浅谈Low-E 中空玻璃的节能效果
中国建材检验认证集团股份有限公司 肖颂华
0引言
中空玻璃由美国人于1865 年发明，是一种良好的隔热、隔音、美观适用，并可降低建筑物自重的新型建筑材料。中空玻璃是将两片（或三片）玻璃，使用高强度高气密性复合粘结剂，将玻璃片与内含干燥剂的框架粘结，制成的高效能隔音隔热玻璃构件。中空玻璃多种性能优越于普通双层玻璃，因此得到
使中空玻璃内外的温度差也较大，空气借助冷辐射和热传导的作用，首先在中空玻璃的两侧产生对流，然后通过中空玻璃整体传递过去，形成能量的流失。合理的中空玻璃结构设计，可以降低气体的对流，从而降低能量的对流损失。
传导传递是通过物体分子的运动，带动能量进行运动，而达到传递的目的。玻璃的导热系数
了各国业界的认可。随着对建筑物装饰性要求的不
是 0.77W（/
m·K），而 空气的导热系数是 0.028W/
断提高，玻璃在建筑行业中的使用量也不断增大。当今人们在选择建筑物的玻璃门窗时，除了考虑其美学和外观特征外，更注重其热量控制、制冷成本和内部阳光投射舒适平衡等问题。这就使得Low-E 玻璃成为人们关注的焦点。本文主要对普通中空玻璃和双银Low-E中空玻璃节能性能进行比较。
1节能原理
1.1中空玻璃
中空玻璃的能量传递有三种方式：辐射传递、对流传递和传导传递。
辐射传递是能量通过射线以辐射的形式进行传递，这种射线包括可见光、红外线和紫外线等辐射。
对流传递是由于在玻璃的两侧具有温度差，造成空气在冷的一面下降而在热的一面上升，产生空气的对流，而造成能量的流失。造成这种现象的原因有几个：一是玻璃与周边的框架系统的密封不良，造成窗框内外的气体能够直接进行交换产生对流，导致能量的损失；二是中空玻璃的内部空间结构设计的不合理，导致中空玻璃内部的气体因温度差产生对流，带动能量进行交换，从而产生能量的流失；三是构成整个系统窗的内外温度差较大，致
（m·K），由此可见，玻璃的热传导率是空气的27 倍。空气中的水分子等活性分子的存在，是影响中空玻璃能量传导传递和对流传递性能的主要因素。
1.2Low-E 玻璃
改变玻璃性能减少热能损失，最有效的方法是抑制其内表面的辐射。普通浮法玻璃的辐射率高达0.84，当镀覆上一层以银为基础的低辐射薄膜后，辐射率可降至0.15 以下。用Low-E 玻璃制造建筑物门窗，可降低因辐射而造成的室内热能向室外的传递。室内热量损失的降低所带来的另一个显著效益是环保。
单银Low-E 玻璃： 单银Low-E 镀膜玻璃通常只含有一层功能层（银层），加上其它的金属及化合物层，膜层总数达到5 层。
双银Low-E 玻璃： 双银Low-E 镀膜玻璃且有两层功能层（银层），加上其它的金属及化合物层， 膜层总数达到9 层。然而，双Low-E 玻璃的技术工艺控制难度比单银复杂的多。
单银Low-E 玻璃与双银Low-E 玻璃相比较： 任何镀膜玻璃在限制太阳热辐射透过的同时都会不同程度地限制可见光的透过。双银Low-E 玻璃比单银Low-E 玻璃能够阻挡更多的太阳辐射热能。换
句话说，在透光率相同情况下，双银Low-E 具有更低的遮阳系数Se，能更大限度地将太阳光过滤成冷光源。双银Low-E 玻璃传热系数较单银Low-E 更低，能进一步提高外窗的保温性能，真正达到冬暖夏凉。简单来说，由于双银Low-E 玻璃大大减少了室内外环境透过玻璃进行的热量交换，因此当空调进行制暖或者制冷时，在室内温度达到了设定温度后，空调就能够更长时间处于待机状态，从而节省耗电量。
双银Low-E 玻璃的优势可简述如下：
1）在相同玻璃组合下，双银Low-E 玻璃比单银Low-E 具有更低的辐射率和更低的传热系数（U值）。
2）双银Low-E 玻璃具有更低的遮阳系数（Sc值）。
3）在遮阳系数（Sc 值）相同的情况下，可见光透过率比单银Low-E 更高。
2中空玻璃节能性能模拟计算分析
采用美国劳伦斯伯克利实验室开发的RESFEN6 软件对整屋和房间内所有中空玻璃进行模拟计算。
基本条件：考虑到自然环境条件相同或相近， 因为纽约市与我国首都北京纬度相近，所以选择纽约市为环境条件城市进行计算。据统计我国人均住宅面积为40.8 m2，以一个三口之家为例，房间面积为122.4 m2，室温恒定为24℃，房屋为南北通透类型，北面窗户面积总和为4.645 m2，东面窗户面积
总和为6.967 m2，南面窗户面积总和为9.29 m2，西
面窗户面积总和为6.967 m2。考虑到中国国情，一般房屋不具备涉及到天窗的情况，所以天窗面积为 0。窗户总面积27.87 m2，窗屋比为17.6%。选择相同的塑钢窗框进行计算。
首先，我们选取中空玻璃，两片玻璃均为普通白玻，边框为塑钢。经过计算，由图1 可以得出全年
整屋制热能耗为64.6 GJ，需要的费用折合为522.29美元。制冷能耗为1242 kWh，需要的费用折合为
166.43 美元。制热制冷设备全年能耗总计78.0 GJ，需要的费用折合为688.72 美元。
将中空玻璃的室外侧玻璃换成双银高反射镀膜
玻璃，保留其它条件。经过计算，由图2 可以得出，
全年整屋制热能耗为51.7 GJ，需要的费用折合为
417.84 美元。制冷能耗为 1168 kWh，需要的费用折合为 156.51 美元。制热制冷设备全年能耗总计
64.3 GJ，需要的费用折合为574.35 美元。
图1 普通中空玻璃：6 mm 白玻+12A+6 mm 白玻
图2 镀膜中空玻璃：6 mm 双银Low-E+12A+6 mm 白玻
图3 普通中空玻璃与镀膜中空玻璃能耗及费用对比
通过对比图1 和图2 的计算结果，使用Low-E 双银高反射镀膜中空玻璃的家庭，全年制热、制冷方面花费比使用普通中空玻璃的家庭要节约超过110 美元，纽约市为沿海城市，冬季与夏季温差远
小于北京市，如在北京市或巾国其它北方冬冷夏热地区使用Low-E 双银高反射镀膜中空玻璃，每户每年在制冷、制热节约开销方面将大于110 美元。
3节能效果分析
太阳光辐射能量的97% 来自300 nm~2500 nm 的波长范围内，这是室外热量的主要来源。而任何温度高于绝对零度的物体都会以辐射红外线的方式向外界辐射热量，现代物理学称之为热散射，这部分热量辐射集中在2500 nm 以上的长波段，这是室内热量的主要来源。
在冬季或高纬度地区，建筑要求室外的辐射能量可以进入室内，而室内的辐射能量尽量少地外泄。普通中空玻璃对太阳辐射能具有84% 的透过率，白天室外辐射大部分可以传输到室内。而在夜晚或者阴雨天，室内的物体热辐射的80% 被其吸收，玻璃温度升高，继而通过室内外辐射和对流交换将热量散发到室外，无法起到保持室内温度的效果。若采用Low-E 中空玻璃，在白天，太阳光短波照射在室内物体上，这些物体被加热后，将以长波的方式再次辐射，这些长波被Low-E 玻璃反射回室内；在夜晚和阴雨天气，室内物体的热辐射有50%
以上被其反射回室内，仅有不到15% 的热辐射被其吸收后通过热辐射和对流交换散发到室外，从而起到了保温节能作用。
在夏季或低纬度地区，建筑要求尽可能减少来自室外的热量辐射，同时保证室内通过空调系统维持的舒适温度与室外有尽可能少的热交换，即良好的绝热性能。由于普通玻璃对太阳光具有很大的透射率，太阳光中携带的热量大部分被带到室内，使室内温度升高，而空调系统维持的温度由通过玻璃与室外进行大量的热交换，造成了极大的能源浪费。若采用Low-E 玻璃，它的良好的光学性能保证了可见光可以大部分投射到室内，而携带大量热量的红外线被反射到室外，隰绝了大部分来自室外的热量。同时因为它具有良好的绝热性能（绝热性能反映了由与玻璃热传导和室内外的温差所形成的空气到空气的传热量，它与玻璃的辐射率直接相关），室内由空调系统调节的温度与外界的热交换
被尽可能地降低，也就最大程度上减少了能源的浪费性消耗。
综上所述，Low-E 玻璃在各种气候条件下都有良好的表现，而针对不同的气候条件，可以选用具有不同透射率和反射率的Low-E 玻璃来最大化地减少能源消耗。
4社会效益
我国能源人均占有量很低，而建筑能耗已经占全围总能耗的27.5% 左右。外门窗玻璃热损失是建
筑物能耗的主要部分，占建筑物全部能耗的50% 以上。寒冷季节，因建筑物采暖所造成的CO2、SO2 等有害气体的排放是重要的污染源。如果使用Low-E 玻璃，由于热损失降低，可大幅减少因采暖所消耗的燃料，从而减少有害气体的排放。透过玻璃的热量是双向的，热量既能由室内传递到室外，反之亦然，并且是同时进行的，只是传递热量差的问题。在冬天的时候，室内的温度比室外高，要求保温。夏天室内温度比室外的低，要求玻璃隔热。Low-E 玻璃能够实现冬天和夏天的要求，既能保温又能隔热，起到环保低碳的效果。
我国拥有能够稳定生产Low-E 玻璃的生产线175 条，Low-E 玻璃实际产量1.15 亿平方米。2017年我国竣工房屋面积28.63 亿平方米，大约需用玻
璃5.7 亿平方米。在当前大力推进节能减排的形势下，对建筑物外门窗玻璃的选用提出了更高的要求，既要保证可见光的充分投射以达到采光的要求，又要尽量减少热能的损失。
5结语
随着经济的快速增长，人们对居住、工作环境的要求越来越高。玻璃已经由单纯的采光材料向着装饰性强、控制光线、节约能源、减小噪声及改善环境等多种功能发展。我国Low-E 玻璃使用量占所有建筑玻璃的15% 左右，在建筑领域使用Low-E 玻璃可以带来更大的节能减排效果，且使用Low-E 玻璃带来的成本在长期来看远远低于使用普通玻璃， 对改善生活、工作环境，保护环境有着十分重要的意义。