節能玻璃在建筑節能設計中的應用

　　引言

　　當前，能源問題已經成為制約人類生存和發展的關鍵性因素之一。由于石油﹑天然氣﹑煤炭三種傳統能源的大量使用，其儲備已日趨枯竭，人們將不得不轉向成本較高的生物能﹑地熱﹑水利﹑太陽能﹑風力等綠色能源，而我國的能源問題也越來越嚴峻。

　　建筑節能設計作為建筑節能的源頭，是一項綜合性的系統工程，而科學合理地使用具有節能、安全、環保特性的加工玻璃則是這一系統工程中極其重要的環節之一，因為越來越多的節能玻璃已被應用于民用和商用建筑之中。如果這一環節不能得到足夠的重視和有效的實施，建筑節能工作就難以取得實質性的推進。我國幅員遼闊，氣候差異大，有“三北高寒地區”，有“冬冷夏熱地區”，有“夏熱冬暖”地區等多種氣候特征，因此為了滿足建筑節能、國家未來能源戰略的實施和經濟社會可持續發展的要求，必須要研制開發出能適應不同氣候特征的節能玻璃產品。

　　在工程實踐中，往往由于忽視了節能玻璃的選擇應遵循“因地制宜，外觀采光”的原則，以及其他影響其節能性能的因素等環節，因此造成在建筑設計中的選擇不當或者沒有合理規避影響其節能效果的不利因素，而造成了大量的經濟浪費。因此，系統的分析節能玻璃在建筑設計中的應用顯得非常必要。

　　1 建筑節能玻璃的節能原理及性能指標

　　1. 1 節能原理

　　建筑節能玻璃包括吸熱玻璃﹑熱反射玻璃﹑低輻射玻璃﹑中空玻璃、真空玻璃等。目前，應用在建筑節能工程上較多的有熱反射玻璃﹑低輻射（詞條“輻射”由行業大百科提供）玻璃﹑中空玻璃，而中空玻璃多是由熱反射玻璃和低輻射玻璃加工而成。

　　自然環境中的太陽能輻射是最大熱能，其中可見光的能量僅占1 /3，其余的2 /3 主要是熱輻射（詞條“熱輻射”由行業大百科提供）能。自然界另一種熱能形式是遠紅外輻射能，其能量分布在4 ～50μm 波長之間。在室外，這部分熱能是由太陽照射到物體上被物體吸收后再輻射出來的，夏季成為來自室外的主要熱源之一，在室內這部分熱能由暖氣、家用電器、陽光照射的家具及人體所產生的，冬季成為來自室內主要熱源。

　　太陽輻射投射到玻璃上，一部分透過玻璃成為直接通過的能量，而另一部分被玻璃吸收或反射，被玻璃吸收的太陽能使溫度升高，并通過與空氣對流（詞條“對流”由行業大百科提供）及向外輻射而傳遞熱能，因此最終仍有相當部分透過物體，這可歸結為傳導、輻射、對流形式的傳遞。一般而言，來自于暖氣的遠紅外線熱輻射，玻璃只能反射式吸收它，而不能直接透過，最終僅以傳導、輻射、對流的形式透過玻璃，因此遠紅外線輻射透過玻璃的傳熱是通過傳導、輻射、及空氣對流體現的。

　　玻璃對遠紅外線熱能的阻擋效果，取決于玻璃吸收能力的強弱。輻射率越低的玻璃，越不易吸收外來的熱輻射能量，從而玻璃通過傳導、輻射、對流所傳遞的熱能就少。低輻射玻璃能夠起到“隔熱節能”的效果，正是限制了這一部分的傳熱。現代建筑多采用中空Low - E 玻璃，其節能效果更加顯著，這是因為中空玻璃內部氣體處于一個封閉的空間，氣體不產生對流，對流換熱量很小。同時，空氣的導熱系數為0.028W/( m·K) ，是玻璃導熱系數0.77W/( m·K) 的1 /27，傳導傳熱在中空玻璃的能量傳遞中也占較小的比例，而采用低輻射玻璃以后，不僅可以直接反射遠紅外熱輻射，而且可以阻擋玻璃吸熱升溫后以輻射形式向外散熱，從而降低了輻射傳熱，因此，其保溫隔熱性能要比普通中空玻璃高1 倍。玻璃熱損耗示意圖如圖1所示。

　　1. 2 性能指標

　　由于玻璃是透明材料，通過玻璃傳熱除了傳導、輻射、對流這三種形式外，還有太陽能量以光輻射形式的直接透過。衡量建筑節能玻璃節能性能的參數最主要有熱傳導率即U 值、可見光透過率、遮陽系數（詞條“遮陽系數”由行業大百科提供）( Sc) 等。國家標準也明確規定，此三大性能指標為的幕墻玻璃的強制檢測參數，這足以說明了其重要性。

　　熱能傳遞系數( U 值) : 鍍膜玻璃保溫隔熱性能的代表性指標。它表示在一定條件下熱量通過玻璃時，在單位面積( 通常是1m2 ) 、單位溫差( 通常是室內溫度和室外溫度之差l ℃或者1K) 和單位時間( 1s) 內通過玻璃所傳遞熱量的焦耳數，其單位通常是W/(m2·K) 。U 值是玻璃的傳導熱、對流熱和輻射熱的函數，它是這三種傳熱方式的綜合體現，U 值越小，它的隔熱和保溫能力就越好，透過玻璃的能量損失也就越小。在英國單位制中通常用K 值來表示。

　　可見光透射比( Tvis) : 是指在可見光譜( 380 ～780nm) 范圍內，透過玻璃的光強度相對于入射光強度的百分比。在保持同樣低輻射性能的條件下，玻璃的可見光透過率越低，室內的采光效果就越差，但進入室內的熱量也會相對減少。

　　遮陽系數( Sc) : 顧名思義是玻璃遮擋或抵御太陽光能的能力，是指太陽輻射總透射比與3mm厚普通無色透明平板玻璃的太陽輻射的比值。遮陽系數越小，阻擋陽光向室內直接輻射熱量的性能越好。

　　這三大性能指標決定了節能玻璃在建筑節能中所起到的作用，因此，在建筑節能設計（詞條“建筑節能設計”由行業大百科提供）中，因地制宜，把握好這三大性能指標顯得至關重要。

　　2 建筑節能玻璃的選擇應遵循的原則

　　2. 1 氣候地域因素

　　對于我國不同地區，常年的氣候變化情況大不相同，因此，要充分發揮節能玻璃在建筑中的最大節能效果，必須考慮到氣候地域的因素。而控制節能玻璃的節能效果，其本質就是控制節能玻璃的三大性能指標。

　　對于北方寒冷地區而言，主要以控制暖氣損耗為主，因此應選擇Sc>0. 6 的節能玻璃為宜，使太陽能盡可能多地進入室內; 對于南方炎熱地區而言，主要以控制空調損耗為主，應選擇Sc<0. 3 的節能玻璃為宜，盡可能的限制太陽能進入室內; 對于中部溫冷地區，控制空調、暖氣損耗同樣重要，因此應選擇Sc 為0. 3～0. 6 為宜，兼顧冬、夏需要。

　　2. 2 采光效果

　　在現代建筑中，追求大面積采光的玻璃設計成為潮流，在滿足節能效果的前提下，室內的視覺舒適度與采光效果密切相關。而在建筑節能設計中，處理好采光效果，就必須解決好與太陽能輻射的矛盾，因為我們知道，采光效果和可見光透過玻璃進入室內的數量有關系，可見光透射率越大，勢必太陽能輻射熱進入室內的也就越多，因此，在滿足“遮蔽熱輻射”節能的前提下，盡可能的控制節能玻璃的可見光透射率，才能達到一個理想的室內視覺舒適度。

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