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怎样选择建筑节能用玻璃材料

时间：2004-12-23 15:01:46 　来源：中国汽车玻璃网　发表评论　进入论坛

摘要：分析了镀膜玻璃、中空玻璃和带薄膜型热反射材料玻璃的热工特性，提出建筑节能  设计中玻璃材料应用的基本原则以及节能设计措施。
    关键词：建筑节能  玻璃材料  热工特性
l 、引  言
    采用大面积玻璃门窗(幕墙)是现代建筑的一种潮流，从80年代以来，我国玻璃幕墙以每年几百万平方米的惊人速度发展。尽管每年都有关于玻璃幕墙工程的大小事故，然而它所具有的豪华、挺拔、超群的外观以及不同玻璃色彩所呈现出色彩缤纷的艺术效果，是其它外墙、门窗材料无法比拟的，因而吸引了许多建筑业主和建筑师。
    玻璃材料的透光系数、太阳直射透射率、相对得热以及传热系数等指标，对建筑的室内热环境和采暖空调能耗影响很大，因此，在建筑设计上如何利用玻璃材料，了解其技术特性，做到减少能耗，是建筑师和采暖空调工程师急待注意的问题。本文就目前采用的主要节能玻璃材料的技术指标，在建筑应用中的热工特性进行分析，提出建筑采光、节能如何选用玻璃材料的技术要点以及在建筑设计上应注意的问题。
2、几种节能玻璃材料特性
    目前采用的几种节能玻璃材料主要有镀膜玻璃、中空玻璃和带薄膜型热反射材料玻璃。一般建筑门窗占建筑能耗40％以上，因此如何正确选用这几种材料具有重要意义。镀膜玻璃主要有太阳能热反射玻璃、低辐射玻璃和多功能镀膜玻璃。
2．1  太阳能热反射玻璃
    太阳能热反射玻璃又称阳光控制玻璃。其最大特点是利用镀膜能透过可见光而把起加热作用的远红外光反射到室外，同时玻璃材料吸收的太阳热能被镀膜所隔离，使热主要散发到室外一侧，尽可能地减少太阳的热作用，使室内热环境得到控制，同时减少眩光和色散，降低室内空调负荷和减少设备投资，从而达到节约空调费用的目的o这种热反射玻璃的隔热反射性能通常用阳光系数(或遮阳系数)表示，阳光系数越低，镀膜的性能也越好。设计人员可根据不同功能的建筑来选用不同性能的镀膜来调节室内光线和控制辐射热。图1为镀膜玻璃热特性原理图。太阳能热反射玻璃的主要技术指标见表1。
2．2  低辐射玻璃和多功能镀膜玻璃
    低辐射玻璃(1LE)、多功能镀膜玻璃(1MF)又称保温镀膜玻璃，这类材料具有最大的日光透射率和最小的反射系数，可让80％的可见光进入室内被物体所吸收，同时又能将90％以上的室内物体所辐射的长波保留在室内。ILE和IkF大大提高了能量的利用率，在寒冷地区能有选择地传输太阳能量，同时把大部分的热辐射反射进室内，因此，在采暖建筑中可起到保温和节能的作用。IMF与ILE相比，在热传输控制方面作用相同，但在减少热进入方面IPL伊性能更为优越c另外，低辐射玻璃和多功能镀膜玻璃对不同频谱的太阳光透过具有选择性，它能滤掉紫外线，避免室内家俱、图片、艺术品等因紫外线照射而褪色，还能吸收部分可见光，可起到防眩光的作用，因此，广泛用于美术馆以及科学实验楼等c低辐射玻璃的保温作用见图2。技术指标见表2。

2．3  中空玻璃
    中空玻璃是由2片(或3片)玻璃与空气层组合而成。有些中空玻璃空气间层为真空或充惰性气体，因此具有优良  的保温隔热与隔声特性，在国外建筑中大量应用。如德国生  产的真空中空玻璃总厚度仅6mm，传热系数仅为1．512W／  (m2，K)，这样，大大减少了室内外通过门窗的热交换，降低  了建筑采暖空调能耗，限制了表面的冷凝现象，给人们的工  作、生活提供了舒适的室内环境。
    用不同的镀膜玻璃或普通透明玻璃的多种组合，能形成  具有特殊性能的中空玻璃，产生出优良的隔热隔音和艺术效  果，尤其在大型公共建筑门窗、采光天棚中应用广泛。中空玻  璃的热特性原理见图3，性能见表3、表4。
  2．4  薄膜型热反射材料贴膜玻璃
    薄膜型热反射材料是一种新型功能复合材料，它不仅能反射较宽频带的红外线，还具有较高的可见光透射率，其光谱特性曲线见图40由于在透明的PET、PC薄膜上形成晶态组分和界面组分的金属膜，因而它具有高反射率、高透射率和选择性透光特性。例如可见光透射率高达70％以上，而对太阳光全光谱不同波长反射率在75％以上，在3mm厚普通玻璃上贴一层隔热膜片后，太阳热辐射透过减少82．5％，在建筑上有极为广泛的应用前景，是一种良好的节能材料。
3、建筑门窗和幕墙玻璃的节能设计
    门窗往往是建筑围护结构中保温、隔热和节能的薄弱环节。提高建筑玻璃材料的热工性能，目的是控制窗或幕墙表面温度冬季过低、夏季过高，节省采暖或致冷能耗。从国内外玻璃材料围护结构的节能设计来看，通常主要采用以下几种方法：
    (1)根据建筑的性质、使用功能以及建筑所处的气候环境条件来设计窗、幕墙，对建筑的窗墙比应有一定的控制，因为窗户面积率直接影响建筑的采光及采暖空调的能耗，一般窗墙比应控制在O．3左右。
    尤其在严寒地区和炎热地区，在设计大面积用玻璃门窗和幕墙时，要选择采光、隔声、热工性能良好的新型玻璃材料。根据不同地区选择不同的热反射玻璃、Low—E复层玻璃(中空玻璃)以及保温玻璃等材料。
    (2)根据建筑日照设计原理，合理设计窗户挑糖或遮阳措施，减小玻璃面的日照面积，降低夏季空调能耗。在进行遮阳设计时要考虑各个地区气候特点，对于冬冷夏热地区冬季需要日照，夏季需要遮阳，应采用活动式遮阳措施。在设计遮阳构造时要结合玻璃门窗、幕墙建筑的整体艺术效果，材料与颜色进行考虑，而且形式要简单，美观，便于清洗，安装。    (3)在寒冷地区采用大面积玻璃门窗和幕墙时应采取保温措施，防止“热桥”产生，由于门窗和幕墙框大多为金属材料，金属和玻璃材料导热系数大，当室内外温差大时，应注意在门窗、幕墙框架格内加热绝缘材料进行保温，以防止结露、挂霜，以减少能耗。加在幕墙竖框室内外均用热绝缘橡胶密封条分隔，形成“热断桥”后，幕墙不产生结露现象，而且视野清晰。
    (4)注意视觉和冷凝现象。当采用保温材料后，如防火材料或保温隔热材料接触热反射玻璃的背面，或在热反射玻璃背后使用颜色不均匀的衬热材料时，在某种光照状态下，可能会产生视觉“穿透”现象，看到后面的物体。此外，如果在这些材料与玻璃间有潮气或冷凝水积聚，也会使玻璃和保温材料逐渐腐蚀，形成影响外观的斑点。如图5所示，采用遮挡结构，制造一个与视觉中空玻璃类似的遮挡中空玻璃，消除视觉穿透现象，又保证了玻璃围护结构的热工特性。
    (5)玻璃窗(幕墙)还应满足美观，经济，耐久，维修，便于清洗的要求。合理选择材料和构造形式，充分考虑使用的灵活性和最大限度地减少能耗，因此，对立面分格大小，方向以及玻璃，框格颜色等均要满足适用、经济、美观的要求，使建筑呈现出多姿多彩和富丽堂皇的艺术效果o
4、结  语
    玻璃材料在建筑设计中具有重要的作用，除了满足建筑结构设计如强度，刚度，风压，抗震和温度变形等要求外，在节能设计时应满足节能围护结构功能要求，要求建筑师能根据建筑的使用功能以及我国不同地区的气候特点，正确选用各种节能玻璃材料，创造出新型建筑节能技术和设计方法。

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