Low-E玻璃选型及在节能建筑中的应用

张京玲 王文彪

（中国建筑材料检验认证中心有限公司,北京 100024）

Low-E玻璃全称为低辐射镀膜玻璃，英文为low emissivity coated glass，是指能对波长在1.0～40μm范围内的远红外线，低吸收、低二次向外辐射(即低向外发射)、基本完全反射的镀膜玻璃制品，能很好地阻挡远红外的辐射热传递[1]。迄今为止，国内外市场上Low-E玻璃的最终使用形态绝大多数是以中空玻璃的形态出现的，具有隔热、保温、防噪声、防结露等优良性能。

在建筑能耗中，通过门窗传热损失能源消耗约占建筑能耗的30%，用Low-E玻璃制造建筑物门窗和玻璃幕墙，可大大降低因辐射而造成的室内热能向室外的传递，达到理想的节能效果。

1 影响Low-E玻璃节能程度的两个重要指标

1.1 传热系数K/U

表示在一定条件下热量通过玻璃在单位面积、单位温差(指室内外温差，不是温度分布温差)、单位时间内所传递的能量，单位通常用W/m2·K表示。玻璃的传热系数越大表明它的隔热保温性能越差，也就意味着通过玻璃的能量损失也就越多。传热系数可通过实测或理论计算分别获得，并已实现了标准化。流行的有防护热板法、热流计法和计算法[2]。

1.2 遮阳系数Sc

遮阳系数是相对于3mm无色透明玻璃而定义的。它是以3mm透明玻璃的总太阳能透过率作为基准，其他玻璃种类的总太阳能透过率与之相比的结果。遮阳系数越低，表明能够进入室内的太阳热能就越少。但只是在炎热气候地区和大窗墙比时，遮阳系数低的玻璃才有利于节能；在寒冷地区和小窗墙比时，遮阳系数高的玻璃更有利于利用太阳能，以降低采暖能耗而实现节能[3]。

1.3 太阳得热系数SHGC

又称太阳能总透射比、得热因子、g值，是指在太阳辐射相同条件下太阳辐射能量透过窗玻璃进入室内的量与通过相同尺寸但无玻璃的开口进入室内的太阳热量的比率。我们把标准的3mm白玻璃的太阳能透过率的取值称为航向比，遮阳系数Sc=太阳能得热系数(SHGC)/ 航向比。

2 Low-E玻璃选型需考虑的主要因素

2.1 原片玻璃的选择

原片玻璃对Low-E玻璃节能特性的影响主要从玻璃厚度和玻璃种类两方面考虑。

2.1.1 原片玻璃的厚度

以具有12mm空气夹层的普通中空玻璃进行计算，从图1中可以看出，K值的变化与玻璃厚度的变化基本为直线关系，增加玻璃厚度对降低中空玻璃K值的作用不是很大。8+12+8的组合方式比常用的6+12+6组合K值仅降低0.03 W/(m2·K)，对建筑能耗的影响甚微。在镀膜玻璃组成中空时，厚度会依原片玻璃的种类而产生不同程度的影响，但主要的因素将会是玻璃镀膜的类型[4]。

图1 玻璃厚度对中空玻璃K值的影响

2.1.2 玻璃的类型

Low-E玻璃可分为在线Low-E和离线Low-E两大类。目前市场上的离线Low-E又可以分为单银高透型Low-E玻璃，遮阳型Low-E及双银Low-E三种。单银高透型Low-E的透光率一般都较高，最高的透光率能达到83%左右。遮阳型Low-E与高透型Low-E的区别在于它的透光率没有高透型高，一般都在40%左右，而遮阳系数较低一般都在0.5以下。因此，它具有良好的遮阳效果，适宜于南方使用。双银Low-E的膜层中有两层银层，银层的添加是为了得到最低的辐射率。由于阳光透过率非常低，所以膜具有很低的遮阳系数和很高的可见光透过率。因此双银Low-E兼备了高透型Low-E及遮阳型Low-E的优点，并且具有比上述两种Low-E更低的辐射率[5]。

以相同配置的6+12A+6(mm)的双白中空玻璃与相同配置的Low-E中空玻璃为例。6+12A+6(mm)的双白中空玻璃K值为2.9 W/m2·℃，而普通单银Low-E中空玻璃的K值约为1.8 W/ m2·℃，两者之间的热阻值相差1.1 W/m2·℃。一个具有玻璃幕墙约2万m2的高层建筑，如采用双白中空玻璃就会有22 kW/h的损失，每天按8 h工作制计算，则为22 kW×8h=176 kW·h的损失，约合140.8元[6]。

2.2 镀膜面位置

图2 中空玻璃镀膜位置的编号

由于Low-E玻璃镀膜面所具有的独特低辐射特性，在组成中空玻璃时，镀膜面放置位置的不同将使中空玻璃产生不同的特性。图2为中空玻璃镀膜位置编号。中空玻璃共有4个表面，由室外向室内数分别为1#、2#、3#、4#面。以耀华low-E为例，按照与白玻进行6+12+6的组合方式计算，将镀膜面放置在4个不同位置时，中空玻璃的特性变化见表1。Low-E膜位于2#、3#面时，具有较低的相同的传热系数K值1.923，即保温隔热性能最好，位于2#面时具有较低的太阳得热系数SHGC值0.625，而位于3#面时同样的玻璃其太阳得热系数SHGC0.676要大于位于2#位置的太阳得热系数SHGC值。因此，建议在南方地区Low-E膜位于2#面，而在寒冷气候条件下，在对室内保温的同时希望更多地获得太阳辐射热量，北方地区位于3#面。还需注意的是，Low-E膜位于2#、3#面时外观效果也不相同，不同型号的Low-E玻璃所具有的外观效果差别很大，选择时应综合考虑外观效果和节能特性[4]。

表1 low-E玻璃膜面位置对节能的影响

为了建筑节能或颜色装饰的设计需要，在炎热地区采用吸热玻璃与Low-E玻璃组成中空。从表1中可以看出，吸热玻璃位于室外，膜面在2#或3#位置时的传热系数为1.925都是最小，但3#位置的太阳得热系数SHGC0.347比2#位置0.586小得多。这是因为Low-E膜在3#位置时吸热玻璃已经吸收一部分太阳辐射热，同时再经Low-E膜反射一部分太阳辐射热，吸热玻璃进行的二次辐射也被Low-E膜反射掉大部分。因此Low-E膜在3#位置的太阳得热系数比在2#位置小得多，此时Low-E膜层应位于3#位置。

2.3 气体夹层

气体夹层主要影响中空玻璃的隔热特性，而影响气体夹层的因素主要有以下几个方面：气体夹层的厚度、气体种类、气体夹层间隔条和密封胶。

2.3.1 气体夹层厚度

目前国内常用的中空玻璃气体夹层厚度为6mm、9mm、12mm等。以三种6mm中空玻璃组合夹层为例，夹层厚度在1mm~15mm范围内K值变化见图3。由图3可看出，三种6mm中空玻璃组合夹层的夹层厚度在1mm~9mm范围内K值下降较快，而9mm~13mm开始变缓，13mm后基本保持持平甚至还有轻微回升。所以，对于6mm中空玻璃组合，超过13mm的气体夹层厚度再增大不会产生明显的节能效果。合理的中空玻璃的气体层厚度为12.7mm左右，因此间隔层厚度选用12mm较好[4]。因此不同的中空玻璃组合夹层气体层厚度在适宜的范围内会产生明显的节能效果。

图3 气体夹层厚度对K值的影响

2.3.2 气体种类

充入中空玻璃夹层内的气体需具有化学稳定性和低的导热系数。中空玻璃夹层内部充填的气体除空气以外，还有氩气、氪气、氙气等惰性气体，不同的气体，其导热系数不同。由于气体的导热系数很低（空气0.024W/(m·K)，氩气0.016W/(m·K))，因此极大地提高了中空玻璃的热阻性能。因氩气在空气中的含量丰富提取较容易，使用成本低，所以中空玻璃产品多采用。而气体的湿度不同，其导热系数也不相同。随着气体中含水量的增加，导热系数会增加，所以夹层中一般要采用干燥气体。不论填充何种气体，在相同厚度情况下，中空玻璃的SHGC值和可见光透过率基本保持不变[4]。

表2 不同地区建筑外窗传热系数K(Wm- 2 k- 1 ) 及遮阳系数SC限值

2.3.3 间隔条

间隔条用来控制中空玻璃的内、外两片玻璃的间距，并隔绝外部的水蒸气，保证中空玻璃具有合理的气体夹层厚度和使用寿命。间隔条的性能对中空玻璃的K值有一定影响。通常情况下，大多数间隔使用槽铝法，虽然重量轻，加工简单，但其导热系数大，铝间隔条的导热系数在160W/(m·K)左右，分别是空气的6667倍和玻璃的208倍(空 气0.024 W/(m·K)，玻 璃0.77W/(m·K)。由于室内外温差的存在，热能通过铝间隔条损失很多，导致中空玻璃的边部热阻降低。在室外气温特别寒冷时，室内的玻璃边部都会产生结霜现象。现在市场上还有用Swiggle(实唯高)胶条，由于它采用边部连续密封材料保温、只有一个连接角，消除了密封不连续、有缝隙的问题，隔热性能比铝间隔条更好，大大减少了玻璃边部的热量损失，有效地减少了边部结露现象，达到更佳的节能效果。

2.3.4 密封胶

中空玻璃制造有单道和双道密封工艺。密封胶必须具备良好的密封性能，较低的透气性能。常用的几种玻璃密封胶包括PIB(聚异丁烯)、硅酮类、聚硫类和聚氨酯类密封胶。密封胶除了具有优良的粘结性能，同时还应具有优良的耐候性和耐老化性能。

3 不同型号的Low-E玻璃在节能建筑中的应用

我国地域广阔，气候差异较大，包括严寒气候区、寒冷气候区、温暖气候区、夏热冬冷气候区、夏热冬暖气候区，不同的气候区建筑节能设计标准不同(见表2) [7]。在使用Low-E玻璃门窗时还应综合考虑各地区气候、建筑类型等因素。

3.1 严寒气候区、寒冷气候区

严寒气候区、寒冷气候区指的是冬季时间长、气温低的中、高纬度地区。许多寒冷地区有几周甚至几个月室外的温度明显低于人们所要的室内温度水平。在这些地区选用Low-E就必须使用高透型Low-E，这种玻璃具有较高的阳光透过率，为的是在冬季白天让更多的阳光直接进入室内。Low-E膜在2或3号任何一个面都不影响其传热系数计算，但实际情况还是有区别的。大家都知道Low-E玻璃的最大特点能够向热源方向的反射热辐射因此安装时就要考虑朝向。如考虑室内保温为主，Low-E用在3号面上的性能优于2号面。如考虑防止外部热辐射在2号面上镀Low-E膜更有效。

3.2 温暖气候区、夏热冬暖气候区

温暖气候区、夏热冬暖气候区指的是夏季炎热的中、高纬度地区，如美国、日本及我国的大部分地区。这些地区由于室外温度很高，室外大量的阳光直接进人室内，导致室内温度迅速升高，增加大量的制冷费用。在这些地区选用Low-E玻璃必须选用具有较低的遮阳系数的Low-E玻璃。目前市场上有遮阳型单银Low-E及双银Low-E可供使用。由于双银Low-E不但具有较低的遮阳系数同时还有较高的透光率，在南方使用有其得天独厚的优势。但由于双银Low-E生产工艺复杂，对生产线的要求高，故生产成本较高相应市场价格也较高。遮阳型Low-E由于它是单银Low-E的一种，生产工艺相对简单，对生产线的要求没双银高，市场价格相对便宜。从遮阳角度来说，遮阳型Low-E的遮阳系数与双银的相当，唯一的差别在于透光率相对较低，但仍有40%左右，完全能满足市场的要求。

3.3 夏热冬冷气候区

夏热冬冷气候区气候特征是，夏季气候炎热，室内温度在30℃以上，有时甚至高达40℃；冬季冷，室内温度一般在8℃左右，最低到0℃，气候条件十分复杂。气候的突出特点表现在夏季时间长，太阳辐射强度大，因此节能的重点应在夏季防热，同时兼顾冬季保温。在这些地区选用Low-E玻璃与炎热气候区相似，必须选用具有较低遮阳系数的Low-E玻璃。但每一种玻璃都有优缺点，玻璃的选型还要考虑到设计需要，窗的采光问题，不能以损失窗的透光性能来提高隔热能力，否则，节能效果会适得其反。

通过以上分析，建筑节能实现的关键点之一在于使用节能玻璃，尤其是Low-E镀膜玻璃。传热系数和遮阳系数是影响Low-E玻璃节能效果的两个重要指标。Low-E玻璃在选型使用时需考虑以下内容：

1 玻璃镀膜的类型和镀膜面的位置是影响节能效果的主要因素；

2 不同的中空玻璃组合夹层气体层厚度在适宜的范围内会产生明显的节能效果；

3 间隔条的性能对中空玻璃的K值有一定影响；

4 密封胶除了具有优良的粘结性能，同时还应具有优良的耐候性和耐老化性能；

5 还应综合考虑各地区气候、建筑类型等因素。

[1] 潘伟. Low-E中空玻璃节能原理的简述[J].玻璃，2007，（1）：60-63.

[2] 杨建军.最大效率发挥Low-E玻璃的节能作用[J].建设科技，2009，(1)：68-70

[3] 宋岩丽.几种镀膜玻璃的性能比较及应用[J].建材技术与应用，2009，(5)：9-11

[4] 鲁大学.中空玻璃节能特性的影响因素分析[J].建筑节能，2004，（5）：41-44

[5] 林改. Low-E玻璃及选型使用[J]. 玻璃，2008，（3）：36-38

[6] 董庆. Low-E玻璃的应用[J].科技情报开发与经济，2008，18（16）：126

[7] 葛伟青.杨静. Low-E玻璃的性能分析及在节能建筑中的应用[J]. 陶瓷研究与职业教育，2008，（2）：15-18