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1、. . . . .玻璃节能原理及常规产品性能介绍一、 玻璃节能原理1、 环境中的热源日常生活环境中主要有两种热源：太阳光和环境热源。l 太阳光太阳光是主要的人类生活的热量来源，地球上所有的能源归根结底都来自于阳光，是通过辐射形式传播。太阳光谱按波长分为三部分：紫外线、可见光、红外光，他们的波长与比例如下表。光线英文波长比例备注紫外线UV0.3-0.38m3%不可见，诱发化学反应可见光VIS0.38-0.78m48%可见光红外线IR0.78-2.5m49%不可见，具有热效应投射到地球表面上的太阳光能量的98%处于波长在0.3-2.5m范围内。l 环境热源太阳辐射黑体辐射4m250nm除阳光照射外
2、，环境中的任何物体都会辐射热量，如建筑被阳光照射后的二次辐射，用电器、人体自身发热。这些热量通过三种基本的方式传播：传导、对流及辐射。环境中的热辐射不同于阳光辐射，波长主要分布在4m以外的远红外线，辐射强度和主波长与温度有关，跟玻璃作用与普通玻璃也有所不同。玻璃的热学特性l 阳光热是如何透过玻璃的玻璃是一种透明材，在透过光线的同时也透过了阳光热量。阳光透过玻璃时同时有三种方式作用，阳光热量透过玻璃是三种传播方式同时作用的过程。阳光照射在玻璃，除直接透过（t）、反射（r）和吸收（a）,这些值的大小取决于玻璃的种类，厚度有关。阳光透过普通玻璃的过程阳光直接照射在玻璃，分为主要三个部分：直接透过（t
3、=87%）、反射（r=8%）和吸收（a=5%）。即有87%能量直接进入室内。1、 阳光中被吸收部分，通过玻璃表面换热留向两侧，因室外空气流动带走热量，流向室外侧的热量要比室内的要多，其中流向室内约1/3。太阳玻璃直接透过87%直接反射8%二次辐射2%l 热量是如何透过玻璃的热量通过玻璃也是三种方式共同作用的结果，热量传播分以下几个步骤。以冬季晚上为例子：1） 热量由室内通过空气对流换热和辐射换热传递到玻璃内表面，对流只跟空气流动速度有关，辐射只跟玻璃表面辐射率有关。2） 热量通过热传递方式从玻璃内表面传递到玻璃外表面，跟玻璃的导热系数和玻璃厚度有关。3） 热量从内表面通过对流和辐射换热传递到室
4、外，跟过程1相似。上述三个过程属于串联结构，最小过程的决定整体大小。2、 玻璃节能指标为衡量玻璃对阳光的遮挡及对热量的阻隔能力，引入遮阳系数Sc（Shading Coefficient）和传热系数U值（U-Value）来衡量玻璃的节能性。遮阳系数Sc遮阳系数是玻璃制品的阳光热获系数与3mm普通浮法玻璃的阳光热获得系数的比值，阳光热获得系数也称g值（g-value），也称SHGC（Solar Heat Gain Coefficient），3mm普通浮法玻璃的阳光热获得系数是个固定值叫阳光热获得因子SHGF（Solar Heat Gain Factor）,大小为0.87。公式：传热系数U值（K值）
5、衡量在一定内外侧度差下，通过一定面积流失或获得的热量，米制单位为W/m2或英制单位为BTU/ft2hr。是基于一定外部环境的测量值，环境条件包括：内外侧对流模式、强度（包含风速）；内外侧温度；阳光辐射；环境背景辐射等一些因素。各国标准都有所不同，目前见到最常用的有：美国标准U值、欧洲标准K值、中国K值，因外部设定条件不同，同样玻璃其值大小为U值美国K值中国K值欧洲。相对热增益（RHG：Relative Heat Gain）标准环境下一种玻璃制品总的热量获得，计算方法以美国NFRC标准为例。计算方法如下：，其中630为美国标准3mm阳光热量获得，单位为W/m2。节能简单计算夏季白天节能计算，计算
6、必要条件：外部条件：阳光辐射强度W、室内外温度TiTo及玻璃面积S玻璃参数：遮阳系数SC、传热系数U值则进入能量J：冬季晚上节能计算，计算必要条件：外部条件：室内外温度TiTo及玻璃面积S玻璃参数：传热系数U值则从室内流失的热量J：节能模拟计算过程二、 玻璃其他性能及获得1、 光学性能及颜色玻璃外观颜色：颜色的实质是不同波段的光线对人眼的刺激，可见光分布范围是380nm到780nm，颜色依次为紫、蓝、青、绿、黄、橙、红。玻璃的颜色分为玻璃反射颜色和玻璃透过的颜色，镀膜玻璃的颜色实质是薄膜对不同颜色的光线不同的吸收透过反射形成的。目前比较流行的颜色有，银灰色、蓝灰色、无色、浅蓝等。可见光透过：玻
7、璃是作为采光的维护材料被应用在建筑上，如果玻璃不透光则就丧失了一个重要的功能，玻璃镀膜可以调节玻璃的透过率，同时调整透过颜色，使玻璃透过颜色变的柔和，目前比较流行浅蓝。直接影响自然采光，过高会刺眼，过低会造成采光不足，使用照明。可见光反射：镀膜可调节玻璃的反射率，使玻璃显示出一定的亮度，一般我们所说的玻璃的亮度就指反射率。颜色的获得现代建筑越来越多是以玻璃幕墙作为建筑外维护材料，玻璃幕墙的颜色也就是玻璃的颜色至关重要，如同穿在人身上的衣服的颜色，在别人不一定看清楚衣服的款式时，先看见的是衣服的颜色。目前建筑颜色大多以冷色调为主，最多使用的为灰色或蓝色。其他颜色如绿色在90年代初流行过一段时间，
8、黄色、红色及其他颜色很少应用在建筑上。虽然目前常用的颜色为灰色或蓝色，但实际情况中，各种颜色都会有细微的差别，灰色可以偏黄偏蓝，可以灰暗也可以明亮，同时透过率高低也会对人眼对颜色的识别有影响，因此实际颜色的种类是非常多的。同时也会有业主需要蓝色、绿色或其他比较特殊的颜色。所以各种各样的颜色怎样获得，是不是需要特殊条件，会不会带来成本的增加等，这些我们都是必须要考虑的。下面列表是品种-颜色获得表。2、 其他性能视线遮蔽效果：为了防止室外看到室内的情形，保护隐私或保持建筑整体效果，我们一般选用具有视线遮蔽效果的玻璃。视线遮蔽效果公式计算直接反射效果：其中R为玻璃反射率，W为光强度，WR为反射后光强
9、度。室内物品效果：其中WIR为室内物品综合光强度，WI为室内物品光强度，RI物体反射率，W为光强度，T为玻璃透过率。如果屋内没有光源，则WI等于0。则公式变为则强度比为视线遮蔽性能只跟玻璃的反射率R，透过率T，室内反射率RI相关。一般室内所用的物品都存在漫反射，RI是具有一定的统计概念，跟物品的大小、离玻璃的远近、窗户大小及观察者距离都有关系。一般玻璃越大，离玻璃越近，物体越大，则遮蔽效果差，反之亦然。RI模型如下：其中S1为物体面积S2为玻璃面积L1为物体于玻璃面L2为物体离观察者的距离，红色光路为玻璃面直接反射，黑色虚线为内部物体光路。由于考虑光线方向性及空间几何等诸多复杂问题，这里就简化
10、处理做定性分析。色系颜色基片热反射低辐射无色无色透明原片无，没有意义高透型低辐射玻璃，技术成熟，有广泛的使用灰色银灰色无目前大多为此类产品，技术比较成熟。灰色有浅灰有暖灰主体是灰色略带黄冷灰有蓝灰原片，主体是灰色略带蓝深灰有深灰原片，只有国外少数厂家有生产颜色，价格昂贵用白色基片很难做到，必须要使用灰色基片蓝色深蓝有深蓝原片，如福特蓝，还洋蓝等只有柔蓝系列，工艺比较成熟，或使用深蓝原片镀膜必须使用深蓝原片镀膜才能做到浅蓝有有有绿色深绿有，法国绿有柔绿系列，但国内已经没有做了，目前一般都使用绿基片镀膜必须使用绿原片镀膜浅绿有使用绿色原片镀膜理论上可用白玻璃，但一般都使用绿颜色的原片镀膜蓝绿有红色
11、红色有粉红原片理论上可行，目前没有产品，用红色原片也可获得红色黄色黄色不清楚无金黄没有有成熟的金色产品茶色深茶有有茶色系列，国内没有生产，或使用茶色原片必须使用茶色原片浅茶有有成熟产品紫色紫色不清楚无理论上可行L1观察者S2S1L2物体被光照后的光强度可以简单表示为，这里RS1是物体本身的反射。1、 如果观察者离玻璃太近既L2太小则容易看到室内情况，这是为什么有些玻璃远处看具有很好的视线遮蔽效果，近看却可以看到室内情况。2、 如果物体离玻璃太近既L1太小则容易被室外看到。这是为什么窗帘容易被看到，而室内的墙却不容易被人看到。3、 大开窗比小窗更容易看到室内情况，所以玻璃幕墙需要遮蔽性能更好的玻
12、璃。4、 RS1是物体本身决定的，跟颜色，表面光滑度等有关系，一般颜色越白（L*越大）则RS1越大，视线遮蔽效果越差。5、 玻璃的反射和透过，玻璃反射越高透过越低遮蔽效果越好，因T、R值都小于1，则T、R变化同样大小的情况下，R的变化要比T2变化快，因此在视线遮蔽效果不理想的情况下改变可见光反射是最有成效的。不切实际的规定一般具有视线遮蔽效果的玻璃都具有比较高的反射率，而高反射率的玻璃确实是产生不同程度的光污染。因此国内很多各大城市都有对幕墙用玻璃有最大反射限制，如广州市是30%，上海市15%。虽然有这些硬性规定，但实际操作中根本不可能遵循。广州30%规定是有其合理性，而上海15%是根本达不到
13、，因为双白中空的反射都已经达到15%，如果再镀一层膜，则反射很容易就超过了15%，实际上海没有几栋大厦的反射率是低于15%。镀膜产品中反射率接近15%的只有一些高透的低辐射玻璃，而高透低辐射玻璃基本上没有颜色，这点一般人都是接受不了的，因此这些规定不切实际，解决光污染不能仅靠硬性的规定，必须要从设计等方面入手。三、 各类玻璃的特点1、 普通浮法玻璃普通玻璃指的是目前应用最多的钠钙硅玻璃，主要以SiO2做骨架材料，钠钙离子填充，同时有铁硫等一些微量元素。玻璃颜色显示出为透明，随着玻璃厚度增加会显示出绿色，是由玻璃中的少量的铁离子造成的，超白玻璃是普通玻璃含更少的铁离子，又称低铁玻璃（Low-ir
14、on Glass）看上去比普通白玻璃更透明。普通玻璃在阳光波段250nm-2500nm透过比较大。直接透过达80%左右，加上二次辐射进入约85%。是一种隔热性能非常差的维护材料。一般建筑使用的玻璃厚度为5mm，相对于墙体是一种很薄的材料，因此单片玻璃的保温性能是非常差的，导热性能约是墙体的5-6倍。如果单片白玻璃使用在建筑上，则50%以上节能支出将都花费在玻璃上。因此单片玻璃不宜用在有节能设施的建筑上。2、 普通着色玻璃蓝绿玻与灰茶玻着色玻璃也是浮法玻璃，通过在玻璃中搀杂金属离子，使玻璃吸收一些颜色，显示出不同的透过颜色，同时降低全光谱的透过，起到降低遮阳系数作用。但是着色玻璃只改变太阳光谱的
15、吸收，对远红外波段没有任何影响，也没有改变玻璃结构，因此玻璃的保温性能没有任何改变，跟普通白玻璃是一样的。由于不同的着色玻璃对光的吸收不尽相同，因此光热性能上也有很大的差别。可以分为两大类：节能性比较好的蓝绿色系玻璃；普通着色玻璃。1） 蓝绿色系列包括一类蓝色为蓝色或绿色的玻璃，这一类玻璃普通对红光吸收很大，而对表征可见光的绿色光却有很大的透过，绿玻璃透过的是黄绿光，蓝色玻璃透过的是蓝光和部分绿光，其他蓝绿玻璃介于其中，因此他们的透过曲线类似于低辐射玻璃，性能上有点相似。同样蓝绿系列玻璃在镀辐射率膜后其性能也会有很大提高。国外在着色玻璃技术方面要比中国先进，开发的高性能基片比较多，如蓝绿，蓝铜（意译），常清绿等。如果在这些基片上镀在线低辐膜，则性能可与离线镀膜媲美，甚至跟双银相当。国内目前比较简
