玻璃系统中镀膜面位置对节能效果的影响

江苏省建筑工程质量检测中心有限公司            李磊  张纬

摘  要：本文通过计算镀膜面位置不同时玻璃系统的热工参数，并分析形成差异的原因，浅述了镀膜面位置不同对玻璃系统节能的影响

关键词：镀膜玻璃  可见光透射比（ ）  遮阳系数（SC）   U值  

    玻璃是幕墙、门窗的主要材料，玻璃的热工性能直接影响幕墙和门窗的节能性能，其中玻璃的传热系数、遮阳系数、可见光透射比效果与镀膜面位置有着较密切关系。

1． 镀膜玻璃的介绍

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，或满足某种特定要求。

镀膜玻璃主要分为两类：阳光控制镀膜玻璃和低辐射镀膜（Low-E）玻璃。阳光控制镀膜玻璃对（300~1800）nm的太阳光具有一定的控制作用；Low-E玻璃对（4.5~25）μm的远红外线有较高的反射比。^①

2． 与节能效果有关的几个概念

2.1  可见光透射比（ ）的概念

可见光透射比：简写为Tvis，在可见光谱(380nm至780nm)范围内，透过玻璃的光强度对入射光强度的百分比。是最早被普及使用的玻璃光学性能参数。在《公共建筑节能设计标准》中提出了“当窗墙比小于0.4时，玻璃的可见光透射比不应小于0.4”的限制要求。

2.2  U值的概念

U值是表征玻璃传热的参数。表示热量通过玻璃中心部位而不考虑边缘效应，稳态条件下，玻璃两表面在单位环境温度差条件时，通过单位的面积的热量。单位是W/(m²·K)。^②U值是玻璃热工参数的重要指标，U值越低，玻璃的保温性能越好，冬季可以大大降低室内物体以长波形式向室外辐射热量，从而降低冬季采暖能耗。

2.3遮阳系数（SC）的概念

遮阳系数（SC）是透过玻璃的阳光获取量（g）与相同条件下透过单层3mm无色玻璃的阳光热获取量的比值。其中SC＝g/0.87（GB/T 2680－94中规定单层3mm无色玻璃的阳光热获取量为0.889）。遮阳系数反映了玻璃系统的隔热率，低的遮阳系数可以有效降低夏季太阳光热辐射进入室内，从而降低夏季制冷能耗。

3. 对玻璃系统采用美国LBNL实验室的软件进行模拟计算并分析

3.1 单层玻璃

    现选用6mm厚阳光控制镀膜玻璃A（其镀膜表面校正发射率 为0.416，非镀膜面校正发射率 为0.840），其光谱谱线如图1所示，分别计算膜面放置在1#位置（室外侧）、2#位置（室内侧）时其对应的热工参数，见表1 。

                               图 1  镀膜玻璃A的光谱图

表1  镀膜玻璃其膜面放置在1#位置（室内侧），2#位置（室外侧）时其对应的热工参数

为了方便描述把镀膜面在1#的镀膜玻璃称为1号玻璃，把镀膜面在2#的镀膜玻璃称为2号玻璃；对于单片镀膜玻璃而言，虽然1号玻璃、2号玻璃的Tvis，Tsol相同，但是1号玻璃的Rsol比2号玻璃要高得多，进而说明1号玻璃对阳光的吸收率 要远低于2号玻璃。根据ISO9050给出的计算公式在计算二次传热时外表面换热系数 =23 W/(m²·K)，而内表面换热系数 是一个和内表面校正发射率 相关的函数^③。

  ——玻璃向室内侧二次传热系数

  ——玻璃对太阳能的吸收比 %

以上两个公式通过数学变换，可以得到如下公式1

        ——公式1

     从中可以看出 是由两个变量决定的，当 不变时， 是随着 的增大而增大；当 不变时， 也是随着 的增大而增大。1号玻璃的 远小于2号玻璃的 ，1号玻璃的室内表面的 为0.840大于2号玻璃的室内表面的 （值为0.461），因此 与 的相互影响使得1号玻璃的 与A2的 相对接近，从而使得A1与A2的SC只有0.03的差别。

再比较一下两者的U值，发现1号玻璃的U值小于2号玻璃的U值。这是因为玻璃的U值是以公式2为计算基础的。

        ——公式2

——玻璃系统内部热传导系数 W/(m²·K)

当玻璃系统为单层玻璃时，因不存在空隙层的气体的导热，故而 即为玻璃热阻与玻璃厚度的乘积的倒数（JGJ113-2003中规定玻璃热阻为1m·K/W）。当玻璃厚度一定时，1/ 也是一定，玻璃厚度一般都较小，本例中为6mm，1/ 也即是0.006，这个值很小对U值的影响也很小。1号玻璃的内表面为非镀膜面（ =0.840），室内换热系数 =8W/(m²·K)；2号玻璃的内表面为镀膜面（ =0.416），室内换热系数 =5.79 W/(m²·K)；而室外换热系数 是个与风速有关的函数，JGJ113-2003规定 =23W/(m²·K)，由于 （2号玻璃）< （1号玻璃），使得 （2号玻璃）< （1号玻璃），而1号玻璃、2号玻璃的 和 均相同，进而使得2号玻璃具有更小的U值，综上所述玻璃内表面的校正发射率 的大小，决定了玻璃的室内换热系数的大小，从而影响了玻璃的U值。
    从以上分析可以看出：对于有较低辐射率的单片热反射玻璃，安装时镀膜面应在室内，这样既可以避免其镀膜面对阳光高反射造成的光污染以及气候条件对镀膜层的损伤，又可以使得玻璃系统有更好的保温性能。

3.2  中空玻璃

     现选用6mm厚阳光控制镀膜玻璃A、6mm厚Low-E玻璃B分别与6mm厚无色清洁玻璃C，组合成中空玻璃，光谱谱线见图2，图3，出于对镀膜层的保护，中空玻璃系统中镀膜面应放在2#位置或3#位置（从室外往室内数分别为第二、第三面），具体模型见图4。 表2给出了镀膜面在2#和3#时，中空玻璃的热工参数。

                          图2  LOW-E玻璃B的光谱谱线

                          图3  6mm厚无色清洁玻璃C光谱谱线

表2  镀膜面分别在2#位置和3#位置时中空玻璃的热工参数

                            图4  中空玻璃(IGU)模型

对中空玻璃而言，比较镀膜面在2#位置与在3#位置时的热工参数可以看出，两者的可见光透射比，U值是一样的，而在2#位置时遮阳系数更小。这种差异是因二次传热的不同引起的，尤其是对于吸热率高的镀膜玻璃组成的中空玻璃尤其明显。当镀膜玻璃的镀膜面在3#位置，其反射的热量并没有直接反射到室外，而反射在中空玻璃的气体间隔层中，再经过外片玻璃的反射以及内部的热量的传导，这样就加大了整个玻璃系统的二次传热，以上的结论可以从中空玻璃二次传热的计算公式3得到验证。

                                    ——公式3

——中空玻璃第一片玻璃的太阳光直接吸收比，%；

——中空玻璃第二片玻璃的太阳光直接吸收比，%；

——两片玻璃之间的热导，W/（m²·K）

镀膜面在2#位置与在3#位置时， =8W/(m²·K)， =23W/(m²·K)， 均相同也即是分母相同，故在比较 时只需比较分子m的大小

两片玻璃之间的热导 ，以配置6mmCL+12A+6mmCL为例， =5.4 W/（m²·K），当间隔层气体为导热率更低的惰性气体时， 值更小，而镀膜中空特别是Low-E中空玻璃其 值只有2.0W/（m²·K）左右，因而 系数远远大于 ，故第二片玻璃的太阳光直接吸收比 的变化对玻璃系统的二次传热影响更大，当镀膜面在3#位置时，势必增加了第二片玻璃的太阳光直接吸收比 ，经过乘积效应的放大（对绝大多数镀膜中空玻璃而言， 的减少不足以抵消这种效应）使得整个玻璃系统的二次传热变大。

因而镀膜面放置在2#位置能够使得玻璃系统拥有更好的遮阳效果。

4．结论

当安装单片镀膜玻璃时，镀膜面应放置在室内面，这样既可以保护镀膜层也可以避免因高反射带来的光污染；对镀膜中空玻璃而言，尤其在夏热冬冷地区，因该地区对玻璃系统的遮阳系数以及传热系数都有要求，选用遮阳型Low-E居多，安装时镀膜面在从室外往室内数第二面时，会使得玻璃系统拥有更佳的节能效果。

参考文献

[1] GB/T 18915.1~18915.2-2002 镀膜玻璃[S]

[2] JGJ113-2003 建筑玻璃应用技术规程[S]

[3] ISO9050-2003 Glass in building-Determination of light transmittance ,solar direct transmittance ,total solar energy transmittance ,ultraviolet transmittance and related glazing factors[S]