的应用效果，此玻璃可以减少阳光热获取量，并使室内保持良好的采光条件，能够改善室内环境。根据如图3所示的南方炎热地区年降温耗能比率可知，在应用遮阳型Low-E玻璃后，年降温耗能低于其它材料，节能环保效果良好。

图3 南方炎热地区年降温耗能比率

从应用效果的角度来看，南方地区可优先采用双银Low-E玻璃，其透光率较高、遮阳系数低，但从制造工艺和成本的角度来看，此类玻璃的制造工艺复杂，质量要求高，且成本偏高，因此限制了此类材料的推广与应用。遮阳型Low-E是单银Low-E的一种，生产工艺简单，价格低，遮阳系数与双银Low-E无过大的差异，因此具有可行性，虽然透光率低，但也达到40%左右，对于无过高要求的建筑工程而言，仍能够满足实际需求，达到环境改善、节能环保以及控制成本多重效果。

3.3 Low-E玻璃在夏热冬冷气候区节能建筑中的应用

夏季室内温度超过30℃，冬季室内温约为8℃，部分极端天气下，夏季室温高达40℃，冬季室温低至0℃。夏季太阳辐射强度大，且持续时间长，在应用Low-E玻璃时需要考虑到夏季防热要求；冬季气温低，室内寒冷，需考虑室内保温要求。因此，在夏热冬冷气候区的节能建筑中应用Low-E玻璃时，可以考虑遮阳型Low-E，在夏季可减少通过窗户进入室内的太阳辐射，改善室内高温环境，且能够提供充足的可见光，防止室内光线昏暗。

玻璃的透光率是影响室内采光的重要因素，以40%～50%的透光率为宜，既能够使室内保持明亮，又可避免透光过多而引起刺眼的情况，但高透光率的玻璃会透过较多的太阳热辐射，因此需要兼顾采光和节能(减少热辐射)的要求。以Low-E玻璃和热反射镀膜玻璃为例，在隔热性能一致的前提下，Low-E玻璃的透光率更高，在应用此类玻璃后能够改善室内光照条件，换言之，该玻璃可以将太阳光过滤为“冷”光源。