玻璃的節能特性與節能玻璃 　　玻璃作為透明材料被廣泛應用于建筑、交通運輸、船舶、航空、制冷等行業，它不僅是良好的透明材料也是一種良好的熱導性材料。不管玻璃被應用于哪個領域，通過玻璃進行熱傳導都會發生，而透過玻璃的熱傳導大部分是能量損失。例如在建筑上使用的普通平板玻璃所發生的能量損失所占的比例很大，據資料介紹普通玻璃應用于建筑上，有1/3能量是通過玻璃的傳導而損失的。 　　目前在世界性能源緊張的今天節能已成為一種趨勢，減少通過玻璃的能量損失越來越被建筑師和建筑使用者所重視，幾乎所有的建筑師都希望能透過某種途徑盡量減少建筑上的損失，以使建筑物的能耗盡量少。減少透過玻璃的能量損失已被提到議事日程。其實節能玻璃在最近幾年已獲得了長足的發展，只是人們對玻璃的認識還不十分全面，因此掌握玻璃的節能特性對正確選用玻璃品種至關重要。 　　1 玻璃節能評價的主要參數 　　自然界中熱量的傳遞通常有三種形式：對流、輻射和傳導。由于玻璃是透明材料，通過玻璃的傳熱除上述三種形式外還有太陽能量以光輻射形式的直接透過。衡量通過玻璃進行能量傳播的參數有熱傳導率及K值（在美國稱為U值）、太陽能透過率、遮蔽系數、相對熱增益等。 　　1.1 K值 　　K值表示的是在一定條件下熱量通過玻璃在單位面積（通常是1m2）、單位溫差（通常指室內溫度與室外溫度之差一般1℃或1K）、單位時間內所傳遞焦耳數。K值的單位通常是W/㎡K。K值是玻璃的傳導熱、對流熱和輻射熱的函數，它是這三種熱傳方式的綜合體現。玻璃的K值越大，它的隔熱能力就越差，通過玻璃的能量損失就越多 　　1.2 太陽能參數 　　透過玻璃傳遞的太陽能其實有兩部分，一是太陽光直接透過玻璃而通過的能量；二是太陽光在通過玻璃時一部分能量被玻璃吸收轉化為熱能，該熱能中的一部分又進入室內。通常有三個概念來定義： 　　（1）太陽光透射率 　　太陽光以正常入射角透過玻璃的能量占整個太陽光入射能的百分數。 　　（2）太陽能總的透過率 　　太陽光直接透過玻璃進入室內的能量與太陽光被玻璃吸收轉化為熱能后二次進入室內的能量之和占整個太陽光入射能的百分數。 　　（3）太陽能反射率 　　太陽光被所有表面（單層玻璃有兩個表面，中空玻璃有四個表面）反射后的能量占入射能的百分數。 　　1.3 遮蔽系數 　　遮蔽系數是相對于3mm無色透明玻璃而定義的，它是以3mm無色透明玻璃的總太陽能透過率視為1時（3mm無色透明玻璃的總太陽能透過率是0.87）其他玻璃與其形成的相對值，即玻璃的總太陽能透過率除以0.87。 　　1.4 相對熱增益 　　用于反映玻璃綜合節能的指標，它是指在一定條件下即室內外溫度差為15℃時透過單位面積（3mm透明，1㎡）玻璃在地球緯度30O處海平面，直接從太陽接受的熱輻射與通過玻璃傳入室內的熱量之和。也就是室內外溫差在15℃時的透過玻璃的傳熱加上地球緯度為30O時太陽的輻射熱630W/㎡與遮蔽系數的積。相對熱增益越大，說明在夏季外界進入室內的熱量越多，玻璃的節能效果越差。對于玻璃真實的熱增益是由建筑所處的地球緯度、季節、玻璃與太陽光所形成的夾角以及玻璃的性能共同決定的。影響熱增益的主要因素是玻璃對太陽能的控制能力即遮蔽系數和玻璃的隔熱能力。 　　相對熱增益特別適合于衡量低緯度且日照時間較長地區向陽面玻璃的使用情況，因為該指標是在室外溫度高于室內溫度時室外熱流流向室內且太陽能也同時進入室內的情況下而給定的。 　　對于不存在太陽能輻射部位使用玻璃時，反映玻璃保溫能力的指標只有K值。 　　建筑節能高性能中空玻璃及其節能效果 　　2 節能玻璃的主要品種 　　隨著技術的不斷進步玻璃品種越來越多，目前主要以節能為目的的品種有吸熱玻璃、鍍膜玻璃、中空玻璃、真空玻璃等。 　　2.1吸熱玻璃 　　吸熱玻璃是在玻璃本體內摻入金屬離子使其對太陽能有選擇地吸收同時呈現不同的顏色，吸熱玻璃的節能是通過太陽光透過玻璃時將光能轉化為熱能而被玻璃吸收，熱能以對流和輻射的形式散發出去從而減少太陽能進入室內。 　　2.2鍍膜玻璃 　　鍍膜玻璃在建筑上的應用主要有兩種，即熱反射玻璃（也稱太陽能控制玻璃）、低輻射玻璃。 　　熱反射玻璃是在玻璃表面鍍上金屬、非金屬及其氧化物薄膜使其具有一定的反射效果，能將太陽能反射回大氣中而達到阻擋太陽能進入室內使太陽能不在室內轉化為熱能的目的。太陽能進入室內的量越少，空調負荷也就越少；熱反射玻璃的反射率越高說明其對太陽能的控制越強，但是玻璃的可見光透過率會隨著反射率的升高而降低，影響采光效果，太高的玻璃反射率也可能出現光污染問題。 　普通平板玻璃的輻射率較高，通常為0.84。低輻射玻璃是通過在玻璃表面涂敷低輻射涂層使表面的輻射率低于普通玻璃從而減少熱量的損失來達到降低采暖費用實現節能目的。衡量低輻射玻璃節能效果的重要指標是輻射率。輻射率越低通過玻璃表面發生的輻射損失越少，玻璃的節能效果越好。 2.3中空玻璃 　　中空玻璃的節能效果 　　建筑物在冬季從窗戶散失的熱量是很大的。據美國統計，建筑物通過窗戶散失的能量約占建筑物消耗能量的30%。在瑞典占的比例更大，約70%。我國統計資料表明約占50%。國內外的實踐證明，提高建筑物圍護結構的保溫性能，特別是提高窗戶的保溫性能是防止建筑物熱量散失的最經濟、最有效的方法。中空玻璃在建筑上的應用起到了關鍵的作用。據美國資料報導，高層辦公樓采用銀灰色中空玻璃窗每平方英尺每年采暖能耗為5494KJ，比用單層玻璃窗節能約2/3（單層玻璃窗每平方英尺每年采暖能耗為17775KJ）。 　　隨著我國國民經濟的發展，國家對環境保護、節能、改善居住條件等問題要求越來越高，相應地制定了一批技術法規。1995年修訂的《民用建筑節能設計標準》〈JGJ26095〉（以下簡稱新標準）要求建筑物采暖能耗比80年代的標準降低50%（其中建筑物承擔30%，采暖系統承擔20%），對建筑物圍擴結構材料和門窗的傳熱系數提出了新的要求。單層玻璃窗的傳熱系數為6W/㎡.K單框雙玻鋼塑復合窗的傳熱系數為3.5W/m2.K，單框雙玻塑料窗的傳熱系數為2.6 W/㎡.K。窗戶的傳 熱系數要達到2.5 W/㎡.K以下必須采用中空玻璃。 　　根據新標準，北京、天津、沈陽、大連等地采用雙玻就能滿足要求。但是雙玻容易產生結露問題，特別是當雙玻密封不嚴時，中空層玻璃內表面容易結霧而影響使用性能。因此，用中空玻璃取代雙玻窗是必然發展趨勢。 　　雖然我國新標準對窗戶的傳熱系數的要求比原來的標準有了很大提高，但同國外相比還有一定的差距。 目前我國建筑業使用中空玻璃的主要問題是建筑造價增加。建筑造價的增加可以很快從節能中收回。規劃部門所作的建筑物使用中空玻璃的技術經濟計算結果表明，在我國寒冷地區（東北、內蒙）使用中空玻璃取得的節能效果，在4～5年內就可補償增加的建筑造價。中空玻璃由于在兩片玻璃之間形成了一定的厚度并被限制了流動的空氣或其他氣體層從而減少了玻璃的對流和傳導傳熱，因此它具有了較好的隔熱能力。 　　例如由兩片5mm普通玻璃和中間層厚度為10mm的空氣層組成的中空玻璃，在熱流垂直于玻璃進行熱傳遞時對流傳熱，傳導傳熱、輻射傳熱各約占總傳熱的2%、38%、60%，同時中空玻璃的單片還可以采用鍍膜玻璃和其他節能玻璃，能將這些玻璃的優點都集中于中空玻璃上，也就是說中空玻璃還可以集本身和鍍膜玻璃的優點于一身，從而發揮更好的節能作用。如用一層5mm厚、表面輻射率0.2的低輻射玻璃和一層厚度為5mm的普通玻璃組成的空氣層為9mm的中空玻璃其K值月約為2.1W/㎡K。如果使用輻射率為0.08的低輻射玻璃并且將空氣層中的空氣用氬氣置換空氣層的厚度選擇12mm，其K值可以達到1.4W/㎡K。如果在中空玻璃的外片選擇熱反射玻璃他還具有控制太陽能的作用。 　　2.4真空玻璃 　　真空玻璃是目前節能效果最好的玻璃，真空玻璃是在密封的兩片玻璃之間形成真空從而使玻璃與玻璃之間的傳導熱接近于零，同時真空玻璃的單片一般至少有一片是低輻射玻璃。低輻射玻璃可以減少輻射傳熱，這樣通過真空玻璃的傳熱其對流、輻射和傳導都很少，節能效果非常好，但目前國內尚未形成生產能力。 　　2.5高性能中空玻璃 　　隨著國家的建筑節能政策的逐步落實，中空玻璃正在不斷地得到推廣應用，在節能方面取得了顯著的結果。但同時應該看到，我們目前應用的中空玻璃的綜合性能是比較低的。比如說，通過玻璃的熱傳遞包括三個方面，即熱輻射、對流和傳導，但普通中空玻璃只解決了其中的熱對流問題，而對影響熱傳遞大得多的輻射和傳導并沒有解決。因此，普通中空玻璃的節能效果是有限的。高性能中空玻璃則三管齊下，從解決輻射、對流和傳導同時入手，節能效果的提高是十分顯著的。此外，高性能中空玻璃的性能還包括：抗冷凝、降低噪音、提高熱阻和減少中空玻璃炸裂等方面。高性能中空玻璃的這些綜合性能的特點，可以概括為三個方面：綠色、健康、舒適。 　　綠色據2004年版的《建筑玻璃實用手冊》研究成果，與普通中空玻璃相比，高性能中空玻璃的節能改善程度是36%～44%，效果是十分顯著的。高性能中空玻璃在配置上，采用低輻射玻璃和超級間隔條時，比普通中空玻璃提高節能36%；采用低輻射玻璃、超級間隔條和氬氣時，比普通中空玻璃提高節能44%。節能效果的改善對最終用戶來說，用于能源的費用支出會有明顯的減少。 　　 　　雖然高性能中空玻璃的支出與普通中空玻璃相比會有所增加，但由于能源費用的節省可使增加的支出在數年內收回。比如，在北京地區采用高性能中空玻璃的回報期約為4年。因此，使用高性能中空玻璃所增加的費用，不應視為成本的增加，而應該視為是一項理智的投資。此外，節能效果的改善，還意味著降低能耗，減少環境污染。 　　高性能中空玻璃的節能效果取決于低輻射玻璃、惰性氣體和超級間隔條的應用。高性能中空玻璃的其它性能與超級間隔