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中空玻璃的节能特性浅析
秦皇岛耀华工业技术玻璃有限公司 一 前言
据统计我国现有建筑430亿平方米，每年新增建筑16亿-20亿平方米。目前我国建筑能耗已占全部能耗的30%,单位面积能耗是发达国家的2-3倍，已成为第二大能源消耗国。在建筑能耗居高不下的问题上，很多人把矛头指向了玻璃门窗的大面积使用。而建筑门窗作为建筑物保温性能最弱的部分，建筑能耗的50%左右由门窗损失。因而降低建筑门窗的能耗、提高建筑门窗的隔热性、保温性、气密性是我们面临的紧迫问题。
建设部在2001年10月1日起正式实施的《民用建筑节能管理规定》中，把使用中空玻璃列为节能措施之一，推广使用。
中空玻璃作为国际上最有效的节能产品，将会被大幅度的开发利用。随着其用量的大幅增加，产生的节能效益将是巨大的。 二 概念
中空玻璃：由两片或多片平板玻璃构成，中间用金属铝条边框隔开，四周边部用胶接、焊接或熔接的办法密封，中间充入干燥空气或惰性气体。
传热系数（K）：在稳定传热条件下，窗户两侧空气温差为1℃，单位时间内，通过1平方米的热量，以 W/㎡·K表示。传热系数越低，说明玻璃的保温隔热性能越好。
辐射率：是某物体单位面积辐射的热量同单位面积黑体在相同温度、相同条件下辐射能量之比。辐射率越低其吸收热量的能力越低，反射热量能力越强。低辐射率镀膜能良好地反射2.5-40um范围的远红外线，阻止接近室温的物体发射的远红外热辐射透过。
可见光透射率(Tvis)：在可见光谱（380um-780um）范围内，透过玻璃的光强度对入射光强度 的百分比。 可见光反射率(Svis)：在可见光谱（380um-780um）范围内，玻璃反射的光强度对入射光强度 的百分比。 遮阳系数（SC）：是指太阳辐射能量 透过窗玻璃的量与透过相同面积3mm透明玻璃的量之比。 中空玻璃的节能特性———优良的隔热性能
众所周知,能量的传递方式有三种:对流传热递,辐射传递和传导传递.辐射传递是能量过辐射的形式进行的传递,这种射线包括可见光,红外线和紫外线等的辐射,就象太阳光线的传递一样。合理的选择中空玻璃单片与其间隔厚度,就可以最大限度的降低能量通过辐射形式的传递从而降低能量的损失。
对流传递是由于在玻璃的两侧具有温差,造成空气在冷的一面下降而在热的一面上升,产生空气对流,造成能量损失。
传导传递是通过物体分子的运动,带动能量进行运动,而达到传递的目的,中空玻璃对能量的传导传递是通过玻璃和其内部的空气来完成。材料的隔热性可用传热系数K（W/㎡K）表示,K值越小说明材料的保温性能越好,在使用时节能效果越显著。当温度 为20℃时,下列物质的传热系数为:空气为0.026（W/㎡·K）玻璃的传热系数为0.668,铝的传热系数为20.63（W/㎡·K）玻璃的传热系数是空气的27倍。因此只要中空玻璃的充气是密封的,中空玻璃将有最佳的隔热效果。
中空玻璃与其他材料的传热系数比较如表一所示。
从上表看出:中空玻璃的传热系数较普通浮法透明玻璃低的多,如(6-12-6low)的K值比6mm浮法玻璃的K值低2/3还多,因此用中空玻璃比用单片其热量减少2/3还多,可以看出采用双层中空玻璃做建筑玻璃可以节约大量的能源。
普通单层浮法玻璃本身几乎没有多大的隔热能力，决定其隔热性能的主要是玻璃内表面的空气层的热阻，这一热阻又随玻璃表面的风速和玻璃表面的辐射能而变化，中空玻璃正是利用热阻比较大，特别是形成不产生对流的中间空气层，从而获得了显著的隔热效果。
中空玻璃还有减轻冷辐射的功用。采用隔热性能高的中空玻璃时，冷辐射就会大大的减小，例如，相同的房屋在寒冷的冬季室外-8℃，室内20℃，3mm厚普通单层玻璃冷辐射区域占室内空间的68%左右，而采用3+6+3结
构的中空玻璃则为13.4%左右。
炎热的夏季太阳辐射能透过窗玻璃直接进入室内，还有一部分由窗玻璃吸收，在玻璃温度上升后再以辐射的形式进入室内，吸热玻璃和热反射玻璃就是为了减少太阳能透过玻璃进入室内而采用的，例如6mmLow-E 玻璃在可见光波段具有高的透射率、低反射率、低吸收性的特点。允许可见光良好地透过玻璃传入室内，增强采光效果，在远红外波段具有高反射率、低吸收性的特点。在冬季能有效地阻止室内的热能通过玻璃向室外泄露；在夏季能阻挡外部热能进入室内。Sun-E玻璃整体降低了太阳辐射热量进入室内的程度，选择性透过可见光，并同样具有对远红外波段的高反射特性，适用于炎热气候地区，能更有效地阻止外部的太阳辐射和热辐射通过玻璃进入室内，节约制冷费用。
普通玻璃对可见光和近红外波段具有很高的透射性，而对远红外波段的反射率很低，吸收率很高，这就使得大部分的辐射热能可以从热的空间传递到冷的空间。不论是寒冷还是炎热地区，普通玻璃的隔热性能都必然远远低于Low-E和Sun-E玻璃。 三 影响中空玻璃节能性能的因素 1气体间层的厚度
气体间层的厚度影响着对流换热的强度。对流换热是气体与玻璃表面接触的传热过程，其热阻主要取决于两层玻璃与气体间层的厚度相接触的界面上的边界层厚度。当间层厚度小于4mm时，热表面附近的上升气流于冷表面附近的下沉气流相互干扰，此时气体流速虽小，但形成的局部环流使流区变小，即边界层的热阻就小。当气体间层的厚度增加时，则间层界面附近的边界层变厚，其间层的热阻变大。
双层中空玻璃的热阻并不是随气体间层的厚度的增加而增加。气体间层的厚度增加到一定程度时，因上升气流与下降气流几乎不再相互干扰，其热阻就不再随气体间层厚度的增加而增加。实验证明，合理的中空玻璃的间隔厚度为12mm即能降低传导传热又能降低对流传热。
中空玻璃的传热系数与气体间隔层的厚度关系如表二：（填充气体为空气）。 2 气体间层的气体种类
一般情况下，充入玻璃间隔层的气体有：干燥的空气、惰性气体如氩气、氪气等以及氟化硫等。由于气体的导热系数很低如空气0.024（W/㎡·K）,氩气为0.016（W/㎡·K）因此极大地提高了中空玻璃的热阻性能。生产中一般采用氩气能够降低成本。中空玻璃充入氩气后内外压力平衡不变形，氩气几乎百分之百干燥不上霜不结露成本低，生产制做不受任何温度影响，表三为充入间隔层的气体为干燥空气与氩气对中空玻璃的节能特性的对比。 3 选用的玻璃的热透射率
在通过间层的总传热量当中，辐射传热占主导地位，约占1/3。因此为了提高玻璃的隔热性，应尽量减少间层的辐射换热量。玻璃作为透热材料，当辐射能入射到中空玻璃的一层玻璃表面时热能的一部分被反射，一部分被吸收，一部分透过该层玻璃向中空玻璃的另一层投射，在两界面间产生辐射换热，因此减少外层玻璃的热透射率即可减少两界面间的辐射换热量，提高反射率及吸收率均可达到减少透射率的目的。 4 间隔条的类型
传统的间隔条为铝金属条。用其制造的中空玻璃能够在四季有比较大的温差，冷凝不可避免，含部分金属的间隔条节能性能中等，冷凝现象减少但仍然存在，现在无金属的超级隔条具有微孔结构，这种微孔结构的间隔条挡住热能逃跑的通道，提供最好的热性能。超级间隔条的微孔结构能够抵消温度的波动、气压的变化、风载荷和安装时的压力，密封失效几乎不存在。 5 安装的角度
一般情况下中空玻璃都是垂直放置，但很多情况下它安装在防雨蓬或屋顶时，其安装角度就会发生变化，如果角度变化它的内部气体的对流状态也会随之发生变化，从而影响气体对热量的传递效果，最终导致中空玻璃的传热系数发生变化。 6玻璃的平面尺寸
加大中空玻璃的平面尺寸可减少单位面积的热损失。 7玻璃密封的类型
市场上玻璃密封的类型有单道密封，双道密封。单道密封由于只有一道胶与中空腔相连，外界气体或水很容易
渗透到中空腔里，那它的密封性就失败了，中空玻璃相应就失效了，因此就达不到节能目的。双道密封虽然中空腔与外界有两道密封，但如果间隔条不是一体的，外界气体或水也会慢慢的顺着玻璃面及间隔条接口，渗透到中空腔里造成密封性失败，中空玻璃丧失节能特性。 四 提高中空玻璃节能特性的措施 1合理选择气体间层的厚度
中空玻璃气体间层厚度为4———27毫米，尽管提高间层厚度可以提高隔热性能，但随着厚度的增加对流传热也增加，其他造价相应的提高，如增加密封胶的用量增大，实验证明合理的厚度是12mm。 2选择合理的间隔气体
生产实践活动中，间隔气体有：干燥空气，惰性气体氩气、氪气、氟化硫等，实践证明氩气不但节能效果好而以其廉价的生产成本倍受生产商青睐，其成本大约为每平米0.2元，生产中以使用氩气为常见。 3合理的选择中空玻璃单片
目前，为了提高玻璃反射率，可在玻璃表面镀一层反射系数高的材料，使其既满足对于波长350-750nm范围内的可见光具有较高的透射性，对波长范围在0.8-400um的红外线具有较高的反射率，具有遮阳作用，但有较高的热吸收率。耀华Low-E玻璃就是符合这种要求的产品，耀华Low-E玻璃在可见光波段具有高透过率、低反射率、低吸收率、低吸收率的特点，允许可见光良好的透射过玻璃传入室内，增强采光效果，而且在远红外波段具有高反射率、低吸收性的特点。在冬季能有效地阻止室内的热能通过玻璃向外泄露；在夏季能阻挡外部热能进入。又有一种新产品耀华Sun-E玻璃，它整体降低了太阳辐射热量进入室内的程度，选择性透过可见光，并同样具有对远红外波段的高反射特性。因此一般情况下，在炎热气候地区选择低传热系数的Sun-E玻璃以减少太阳辐射通过玻璃进入室内的热量从而节约空调的制冷费用，达到节能目的。如果是在中部过渡地区，可根据建筑节能设计要求，选用适合的Low-E玻璃或Sun-E玻璃，在寒冷的时候减少室内热辐射的外泄，降低取暖消耗，在炎热的时候控制室外热辐射的传入，节约制冷费用。
如果该地区气候寒冷采暖期长，如我国的东三省、西北地区，就要即考虑提高太阳热获得量增加采光效果，又要减少室内热辐射的外泄，应选用可见光透过率高、遮阳系数高、传热系数低的耀华Low-E玻璃，降低取暖能源消耗，达到节能的效果。 4合理的间隔条
国内一般情况下，使用金属铝条作间隔条，使用热熔聚异丁胶涂框密封胶双道密封工艺而且铝管为一个整体只用一个插脚。这样的中空玻璃一般使用20年以上不会失效。最优良的间隔条是超级间隔条，其产品隔热等性能有效期一百年以上，是节能中空玻璃的上品。 5合理的设计中空玻璃面积
为了减少小玻璃失热量大的问题，一般都尽可能的加大中空玻璃的面积，其计算公式如下：A=4.5/ 〔P/(t+t*t/4 )〕 A———中空玻璃的设计最大面积（㎡） P———建筑物附近的风压（Pa） t———所选用的玻璃单片厚度（㎜） 结束语：
中空玻璃作为一种最佳窗用节能建材已日益受到关注，在能源短缺的今天，节能中空玻璃在建筑上的大面积推广应用，将能极大地降低建筑能耗，从而成为实现国家建筑节能的新举措。 邮编：066000 电话：0335-3285923