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第四节

吸热建筑节能玻璃

吸热建筑节能玻璃是能吸收大量红外线辐射能、并保持较高可见光透过率的平板玻璃。生产吸热玻璃的方法有两种:一种是在普通钠钙硅酸盐玻璃的原料中加入一定量的有吸热性能的着色剂;另一种是在平板玻璃表面喷镀一层或多层金属或金属氧化物薄膜而制成。

一、吸热节能玻璃的定义和分类

吸热玻璃是指能吸收大量红外线辐射,而又能保持良好的可见光透过率的玻璃。吸热玻璃可产生冷房效应,大大节约冷气的能耗。吸热玻璃的生产是在普通钠-钙硅酸盐玻璃中加入适量的着色氧化剂,如氧化铁、氧化镍、氧化钴等,使玻璃带色并具有较高的吸热性能;也可在玻璃的表面喷涂氧化锡、氧化镁、氧化钴等有色氧化物薄膜而制成。

吸热玻璃按颜色不同,主要有茶色、灰色、蓝色、绿色,另外还有古铜色、青铜色、粉红色、金色和棕色等;按组成成分不同,主要有硅酸盐吸热玻璃、磷酸盐吸热玻璃、光致变色吸热玻璃;按生产方法不同,可分为基体着色吸热玻璃、镀膜吸热玻璃。

二、吸热节能玻璃的特点和原理

1.吸热节能玻璃的主要特点

(1)吸收太阳的辐射热 吸热玻璃能够吸收太阳辐射热的性能,具有明显的隔热效果,但玻璃的颜色和厚度不同,对太阳的辐射热吸收程度也不同。如6mm厚的蓝色吸热节能玻璃,可以挡住50%左右的太阳辐射热。

(2)吸收太阳的可见光 吸热节能玻璃比普通玻璃吸收可见光的能力要强。如6mm厚的普通玻璃能透过太阳光的78%,而同样厚的古铜色吸热节能玻璃仅能透过太阳光的26%。这样不仅使光线变得柔和,而且能有效地改善室内色泽,使人感到凉爽舒适。

(3)吸收太阳的紫外线 材料试验证明:吸热节能玻璃不仅能吸收太阳的红外线,而且还能吸收太阳的紫外线,可显著减少紫外线透射对人体的伤害。

(4)具有良好的透明度 吸收节能玻璃不仅能吸收红外线和紫外线,而且还具有良好的透明度,对观察物体颜色的清晰度没有明显影响。

(5)玻璃色泽经久不变 吸热节能玻璃中引入无机矿物颜料作为着色剂,这种颜料性能比较稳定,可达到经久不褪色的要求。

虽然吸热节能玻璃的热阻性优于镀膜玻璃和普通透明玻璃,但由于其二次辐射过程中向室内放出的热量较多,吸热和透光经常是矛盾的,所以吸热玻璃的隔热功能受到一定限制,况且吸热玻璃吸收的一部分热量,仍然有相当一部分会传到室内,其节能的综合效果不理想。

2.吸热节能玻璃的节能原理

玻璃节能与3个方面有关:①由外面大气和室内空气温度的温差引起的通过外墙和窗户玻璃等传热的热量;②通过外墙和窗户等日照的热量;③室内产生的热量。吸热玻璃的节能就是能使采光所需的可见光透过,而限制携带热量的红外线通过,从而降低进入室内的日照热量。日照热量取决于日照透射率 η ,吸热玻璃的日照透射率 η 如表3-10所列。

表3-10 吸热玻璃的日照透射率 η

由于吸热节能玻璃对热光线的吸收率高,因此接收日照热量之后玻璃本身的温度升高,这个热量从玻璃的两侧放散出来,受到风吹的室外一侧热量很容易散失,可以减轻冷气的负载。另外,在使用吸热玻璃后可减少室内的照度差,呈现出调和的气氛,向外观望可避免眩光,使眼睛避免疲劳。吸热玻璃与普通浮法玻璃的热量吸收与透射如图3-1所示。

图3-1 吸热玻璃与普通浮法玻璃的热量吸收与透射

从图3-1中可以看出,当太阳光透过吸热玻璃时,吸热玻璃将光能吸收转化为热能,热能又以导热、对流和辐射的形式散发出去,从而减少太阳能进入室内。在进入室内的太阳能方面,吸热玻璃比普通浮法玻璃可以减少20%~30%,因此吸热玻璃具有节能的功能。

三、镀膜吸热节能玻璃

1.镀膜吸热玻璃的定义

镀膜吸热玻璃是指在平板玻璃表面涂镀一层或多层吸热薄膜制成的玻璃制品。吸热镀层大多数由金属、合金或金属氧化物制成,其透射率与镀膜的厚度成反比。从严格意义上讲,镀膜吸热玻璃就是阳光控制镀膜玻璃。

镀膜吸热玻璃从生产使用的镀膜基片上看,其生产方法有两种:一种是在普通透明玻璃上镀上吸热薄膜;另一种是在吸热玻璃上镀膜。

2.镀膜吸热玻璃和热反射玻璃的区别

吸热镀膜玻璃和热反射玻璃都是镀膜玻璃。但吸热镀膜玻璃的膜层主要用来将热能(太阳的红外线)吸收,热量从玻璃两侧放散出来,受到风吹的室外一侧,热量很容易散失,以阻隔热能进入室内。而热反射玻璃的膜层主要是用来把太阳的辐射热反射掉,以阻隔热能进入室内。

由两者的区别可知,判定镀膜玻璃是吸热镀膜玻璃还是热反射镀膜玻璃的方法,就是看是以热(光)吸收为主,还是热反射为主。吸热镀膜玻与热反射镀膜玻璃的区别可用反射系数 S 表示, S A / B (其中 A 为玻璃对全部光通量的吸热系数, B 为玻璃对全部光通量的反射系数),当 S >1时为吸热镀膜玻璃,当 S <1时为热反射镀膜玻璃。图3-2表示镀膜吸热玻璃与热反射玻璃的吸收与透射。

图3-2 镀膜吸热玻璃与热反射玻璃的吸收与透射(单位:%)

四、吸热节能玻璃的应用

1.应用吸热节能玻璃的注意事项

由于吸热玻璃具有吸收红外线的性能,能够衰减20%~30%的太阳能入射,从而降低进入室内的热能,在夏季可以降低空调的负荷,在冬季由于吸收红外线而使玻璃自身温度升高,从而达到节能效果。

为合理使用吸热玻璃,在设计、安装和使用吸热玻璃时,应注意以下事项。

(1)吸热玻璃越厚,颜色就越深,吸热能力就越强。在进行吸热玻璃设计时,应注意不能使玻璃的颜色暗到影响室内外颜色的分辨,否则会对人的眼睛造成不适,甚至会影响人体的健康。

(2)使用吸热玻璃一定要按规范进行防炸裂设计,按设计要求选择玻璃。吸热玻璃容易发生炸裂,且当玻璃越厚吸热能力就越强,发生炸裂的可能性就越大。吸热玻璃的安装结构应当是防炸裂结构的。

(3)吸热玻璃的边部最好要进行细磨,尽量减少缺陷,因为这种缺陷是造成热炸裂的主要原因。在没有条件做到这一点时,玻璃如果在现场切割后,一定要进行边部修整。

(4)在使用过程中,注意不要让空调的冷风直接冲击吸热玻璃,不要在吸热玻璃上涂刷油漆或标语,另外不要在靠近吸热玻璃的表面处安装窗帘或摆教家具。

2.吸热节能玻璃的选择和应用

实际上对吸热玻璃的色彩选择,也就是对玻璃工程装饰效果的选择,这是建筑美学涉及的问题,一般由建筑美学设计者根据建筑物的功能、造型、外墙材料、周围环境及所在地或等综合考虑确定。

对于吸热镀膜玻璃,吸收率则取决于薄膜及玻璃本身的色泽,常见的基体着色玻璃品种一般不超过10个,而在吸热玻璃上镀膜品种很多。但是,通过多项工程长时间观察,基体着色玻璃具有很好的抗变色性,价格也比镀膜吸热玻璃低,因此,只要基体着色玻璃的装饰色彩能满足设计要求,就应当优先选用。

吸热玻璃既能起到隔热和防眩的作用,又可营造一种优美的凉爽气氛,在南方炎热地区,非常适合使用吸热玻璃,但在北方大部分地区不适合选用吸热玻璃。吸热玻璃慎用的主要原因有以下几个方面。

(1)吸热玻璃的透光性比较差,通常能阻挡50%左右的阳光辐射,本应起到杀菌、消毒、除味作用的阳光,由于吸热玻璃对阳光的阻挡,所以不能起到以上作用。

(2)阳光通过普通玻璃时,人们接受的是全色光,但通过吸热玻璃时则不然,会被吸收掉一部分色光。长期生活在波长较短的光环境中,会使人的视觉分辨力下降,甚至造成精神异变和性格扭曲。特别是对幼儿的危害更大,容易造成视力发育不全。

(3)在夏季很多门窗安装纱网,其透光率大约为70%,如果再配上吸热玻璃,其透光率仅为35%,很难满足室内采光的要求。

(4)吸热玻璃吸取阳光中的红外线辐射,其自身的温度会急剧升高,与边部的冷端之间形成温度梯度,从而造成非均匀性膨胀,形成较大的热应力,进而使玻璃薄弱部位发生裂纹而“热炸裂”。

五、吸热玻璃的性能、标准与检测

(一)吸热玻璃的性能

1.基体着色吸热玻璃的性能

(1)光学性能 根据现行国家标准《建筑玻璃 可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关窗玻璃参数的测定》(GB/T 2680—1994)的规定,吸热玻璃的光学性能,用可见光透射比和太阳光直接透射比来表达,两者的数值换算成为5mm标准厚度的值后应当符合表3-11中的要求。

表3-11 吸热玻璃的光学性能  单位:%

(2)颜色均匀性 1976年,国际照明协会(CIE)推荐了新的颜色空间及其有关色差公式,即CIE1976LAB系统,现在已成为世界各国正式釆纳,作为国际通用的测色标准,适用于一切光源色或物体色的表示。

玻璃的颜色均匀性实际上是指色差的大小,色差是指用数值的方法表示两种颜色给人色彩感觉上的差别,其又包括单片色差和批量色差。色差应采用符合《物体色的测量方法》(GB/T 3979—2008)标准要求的光谱测色仪和测量方法进行测量。

2.镀膜吸热玻璃的主要性能

吸热镀膜玻璃有茶色、灰色、银灰色、浅灰色、蓝色、蓝灰色、青铜色、古铜色、金色、粉红色和绿色等,建筑工程中常用的有茶色、蓝色、灰色和绿色。吸热镀膜玻璃的主要性能有热学和光学两个方面。

(1)吸热玻璃能吸收太阳的辐射热 随着吸热镀膜玻璃的颜色和厚度不同,其吸热率也不同,与同厚度的平板玻璃对比如表3-12所列。

表3-12 吸热玻璃同厚度平板玻璃热学性能的对比

从表3-12可知,3mm厚的蓝色吸热玻璃可以挡住37.3%的太阳辐射热,6 mm厚的蓝色吸热玻璃可以挡住50.79%的太阳辐射热,因此,可以降低室内空调的能耗和费用。

(2)可以吸收部分太阳可见光 吸热玻璃可以使刺目的太阳光变得比较柔和,起到防眩的作用。我国对5mm不同颜色吸热玻璃要求的可见透光率和太阳直接透过率如表3-13所列。

表3-13 5mm不同颜色吸热玻璃要求的光学性质

(二)吸热玻璃的标准

基体吸热玻璃的质量技术应符合《着色玻璃》(GB/T 18701—2002)标准的要求,该标准将着色玻璃按生产工艺分为着色浮法玻璃和着色普通玻璃,按用途分为制镜级吸热玻璃、汽车级吸热玻璃、建筑级吸热玻璃。其中着色普通平板玻璃应按《平板玻璃》(GB 11614 —2009)划分等级,着色浮法玻璃按色调分为不同的颜色系列,包括茶色系列、金色系列、绿色系列、蓝色系列、紫色系列、灰色系列、红色系列等。

吸热玻璃按照厚度不同可分为2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、8mm、10mm、12mm、15mm和19mm,其中着色普通平板玻璃按厚度分为2mm、3mm、4mm、5mm。基本着色吸热玻璃的质量要求如下。

(1)尺寸允许偏差、厚度允许偏差、对角线偏差、弯曲度的要求 着色浮法玻璃应符合《平板玻璃》(GB 11614—2009)相应级别的规定,着色普通平板玻璃应符合《平板玻璃》(GB 11614—2009)相应级别的规定。

(2)外观质量要求 着色普通平板玻璃应符合《平板玻璃》(GB 11614—2009)相应级别的规定。着色浮法玻璃外观质量中,光学变形的入射角各级别降低5°,其余各项指标均应符合《平板玻璃》(GB 11614—2009)相应级别的规定

(3)光学性能要求 2mm、3mm、4mm、5mm、6mm厚度的着色浮法玻璃及着色普通平板玻璃的可见光透射比均不低于25%;8mm、10mm、12mm、15mm、19mm厚度的着色浮法玻璃的可见光透射比均不低于18%。

着色浮法玻璃和着色普通平板玻璃的可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比允许偏差值应符合表3-14中的规定。

表3-14 着色玻璃的光学性能

(4)颜色的均匀性 着色玻璃的颜色均匀性,采用CIELAB均匀空间的色差来表示。同一片和同一批产品的色差应符合表3-15中的规定。

表3-15 着色玻璃的颜色均匀性

(三)吸热玻璃的检测

(1)尺寸允许偏差、厚度允许偏差、对角线偏差、弯曲度、外观质量的要求 着色浮法玻璃应按《平板玻璃》(GB 11614—2009)中的规定进行检验,着色普通平板玻璃应按《平板玻璃》(GB 11614—2009)中的规定进行检验。

(2)光学性能 着色玻璃的光学性能应按《建筑玻璃 可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关窗玻璃参数的测定》(GB/T 2680—1994)中的规定进行测定。

(3)颜色均匀性 着色玻璃的颜色均匀性应按《彩色建筑材料色度测量方法》(GB/T 11942—1989)中的规定进行测定。 xH8oHNkaILgaY38WU0D8N351hW71ZAV/cnZByvo1ZzD0+CKWty3OvL6khAUjDt/q

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