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中空玻璃的节能特性分析

发布时间:2019-04-26 17:34

来源:www.9hmc.com

  1.中空玻璃节能特性的基本指标

  中空玻璃诸多的性能指标中,能够用来判别其节能特性的主要有传热系数K和太阳得 热系数SHGC。

  中空玻璃的传热系数K是指在稳定传热条件下,玻璃两侧空气温度差为1K时,单 位时间内通过单位面积中空玻璃的传热量,以WAm2*K)表示。传热系数K值越低,说 明中空玻璃的保温隔热性能越好,在使用时的节能效果越显著。

  太阳得热系数是指在太阳辐射相同的条件下,太阳辐射能量透过窗玻璃 进人室内的量与通过相同尺寸但无玻璃的开口进人室内的太阳热量的比率。玻璃的SHGC 值增大时,意味着可以有更多的太阳直射热量进入室内,减小时则将更多的太阳直射热60

  量阻挡在室外。SHGC值对节能效果的影响是与建筑物所处的不同气候条件相联系的。 在炎热气候条件下,应该减少太阳辐射热量对室内温度的影响,此时需要玻璃具有相对 低的SHGC值;在冰冷气候条件下,应充分利用太阳辐射热量来提高室内的温度,此时 需要高SHGC值的玻璃。在/C值与SHGC值之间,前者主要衡量的是由于温度差而产生 的传热过程,后者主要衡量的是由太阳辐射产生的热量传递,实际生活环境中两种影响 同时存在,所以在各建筑节能设计标准中,是通过限定K和SHGC的组合条件来使窗户 达到规定的节能效果。

  中空玻璃节能指标的影响因素分析

  每个单片玻璃的厚度(mm)

  (1)玻璃的厚度。中空玻璃的传热系数与玻璃的热阻[玻璃的热阻为1 (m2«K)/W] 和玻璃厚度的乘积有着直接的联系。当增加玻璃厚度时,必然会增大该片玻璃对热量传 递的阻挡能力,从而降低整个中空玻璃系统的传热系数。通过对具有12_空气间隔层 的普通中空玻璃进行计算,当两片玻璃都为3mm白玻时,K=2. 745W/(m2_K);都为 10mm白玻时,K=2. 64W/(m2.K),降低了 3. 8%左右,且K值的变化与玻璃厚度的变 化基本为直线关系,如图3-5所示。从 计算结果也可以看出.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组合方 式K值仅降低0.03W/(m2 • K),对建筑 能耗的影响甚微。由吸热玻璃或镀膜玻 璃组成的中空系统,其变化情况与白玻 相近.所以在下面的其他因素分析中,

  当玻璃厚度增加时,太阳光穿透玻璃进人室内的能量将会随之而减少,从而导致中空玻 璃太阳得热系数的降低。如图3-6所示,在由两片白玻组成中空时,单片玻璃厚度由3mm 增加到10mm,SHGC值降低了 16%;由绿玻(选用典型参数)+白玻组成中空时,SHGC 值降低了 37%左右。不同厂商、不同颜色的吸热玻璃影响程度将会有所不同,但同一类型中,玻璃厚度对SHGC值的影响都会比较大, 同时对可见光透过率的影响也很大。所以,建 筑上选用吸热玻璃组成的中空玻璃时,应根据 建筑物能耗的设计参数,在满足结构要求的前 提下,考虑玻璃厚度对室内获得太阳能强度的 影响程度。在镀膜玻璃组成中空时,厚度会依 基片的种类而产生不同程度的影响,但主要的 因素将会是膜层的类型。

  中空玻璃、SHGC值与玻璃厚度关系 玻璃等,以及由这些玻璃所产生的深加工产品。玻璃被热弯、钢化后的光学热工特性会有微小的改变,但不会对中空系统产生明显的变化,所以此处仅分析未进行深加工的玻璃原片。 不同类型的玻璃,在单片使用时的节能特性就有很大的差别。当合成中空时,各种形式的组 合也会呈现出不同的变化特性。

  吸热玻璃是通过本体着色减小太阳光热量的透过率、增大吸取率,由于室外玻璃表面的 空气流动速度会大于室内,所以能更多地带走玻璃本身的热量,从而减少了太阳辐射热进人 室内的程度。不同颜色类型、不同深浅程度的吸热玻璃,都会使玻璃的SHGC值和可见光 透过率发生很大的改变。但各种颜色系列的吸热玻璃,其辐射率都与普通内玻相同,约为0.84。所以在相同厚度的情况下,组成中空玻璃时传热系数K值是相同的。选取不同厂商 的几种有代表性的6mm厚度吸热玻璃,中空组合方式为吸热玻璃+ 12mm空气+ 6mm白 玻,表3 -9列出了各项节能特性参数。计算结果表明,吸热玻璃仅能控制太阳辐射的热量 传递,不能改变由于温度差引起的热量传递。

  阳光控制镀膜玻璃是在玻璃表面镀上一层金属或金属化合物膜,膜层不仅使玻璃呈现丰 富的色彩,而且更主要的作用就是降低玻璃的太阳得热系数SHGC值,限制太阳热辐射直 接进人室内。不同类型的膜层会使玻璃的SHGC值和可见光透过率发生很大的变化,但对 远红外热辐射没有明显的反射作用,所以阳光控制镀膜玻璃单片或中空使用时,K值与白 玻相近。

  Low-E玻璃是一种对波长范围4. 5?25^m的远红外线有很高反射比的镀膜玻璃。在我 们周围的环境中,由于温度差引起的热量传递主要集中在远红外波段上.白玻、吸热玻璃、 阳光控制镀膜玻璃对远红外热辐射的反射率很小,吸取率很高,吸取的热量将会使玻璃自身 的温度提髙,这样就导致热量再次向温度低的一侧传递。与之相反,Low-E玻璃可以将温 度高的一侧传递过来的80%以上的远红外热辐射反射凹去,从而避免了由于自身温度提髙 产生的二次热传递,所以L〇w-E玻璃具有很低的传热系数。

  Low-E玻璃的辐射率。L〇w-E玻璃的传热系数与其膜面的辐射率有着直接的联系。 辐射率越小时,对远红外线的反射率越高,玻璃的传热系数也会越低。例如,当6mm单片 Low-E玻璃的膜面辐射率为〇• 2时,传热系数为3. 80WAm2 . K);辐射率为0. 1时,传热 系数为3. 45WAm2 • K)。单片玻璃K值的变化必然会引起中空玻璃K值的变化,所以 Low-E中空玻璃的传热系数会随着低辐射膜层辐射率的变化而改变。图3 - 7所示的数据为 白玻与Low-E玻璃采用6 + 12+6的组合时,中空K值受膜面辐射率变化的情况。可以看出,当辐射率从〇• 2降低到〇. 1时,K■值仅降低了 〇• 17WV(m2 • K)。这说明与单片L〇w-E 的变化相比,L〇w-E中空的K值变化受辐射率的影响不是非常显著。

  (4) Low-E玻璃镀膜面位置。由于Low-E玻璃膜面所具有的独特的低辐射特性,所以在 =组成中空玻璃时,镀膜面放置位置的不同将使工 中空玻璃产生不同的光学特性。以耀华L〇w-E I 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个不同的位置上时(室毎 外为1号位置,室内为4号位置),中空玻璃节 能特性的变化见表3-10。根据结果显示,膜面图 位置在2号或3号时的中空玻璃K值最小,即 保温隔热性能最好。3号位置时的太阳得热系数要大于2号位置,这一区别是在不同气候条 件下使用L〇w-E玻璃时要注意的关键因素。冰冷气候条件下,在对室内保温的同时,人们 希翼更多地获得太阳辐射热量,此时镀膜面应位于3号位置;炎热气候条件下,人们希翼进 人室内的太阳辐射热量越少越好,此时镀膜面应位于2号位置。

  如果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L〇w-E玻璃组 成中空时,从表3-10中可以看出,膜面在2号或3号位置时的传热系数都是最小,但3号 位置的太阳得热系数比2号位置小得多,此时Low-E膜层应该位于3号位置。

  间隔气体的类型。中空玻璃的导热系数比单片玻璃低一半左右,这主要是气体间隔 层的作用。中空玻璃内部充填的气体除空气以外,还有氩气、氪气等惰性气体。由于气体的 导热系数很低[空气〇. 〇24WAm*K);氩气0_016WAm.K)],因此极大地提高了中空玻 璃的热阻性能。6+12+6的白玻中空组合,当充填空气时K值约为2. 7WAm2.K),充填 9〇%氩气时K值约为2.55WAm2 . K),充填川0%氩气时约为2. 53W/(m2 . K),充填 100%氪气时K值约为2. 47WAm2*K)。两种惰性气体相比,氬气在空气中的含量丰富, 提取比较容易,使用成本低,所以应用较为广泛。不论填充何种气体,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。

  气体间隔层的厚度。常用的中空玻璃间隔层厚度为6mm、9mm、12mm等。气体 间隔层的厚薄与传热阻的大小有着直接的联系。在玻璃材质、密封构造相同的情况下,气体 间隔层越大,传热阻越大。但气体层的厚度达到一定程度后,传热阻的增长率就很小了。因 为当气体层厚度增达到一定程度后,气体在玻 璃之间温差的作用下就会产生一定的对流过程, 从而减低了气体层增厚的作用。如图3 _ 8所示,

气体层从1mm增加到9mm时,白玻中空充填 空气时K值下降37%,Low-E中空玻璃充填空 气时K值下降53%,充填氩气时下降59%。从 9mm增加到13mm时,下降速度都开始变缓。 13mm以后,K值反而有轻微的回升。所以,对 于6mm厚度玻璃的中空组合,超过13mm的气 体间隔层厚度再增大,不会产生明显的节能效果。

  从图3 - 8中大家也可以看出,气体间隔层增加时,Low-E中空玻璃K值的下降速度比 普通中空玻璃要快。这种特性使得在组成三玻中空玻璃时,如果必须采用两个气体层不一样 厚度的特殊组合时,Low-E部位的间隔层厚度应不小于白玻部位的间隔层厚度。例如, 6mm玻璃中空组合时,白玻+ 6mm+白玻+ 12mm + Low-E的K值为1.48W/(m2 . K); 白玻+ 9mm十白玻+9mm+Low-E 的 K"值为 1.54W/(m2 .K);白玻+12mm+白玻+6mm + Low-E 的 K 值为 1. 70W/(m2 • K)。

  间隔条的类型。中空玻璃边部密封材料的性能对中空玻璃的K值有一定影响。通 常情况下,大多数间隔使用铝条法。虽然重量轻,加工简单,但其导热系数大,导致中空玻 璃的边部热阻降低。在室外气温特别冰冷时,室内的玻璃边部会产生结霜现象。以Swiggle 胶条为代表的暖边密封系统具有更优异的隔热性能,大大降低了中空玻璃边部的传热系数, 有效地减少了边部结霜现象,同时可以将内玻中空玻璃的中央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为各种边部密封材料的导热系数。

  
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