玻璃的节能特性及节能玻璃

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玻璃作为透明材料被广泛应用于建筑、交通运输、船舶、航空、制冷等行业，它不仅是良好的透明材料，也是一种良好的热导性材料。不管玻璃被应用于哪个领域，通过玻璃进行热传导都会发生，而透过玻璃的热传导大部分是能量损失。例如在建筑上使用的普通平板玻璃所发生的能量损失所占的比例很大，据资料介绍普通玻璃应用于建筑上，有1/3能量是通过玻璃的传导而损失的。目前在世界性能源紧张的今天节能已成为一种趋势，减少通过玻璃的能量损失越来越被建筑师和建筑使用者所重视，几乎所有的建筑师都希望能透过某种途径尽量减少建筑上的损失，以使建筑物的能耗尽量少。减少透过玻璃的能量损失已被提到议事日程。其实节能玻璃在最近几年已获得了长足的发展，只是人们对玻璃的认识还不十分全面，因此掌握玻璃的节能特性对正确选用玻璃品种至关重要。
    1  玻璃节能评价的主要参数
       自然界中热量的传递通常有三种形式：对流、辐射和传导。由于玻璃是透明材料，通过玻璃的传热除上述三种形式外还有太阳能量以光辐射形式的直接透过。衡量通过玻璃进行能量传播的参数有热传导率及K值（在美国称为U值）、太阳能透过率、遮蔽系数、相对热增益等。
6 {( O+ g. ?, I2 P8 {  1.1 K值
: n/ z6 Q% w7 W1 D  n     K值表示的是在一定条件下热量通过玻璃在单位面积（通常是1m2）、单位温差（通常指室内温度与室外温度之差一般10C或1K）、单位时间内所传递焦耳数。K值的单位通常是W/m2K。K值是玻璃的传导热、对流热和辐射热的函数，它是这三种热传方式的综合体现。玻璃的K值越大，它的隔热能力就越差，通过玻璃的能量损失就越多
, |6 _8 i& Z" ?* ~* \  1.2 太阳能参数
) `% L" _3 C; f. E( D      透过玻璃传递的太阳能其实有两部分，一是太阳光直接透过玻璃而通过的能量；二是太阳光在通过玻璃时一部分能量被玻璃吸收转化为热能，该热能中的一部分又进入室内。
5 E+ u, z9 k9 {/ d' i5 h     通常有三个概念来定义：
3 c$ Y1 S7 R. O0 `  （1）太阳光透射率
; [- M: d  X/ r$ P   太阳光以正常入射角透过玻璃的能量占整个太阳光入射能的百分数；
  （2）太阳能总的透过率
   太阳光直接透过玻璃进入室内的能量与太阳光被玻璃吸收转化为热能后二次进入室内的能量之和占整个太阳光入射能的百分数。
  （3）太阳能反射率
* h! f, q3 k' b" i% M* F% g' h# W   太阳光被所有表面（单层玻璃有两个表面，中空玻璃有四个表面）反射后的能量占入射能的百分数。
  1.3  遮蔽系数
      遮蔽系数是相对于3mm无色透明玻璃而定义的，它是以3mm无色透明玻璃的总太阳能透过率视为1时（3mm无色透明玻璃的总太阳能透过率是0.87）其他玻璃与其形成的相对值，即玻璃的总太阳能透过率除以0.87。
9 K  d' d( ^3 `1 m" T$ H  1.4   相对热增益
       用于反映玻璃综合节能的指标，它是指在一定条件下即室内外温度差为15OC时透过单位面积（3mm透明，1m2）玻璃在地球纬度30O处海平面，直接从太阳接受的热辐射与通过玻璃传入室内的热量之和。也就是室内外温差在15OC时的透过玻璃的传热加上地球纬度为30O时太阳的辐射热630W/m2与遮蔽系数的积。相对热增益越大，说明在夏季外界进入室内的热量越多，玻璃的节能效果越差。对于玻璃真实的热增益是由建筑所处的地球纬度、季节、玻璃与太阳光所形成的夹角以及玻璃的性能共同决定的。影响热增益的主要因素是玻璃对太阳能的控制能力即遮蔽系数和玻璃的隔热能力。
4 \$ \  x. g, I# A6 d  z       相对热增益特别适合于衡量低纬度且日照时间较长地区向阳面玻璃的使用情况，因为该指标是在室外温度高于室内温度时室外热流流向室内且太阳能也同时进入室内的情况下而给定的。
4 X+ R7 y9 L/ f/ \' N( [4 v1 O       对于不存在太阳能辐射部位使用玻璃时，反映玻璃保温能力的指标只有K值。
  2  节能玻璃的主要品种
      随着技术的不断进步玻璃品种越来越多，目前主要以节能为目的的品种有吸热玻璃、镀膜玻璃、中空玻璃、真空玻璃等。
  2.1吸热玻璃
% U! j/ z: ^# `7 j' H' z; A: w      吸热玻璃是在玻璃本体内掺入金属离子使其对太阳能有选择地吸收同时呈现不同的颜色，吸热玻璃的节能是通过太阳光透过玻璃时将光能转化为热能而被玻璃吸收，热能以对流和辐射的形式散发出去从而减少太阳能进入室内。
  2.2镀膜玻璃
  W% l5 u/ e+ w; y( q3 S      镀膜玻璃在建筑上的应用主要有两种，即热反射玻璃（也称太阳能控制玻璃）、低辐射玻璃。
      热反射玻璃是在玻璃表面镀上金属、非金属及其氧化物薄膜使其具有一定的反射效果，能将太阳能反射回大气中而达到阻挡太阳能进入室内使太阳能不在室内转化为热能的目的。太阳能进入室内的量越少，空调负荷也就越少；热反射玻璃的反射率越高说明其对太阳能的控制越强，但是玻璃的可见光透过率会随着反射率的升高而降低，影响采光效果，太高的玻璃反射率也可能出现光污染问题。
      普通平板玻璃的辐射率较高，通常为0.84。低辐射玻璃是通过在玻璃表面涂敷低辐射涂层使表面的辐射率低于普通玻璃从而减少热量的损失来达到降低采暖费用实现节能目的。衡量低辐射玻璃节能效果的重要指标是辐射率。辐射率越低通过玻璃表面发生的辐射损失越少，玻璃的节能效果越好。
  2.3中空玻璃
       中空玻璃由于在两片玻璃之间形成了一定的厚度并被限制了流动的空气或其他气体层从而减少了玻璃的对流和传导传热，因此它具有了较好的隔热能力。例如由两片5mm普通玻璃和中间层厚度为10mm的空气层组成的中空玻璃，在热流垂直于玻璃进行热传递时对流传热，传导传热、辐射传热各约占总传热的2%、38%、60%，同时中空玻璃的单片还可以采用镀膜玻璃和其他节能玻璃，能将这些玻璃的优点都集中于中空玻璃上，也就是说中空玻璃还可以集本身和镀膜玻璃的优点于一身，从而发挥更好的节能作用。
    如用一层5mm厚、表面辐射率0.2的低辐射玻璃和一层厚度为5mm的普通玻璃组成的空气层为9mm的中空玻璃其K值月约为2.1W/m2K。如果使用辐射率为0.08的低辐射玻璃并且将空气层中的空气用氩气置换空气层的厚度选择12mm，其K值可以达到1.4W/m2K。如果在中空玻璃的外片选择热反射玻璃他还具有控制太阳能的作用。
  2.4真空玻璃
      真空玻璃是目前节能效果最好的玻璃，真空玻璃是在密封的两片玻璃之间形成真空从而使玻璃与玻璃之间的传导热接近于零，同时真空玻璃的单片一般至少有一片是低辐射玻璃。低辐射玻璃可以减少辐射传热，这样通过真空玻璃的传热其对流、辐射和传导都很少，节能效果非常好，但目前国内尚未形成生产能力。

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曾经认为：玻璃的发明应为最伟大的发明之一，玻璃在现实生活中应用太广泛了，改变了人们的生活。但不知道玻璃还有这么多种类，应用玻璃节能，关键还是要降低成本，让大众用得起。