節(jié)能玻璃在建筑節(jié)能設計中的應用

　　引言

　　當前，能源問題已經成為制約人類生存和發(fā)展的關鍵性因素之一。由于石油﹑天然氣﹑煤炭三種傳統能源的大量使用，其儲備已日趨枯竭，人們將不得不轉向成本較高的生物能﹑地熱﹑水利﹑太陽能﹑風力等綠色能源，而我國的能源問題也越來越嚴峻。

　　建筑節(jié)能設計作為建筑節(jié)能的源頭，是一項綜合性的系統工程，而科學合理地使用具有節(jié)能、安全、環(huán)保特性的加工玻璃則是這一系統工程中極其重要的環(huán)節(jié)之一，因為越來越多的節(jié)能玻璃已被應用于民用和商用建筑之中。如果這一環(huán)節(jié)不能得到足夠的重視和有效的實施，建筑節(jié)能工作就難以取得實質性的推進。我國幅員遼闊，氣候差異大，有“三北高寒地區(qū)”，有“冬冷夏熱地區(qū)”，有“夏熱冬暖”地區(qū)等多種氣候特征，因此為了滿足建筑節(jié)能、國家未來能源戰(zhàn)略的實施和經濟社會可持續(xù)發(fā)展的要求，必須要研制開發(fā)出能適應不同氣候特征的節(jié)能玻璃產品。

　　在工程實踐中，往往由于忽視了節(jié)能玻璃的選擇應遵循“因地制宜，外觀采光”的原則，以及其他影響其節(jié)能性能的因素等環(huán)節(jié)，因此造成在建筑設計中的選擇不當或者沒有合理規(guī)避影響其節(jié)能效果的不利因素，而造成了大量的經濟浪費。因此，系統的分析節(jié)能玻璃在建筑設計中的應用顯得非常必要。

　　1 建筑節(jié)能玻璃的節(jié)能原理及性能指標

　　1. 1 節(jié)能原理

　　建筑節(jié)能玻璃包括吸熱玻璃﹑熱反射玻璃﹑低輻射玻璃﹑中空玻璃、真空玻璃等。目前，應用在建筑節(jié)能工程上較多的有熱反射玻璃﹑低輻射（詞條“輻射”由行業(yè)大百科提供）玻璃﹑中空玻璃，而中空玻璃多是由熱反射玻璃和低輻射玻璃加工而成。

　　自然環(huán)境中的太陽能輻射是最大熱能，其中可見光的能量僅占1 /3，其余的2 /3 主要是熱輻射（詞條“熱輻射”由行業(yè)大百科提供）能。自然界另一種熱能形式是遠紅外輻射能，其能量分布在4 ～50μm 波長之間。在室外，這部分熱能是由太陽照射到物體上被物體吸收后再輻射出來的，夏季成為來自室外的主要熱源之一，在室內這部分熱能由暖氣、家用電器、陽光照射的家具及人體所產生的，冬季成為來自室內主要熱源。

　　太陽輻射投射到玻璃上，一部分透過玻璃成為直接通過的能量，而另一部分被玻璃吸收或反射，被玻璃吸收的太陽能使溫度升高，并通過與空氣對流（詞條“對流”由行業(yè)大百科提供）及向外輻射而傳遞熱能，因此最終仍有相當部分透過物體，這可歸結為傳導、輻射、對流形式的傳遞。一般而言，來自于暖氣的遠紅外線熱輻射，玻璃只能反射式吸收它，而不能直接透過，最終僅以傳導、輻射、對流的形式透過玻璃，因此遠紅外線輻射透過玻璃的傳熱是通過傳導、輻射、及空氣對流體現的。

　　玻璃對遠紅外線熱能的阻擋效果，取決于玻璃吸收能力的強弱。輻射率越低的玻璃，越不易吸收外來的熱輻射能量，從而玻璃通過傳導、輻射、對流所傳遞的熱能就少。低輻射玻璃能夠起到“隔熱節(jié)能”的效果，正是限制了這一部分的傳熱。現代建筑多采用中空Low - E 玻璃，其節(jié)能效果更加顯著，這是因為中空玻璃內部氣體處于一個封閉的空間，氣體不產生對流，對流換熱量很小。同時，空氣的導熱系數為0.028W/( m·K) ，是玻璃導熱系數0.77W/( m·K) 的1 /27，傳導傳熱在中空玻璃的能量傳遞中也占較小的比例，而采用低輻射玻璃以后，不僅可以直接反射遠紅外熱輻射，而且可以阻擋玻璃吸熱升溫后以輻射形式向外散熱，從而降低了輻射傳熱，因此，其保溫隔熱性能要比普通中空玻璃高1 倍。玻璃熱損耗示意圖如圖1所示。

　　1. 2 性能指標

　　由于玻璃是透明材料，通過玻璃傳熱除了傳導、輻射、對流這三種形式外，還有太陽能量以光輻射形式的直接透過。衡量建筑節(jié)能玻璃節(jié)能性能的參數最主要有熱傳導率即U 值、可見光透過率、遮陽系數（詞條“遮陽系數”由行業(yè)大百科提供）( Sc) 等。國家標準也明確規(guī)定，此三大性能指標為的幕墻玻璃的強制檢測參數，這足以說明了其重要性。

　　熱能傳遞系數( U 值) : 鍍膜玻璃保溫隔熱性能的代表性指標。它表示在一定條件下熱量通過玻璃時，在單位面積( 通常是1m2 ) 、單位溫差( 通常是室內溫度和室外溫度之差l ℃或者1K) 和單位時間( 1s) 內通過玻璃所傳遞熱量的焦耳數，其單位通常是W/(m2·K) 。U 值是玻璃的傳導熱、對流熱和輻射熱的函數，它是這三種傳熱方式的綜合體現，U 值越小，它的隔熱和保溫能力就越好，透過玻璃的能量損失也就越小。在英國單位制中通常用K 值來表示。

　　可見光透射比( Tvis) : 是指在可見光譜( 380 ～780nm) 范圍內，透過玻璃的光強度相對于入射光強度的百分比。在保持同樣低輻射性能的條件下，玻璃的可見光透過率越低，室內的采光效果就越差，但進入室內的熱量也會相對減少。

　　遮陽系數( Sc) : 顧名思義是玻璃遮擋或抵御太陽光能的能力，是指太陽輻射總透射比與3mm厚普通無色透明平板玻璃的太陽輻射的比值。遮陽系數越小，阻擋陽光向室內直接輻射熱量的性能越好。

　　這三大性能指標決定了節(jié)能玻璃在建筑節(jié)能中所起到的作用，因此，在建筑節(jié)能設計（詞條“建筑節(jié)能設計”由行業(yè)大百科提供）中，因地制宜，把握好這三大性能指標顯得至關重要。

　　2 建筑節(jié)能玻璃的選擇應遵循的原則

　　2. 1 氣候地域因素

　　對于我國不同地區(qū)，常年的氣候變化情況大不相同，因此，要充分發(fā)揮節(jié)能玻璃在建筑中的最大節(jié)能效果，必須考慮到氣候地域的因素。而控制節(jié)能玻璃的節(jié)能效果，其本質就是控制節(jié)能玻璃的三大性能指標。

　　對于北方寒冷地區(qū)而言，主要以控制暖氣損耗為主，因此應選擇Sc>0. 6 的節(jié)能玻璃為宜，使太陽能盡可能多地進入室內; 對于南方炎熱地區(qū)而言，主要以控制空調損耗為主，應選擇Sc<0. 3 的節(jié)能玻璃為宜，盡可能的限制太陽能進入室內; 對于中部溫冷地區(qū)，控制空調、暖氣損耗同樣重要，因此應選擇Sc 為0. 3～0. 6 為宜，兼顧冬、夏需要。

　　2. 2 采光效果

　　在現代建筑中，追求大面積采光的玻璃設計成為潮流，在滿足節(jié)能效果的前提下，室內的視覺舒適度與采光效果密切相關。而在建筑節(jié)能設計中，處理好采光效果，就必須解決好與太陽能輻射的矛盾，因為我們知道，采光效果和可見光透過玻璃進入室內的數量有關系，可見光透射率越大，勢必太陽能輻射熱進入室內的也就越多，因此，在滿足“遮蔽熱輻射”節(jié)能的前提下，盡可能的控制節(jié)能玻璃的可見光透射率，才能達到一個理想的室內視覺舒適度。

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