节能玻璃在建筑节能设计中的应用

摘要：分析了建筑节能玻璃的节能原理及传热系数 Ｕ 、可见光透射率 Ｔ 、遮阳系数 Ｓｃ 等三大性能
指标。提出了在建筑节能设计中，节能玻璃的选择应遵循的原则。在此基础上，对影响建筑节能玻璃
性能的主要因素进行了讨论，为节能玻璃在工程实践中的应用作出了指导。

引言
当前，能源问题已经成为制约人类生存和发展的关键性因素之一。由于石油、天然气、煤炭三种传统能源的大量使用，其储备已日趋枯竭，人们将不得不转向成本较高的生物能、地热、水利、太阳能、风力等绿色能源，而我国的能源问题也越来越严峻。
建筑节能设计作为建筑节能的源头，是一项综合性的系统工程，而科学合理地使用具有节能、安全、环保特性的加工玻璃则是这一系统工程中极其重要的环节之一，因为越来越多的节能玻璃已被应用于民用和商用建筑之中。如果这一环节不能得到足够的重视和有效的实施，建筑节能工作就难以取得实质性的推进。我国幅员辽阔，气候差异大，有“三北高寒地区”，有“冬冷夏热地区”，有“夏热冬暖”地区等多种气候特征，因此为了满足建筑节能、国家未来能源战略的实施和经济社会可持续发展的要求，必须要研制开发出能适应不同气候特征的节能玻璃产品。
在工程实践中，往往由于忽视了节能玻璃的选择应遵循“因地制宜，外观采光”的原则，以及其他影响其节能性能的因素等环节，因此造成在建筑设计中的选择不当或者没有合理规避影响其节能效果的不利因素，而造成了大量的经济浪费。因此，系统的分析节能玻璃在建筑设计中的应用显得非常必要。
1 建筑节能玻璃的节能原理及性能指标
1. 1 节能原理
建筑节能玻璃包括吸热玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃、中空玻璃、真空玻璃等［1］。目前，应用在建筑节能工程上较多的有热反射玻璃、低辐射玻璃、中空玻璃，而中空玻璃多是由热反射玻璃和低辐射玻璃加工而成。
自然环境中的太阳能辐射是最大热能，其中可见光的能量仅占 1 ／ 3，其余的 2 ／ 3 主要是热辐射能。自然界另一种热能形式是远红外辐射能，其能量分布在 4 ~ 50μｍ 波长之间。在室外，这部分热能是由太阳照射到物体上被物体吸收后再辐射出来的，夏季成为来自室外的主要热源之一，在室内这部分热能由暖气、家用电器、阳光照射的家具及人体所产生的，冬季成为来自室内主要热源［2］。太阳辐射投射到玻璃上，一部分透过玻璃成为直接通过的能量，而另一部分被玻璃吸收或反射，被玻璃吸收的太阳能使温度升高，并通过与空气对流及向外辐射而传递热能，因此最终仍有相当部分透过物体，这可归结为传导、辐射、对流形式的传递。一般而言，来自于暖气的远红外线热辐射，玻璃只能反射式吸收它，而不能直接透过，最终仅以传导、辐射、对流的形式透过玻璃，因此远红外线辐射透过玻璃的传热是通过传导、辐射、及空气对流体现的。
玻璃对远红外线热能的阻挡效果，取决于玻璃吸收能力的强弱。辐射率越低的玻璃，越不易吸收外来的热辐射能量，从而玻璃通过传导、辐射、对流所传递的热能就少。低辐射玻璃能够起到“隔热节能”的效果，正是限制了这一部分的传热。现代建筑多采用中空 Ｌｏｗ - Ｅ 玻璃，其节能效果更加显著，这是因为中空玻璃内部气体处于一个封闭的空间，气体不产生对流，对流换热量很小。同时，空气的导热系数为 0. 028Ｗ ／（ｍ·Ｋ），是玻璃导热系数0. 77Ｗ ／（ｍ·Ｋ）的 1 ／ 27，传导传热在中空玻璃的能量传递中也占较小的比例，而采用低辐射玻璃以后，不仅可以直接反射远红外热辐射，而且可以阻挡玻璃吸热升温后以辐射形式向外散热，从而降低了辐射传热，因此，其保温隔热性能要比普通中空玻璃高 1 倍。玻璃热损耗示意图如图 1 所示。

1. 2 性能指标
由于玻璃是透明材料，通过玻璃传热除了传导、辐射、对流这三种形式外，还有太阳能量以光辐射形式的直接透过［3］。衡量建筑节能玻璃节能性能的参数最主要有热传导率即 Ｕ 值、可见光透过率、遮阳系数（Ｓｃ）等［4］。国家标准也明确规定，此三大性能指标为的幕墙玻璃的强制检测参数［5］，这足以说明了其重要性。
热能传递系数（Ｕ 值）：镀膜玻璃保温隔热性能的代表性指标。它表示在一定条件下热量通过玻璃时，在单位面积（通常是 1ｍ2）、单位温差（通常是室内温度和室外温度之差 ｌ ℃或者 1Ｋ）和单位时间（1ｓ）内通过玻璃所传递热量的焦耳数，其单位通常是 Ｗ ／（ｍ2·Ｋ）。Ｕ 值是玻璃的传导热、对流热和辐射热的函数，它是这三种传热方式的综合体现，Ｕ 值越小，它的隔热和保温能力就越好，透过玻璃的能量损失也就越小。在英国单位制中通常用 Ｋ 值来表示。
可见光透射比（Ｔｖｉｓ）：是指在可见光谱（380 ~780ｎｍ）范围内，透过玻璃的光强度相对于入射光强度的百分比。在保持同样低辐射性能的条件下，玻璃的可见光透过率越低，室内的采光效果就越差，但进入室内的热量也会相对减少。
遮阳系数（Ｓｃ）：顾名思义是玻璃遮挡或抵御太阳光能的能力，是指太阳辐射总透射比与 3ｍｍ厚普通无色透明平板玻璃的太阳辐射的比值。遮阳系数越小，阻挡阳光向室内直接辐射热量的性能越好。
这三大性能指标决定了节能玻璃在建筑节能中所起到的作用，因此，在建筑节能设计中，因地制宜，把握好这三大性能指标显得至关重要。

投稿会员：芳华