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      中空玻璃的節能特性分析

      發布時間:2019-04-26 17:34

      來源:www.family-of-man.com

        1.中空玻璃節能特性的基本指標

        中空玻璃諸多的性能指標中,能夠用來判別其節能特性的主要有傳熱系數K和太陽得 熱系數SHGC。

        中空玻璃的傳熱系數K是指在穩定傳熱條件下,玻璃兩側空氣溫度差為1K時,單 位時間內通過單位面積中空玻璃的傳熱量,以WAm2*K)表示。傳熱系數K值越低,說 明中空玻璃的保溫隔熱性能越好,在使用時的節能效果越顯著。

        太陽得熱系數是指在太陽輻射相同的條件下,太陽輻射能量透過窗玻璃 進人室內的量與通過相同尺寸但無玻璃的開口進人室內的太陽熱量的比率。玻璃的SHGC 值增大時,意味著可以有更多的太陽直射熱量進入室內,減小時則將更多的太陽直射熱60

        量阻擋在室外。SHGC值對節能效果的影響是與建筑物所處的不同氣候條件相聯系的。 在炎熱氣候條件下,應該減少太陽輻射熱量對室內溫度的影響,此時需要玻璃具有相對 低的SHGC值;在寒冷氣候條件下,應充分利用太陽輻射熱量來提高室內的溫度,此時 需要高SHGC值的玻璃。在/C值與SHGC值之間,前者主要衡量的是由于溫度差而產生 的傳熱過程,后者主要衡量的是由太陽輻射產生的熱量傳遞,實際生活環境中兩種影響 同時存在,所以在各建筑節能設計標準中,是通過限定K和SHGC的組合條件來使窗戶 達到規定的節能效果。

        中空玻璃節能指標的影響因素分析

        每個單片玻璃的厚度(mm)

        (1)玻璃的厚度。中空玻璃的傳熱系數與玻璃的熱阻[玻璃的熱阻為1 (m2«K)/W] 和玻璃厚度的乘積有著直接的聯系。當增加玻璃厚度時,必然會增大該片玻璃對熱量傳 遞的阻擋能力,從而降低整個中空玻璃系統的傳熱系數。通過對具有12_空氣間隔層 的普通中空玻璃進行計算,當兩片玻璃都為3mm白玻時,K=2. 745W/(m2_K);都為 10mm白玻時,K=2. 64W/(m2.K),降低了 3. 8%左右,且K值的變化與玻璃厚度的變 化基本為直線關系,如圖3-5所示。從 計算結果也可以看出.增加玻璃厚度對降 低中空玻璃K值的作用不是很大,8 + 12 +8的組合方式比常用的6 + 12+6組合方 式K值僅降低0.03W/(m2 • K),對建筑 能耗的影響甚微。由吸熱玻璃或鍍膜玻 璃組成的中空系統,其變化情況與白玻 相近.所以在下面的其他因素分析中,

        當玻璃厚度增加時,太陽光穿透玻璃進人室內的能量將會隨之而減少,從而導致中空玻 璃太陽得熱系數的降低。如圖3-6所示,在由兩片白玻組成中空時,單片玻璃厚度由3mm 增加到10mm,SHGC值降低了 16%;由綠玻(選用典型參數)+白玻組成中空時,SHGC 值降低了 37%左右。不同廠商、不同顏色的吸熱玻璃影響程度將會有所不同,但同一類型中,玻璃厚度對SHGC值的影響都會比較大, 同時對可見光透過率的影響也很大。所以,建 筑上選用吸熱玻璃組成的中空玻璃時,應根據 建筑物能耗的設計參數,在滿足結構要求的前 提下,考慮玻璃厚度對室內獲得太陽能強度的 影響程度。在鍍膜玻璃組成中空時,厚度會依 基片的種類而產生不同程度的影響,但主要的 因素將會是膜層的類型。

        中空玻璃、SHGC值與玻璃厚度關系 玻璃等,以及由這些玻璃所產生的深加工產品。玻璃被熱彎、鋼化后的光學熱工特性會有微小的改變,但不會對中空系統產生明顯的變化,所以此處僅分析未進行深加工的玻璃原片。 不同類型的玻璃,在單片使用時的節能特性就有很大的差別。當合成中空時,各種形式的組 合也會呈現出不同的變化特性。

        吸熱玻璃是通過本體著色減小太陽光熱量的透過率、增大吸收率,由于室外玻璃表面的 空氣流動速度會大于室內,所以能更多地帶走玻璃本身的熱量,從而減少了太陽輻射熱進人 室內的程度。不同顏色類型、不同深淺程度的吸熱玻璃,都會使玻璃的SHGC值和可見光 透過率發生很大的改變。但各種顏色系列的吸熱玻璃,其輻射率都與普通內玻相同,約為0.84。所以在相同厚度的情況下,組成中空玻璃時傳熱系數K值是相同的。選取不同廠商 的幾種有代表性的6mm厚度吸熱玻璃,中空組合方式為吸熱玻璃+ 12mm空氣+ 6mm白 玻,表3 -9列出了各項節能特性參數。計算結果表明,吸熱玻璃僅能控制太陽輻射的熱量 傳遞,不能改變由于溫度差引起的熱量傳遞。

        陽光控制鍍膜玻璃是在玻璃表面鍍上一層金屬或金屬化合物膜,膜層不僅使玻璃呈現豐 富的色彩,而且更主要的作用就是降低玻璃的太陽得熱系數SHGC值,限制太陽熱輻射直 接進人室內。不同類型的膜層會使玻璃的SHGC值和可見光透過率發生很大的變化,但對 遠紅外熱輻射沒有明顯的反射作用,所以陽光控制鍍膜玻璃單片或中空使用時,K值與白 玻相近。

        Low-E玻璃是一種對波長范圍4. 5?25^m的遠紅外線有很高反射比的鍍膜玻璃。在我 們周圍的環境中,由于溫度差引起的熱量傳遞主要集中在遠紅外波段上.白玻、吸熱玻璃、 陽光控制鍍膜玻璃對遠紅外熱輻射的反射率很小,吸收率很高,吸收的熱量將會使玻璃自身 的溫度提髙,這樣就導致熱量再次向溫度低的一側傳遞。與之相反,Low-E玻璃可以將溫 度高的一側傳遞過來的80%以上的遠紅外熱輻射反射凹去,從而避免了由于自身溫度提髙 產生的二次熱傳遞,所以L〇w-E玻璃具有很低的傳熱系數。

        Low-E玻璃的輻射率。L〇w-E玻璃的傳熱系數與其膜面的輻射率有著直接的聯系。 輻射率越小時,對遠紅外線的反射率越高,玻璃的傳熱系數也會越低。例如,當6mm單片 Low-E玻璃的膜面輻射率為〇• 2時,傳熱系數為3. 80WAm2 . K);輻射率為0. 1時,傳熱 系數為3. 45WAm2 • K)。單片玻璃K值的變化必然會引起中空玻璃K值的變化,所以 Low-E中空玻璃的傳熱系數會隨著低輻射膜層輻射率的變化而改變。圖3 - 7所示的數據為 白玻與Low-E玻璃采用6 + 12+6的組合時,中空K值受膜面輻射率變化的情況??梢钥闯?,當輻射率從〇• 2降低到〇. 1時,K■值僅降低了 〇• 17WV(m2 • K)。這說明與單片L〇w-E 的變化相比,L〇w-E中空的K值變化受輻射率的影響不是非常顯著。

        (4) Low-E玻璃鍍膜面位置。由于Low-E玻璃膜面所具有的獨特的低輻射特性,所以在 =組成中空玻璃時,鍍膜面放置位置的不同將使工 中空玻璃產生不同的光學特性。以耀華L〇w-E I 為例,按照與白玻進行6 + 12 + 6的組合方式計 |

        算.將鍍膜面放置在4個不同的位置上時(室毎 外為1號位置,室內為4號位置),中空玻璃節 能特性的變化見表3-10。根據結果顯示,膜面圖 位置在2號或3號時的中空玻璃K值最小,即 保溫隔熱性能最好。3號位置時的太陽得熱系數要大于2號位置,這一區別是在不同氣候條 件下使用L〇w-E玻璃時要注意的關鍵因素。寒冷氣候條件下,在對室內保溫的同時,人們 希望更多地獲得太陽輻射熱量,此時鍍膜面應位于3號位置;炎熱氣候條件下,人們希望進 人室內的太陽輻射熱量越少越好,此時鍍膜面應位于2號位置。

        如果為了建筑節能或顏色裝飾的設計需要,在炎熱地區采用吸熱玻璃與L〇w-E玻璃組 成中空時,從表3-10中可以看出,膜面在2號或3號位置時的傳熱系數都是最小,但3號 位置的太陽得熱系數比2號位置小得多,此時Low-E膜層應該位于3號位置。

        間隔氣體的類型。中空玻璃的導熱系數比單片玻璃低一半左右,這主要是氣體間隔 層的作用。中空玻璃內部充填的氣體除空氣以外,還有氬氣、氪氣等惰性氣體。由于氣體的 導熱系數很低[空氣〇. 〇24WAm*K);氬氣0_016WAm.K)],因此極大地提高了中空玻 璃的熱阻性能。6+12+6的白玻中空組合,當充填空氣時K值約為2. 7WAm2.K),充填 9〇%氬氣時K值約為2.55WAm2 . K),充填川0%氬氣時約為2. 53W/(m2 . K),充填 100%氪氣時K值約為2. 47WAm2*K)。兩種惰性氣體相比,氬氣在空氣中的含量豐富, 提取比較容易,使用成本低,所以應用較為廣泛。不論填充何種氣體,相同厚度情況下,中 空玻璃的SHGC值和可見光透過率基本保持不變。

        氣體間隔層的厚度。常用的中空玻璃間隔層厚度為6mm、9mm、12mm等。氣體 間隔層的厚薄與傳熱阻的大小有著直接的聯系。在玻璃材質、密封構造相同的情況下,氣體 間隔層越大,傳熱阻越大。但氣體層的厚度達到一定程度后,傳熱阻的增長率就很小了。因 為當氣體層厚度增達到一定程度后,氣體在玻 璃之間溫差的作用下就會產生一定的對流過程, 從而減低了氣體層增厚的作用。如圖3 _ 8所示,

      氣體層從1mm增加到9mm時,白玻中空充填 空氣時K值下降37%,Low-E中空玻璃充填空 氣時K值下降53%,充填氬氣時下降59%。從 9mm增加到13mm時,下降速度都開始變緩。 13mm以后,K值反而有輕微的回升。所以,對 于6mm厚度玻璃的中空組合,超過13mm的氣 體間隔層厚度再增大,不會產生明顯的節能效果。

        從圖3 - 8中我們也可以看出,氣體間隔層增加時,Low-E中空玻璃K值的下降速度比 普通中空玻璃要快。這種特性使得在組成三玻中空玻璃時,如果必須采用兩個氣體層不一樣 厚度的特殊組合時,Low-E部位的間隔層厚度應不小于白玻部位的間隔層厚度。例如, 6mm玻璃中空組合時,白玻+ 6mm+白玻+ 12mm + Low-E的K值為1.48W/(m2 . K); 白玻+ 9mm十白玻+9mm+Low-E 的 K"值為 1.54W/(m2 .K);白玻+12mm+白玻+6mm + Low-E 的 K 值為 1. 70W/(m2 • K)。

        間隔條的類型。中空玻璃邊部密封材料的性能對中空玻璃的K值有一定影響。通 常情況下,大多數間隔使用鋁條法。雖然重量輕,加工簡單,但其導熱系數大,導致中空玻 璃的邊部熱阻降低。在室外氣溫特別寒冷時,室內的玻璃邊部會產生結霜現象。以Swiggle 膠條為代表的暖邊密封系統具有更優異的隔熱性能,大大降低了中空玻璃邊部的傳熱系數, 有效地減少了邊部結霜現象,同時可以將內玻中空玻璃的中央K值降低5%以上,Low-E 中空玻璃的中央K值降低9%以上。表3 - 11為各種邊部密封材料的導熱系數。

        
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