节能玻璃 节能玻璃

节能玻璃

  • 期刊名字:玻璃与搪瓷
  • 文件大小:381kb
  • 论文作者:刘道春
  • 作者单位:东风汽车公司
  • 更新时间:2020-06-12
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论文简介

第39卷第4期玻璃与塘瓷Vol. 39 No 42011年8月GLASS enamelAug 2011节能玻璃刘道春(东风汽车公司,湖北十堰442001)摘要:玻璃作为透明村料被广泛应用于建筑、交通运输、船舶航空、制冷等行业,它不仅是良好的透明材料,也是一种导热材料。人们对玻璃的认识还有待深入,掌握玻璃的节能特性对正确选用玻璃品种至关重要。针对节能玻璃在节能建筑中所发挥的重要作用,主要介绍节能玻璃,包括吸热玻璃、热反射镀膜玻璃、低辐射镀膜玻璃、中空玻璃、贴膜玻璃、气凝胶玻璃和真空玻璃的性能特点,应用范围,指出了节能玻璃巨大的发展空间和广阔前景。关键词:平板玻璃;节能玻璃;发展前景中图分类号:TQ71.72·1文献标识码:B文章编号:1000-2871(2011)04-0041-04Energy-Saving GlassLU Dao -chun玻璃作为透明材料被广泛应用于建筑、交通运输、制冷等行业,它不仅是良好的透明材料,也是一种传热材料。不管玻璃被应用于哪个领域,通过玻璃进行热传导都会发生,而透过玻璃的热传导大部分是能量损失。例如在建筑上使用普通平板玻璃有三分之一能量是通过玻璃的传导而损失的。在世界性能源紧张的今天,节能已成为一种趋势,减少由玻璃导致的能量损失越来越受到重视,几乎所有的建筑师都希望能通过某种途径尽量减少建筑上的能量损失,以使建筑物的能耗尽量少。1节能玻璃在节能建筑中的重要作用玻璃是幕墙、门窗中难以替代的重要材料,玻璃对节能的贡献不容忽视。玻璃的节能归根到底离不开玻璃本身所具有的反射、透射散射以及聚光特性。透过玻璃传递的太阳能有两部分:一是太阳光直接透过玻璃而通过的能量;二是太阳光在通过玻璃时一部分能量被玻璃吸收转化为热能,该热能中的一部分又进入室内。玻璃散热主要是依靠热传导和热辐射,热传导的大小和不同玻璃的传导速度、厚度及导热系数有关;辐射则和不同性质的玻璃有关。在整个建筑围护结构的能量损失中,通过门窗的能量损失约占1/3~1/2,其中通过玻璃的损失又占到75%。由此,人们想到用保温瓶原理来制造门窗用平板真空玻璃,但需要解决三大技术难题:(1)平板真空玻璃是一个小容积、大表面积、狭窄扁平的真空腔体,如何快速抽真空并长期有效;(2)平板真空玻璃只能使用中间支撑物来承受10t/m2的压力,该支撑物的物理化学性能、几何形状及几何分布必须精心设计,才能使真空玻璃产品满足建筑玻璃设计标准所要求的强度和力学寿命;(3)门窗真空玻璃在抽气口、支撑物的设计和选材上,要不影响透明美观。经过科技人员的努力,在1913年诞生了第一个平板真空玻璃专利。20世纪70年代的石油危机以及由此而来的一系列战争,大大促进了西方工业发达国家在建筑设计上应用节能技术、节能玻璃的积极性,他们收稿日期:2011-06-24中国煤化工CNMHG42玻璃与搪瓷2011年8月纷纷进行立法,规定建筑玻璃窗必须用节能玻璃。根据门窗玻璃既要通风换气,又要采光透视,还要密封保温隔热、节能,科技人员开发出一批节能玻璃材料并得到广泛应用,如中空玻璃、吸热玻璃、低辐射膜玻璃等等。从20世纪80年代以后,对具有更优异保温隔热性能的真空玻璃的研制开发逐渐趋向活跃。节能玻璃要具备两个节能特性:保温性和隔热性。玻璃的保温性(K值)要达到与当地墙体相匹配的水平。对于我国大部分地区,按现行规定,建筑物墙体的K值应小于1,因此,玻璃窗的K值也要小于1才能堵住”建筑物“开口部”的能耗漏洞。在窗户的节能上,玻璃的K值起主要作用。而对于玻璃的隔热性(遮阳系数S)要与建筑物所在地阳光辐照特点相适应。不同用途的建筑物对玻璃隔热的要求是不同的。对于住宅及公共建筑物,理想的玻璃应该使可见光大部分透过如在北京,最好冬天红外线多透入室内,而夏天则少透入室内,这样就可以达到节能的目的2节能玻璃种类2.1吸热玻璃吸热玻璃是指能吸收大量红外线辐射能而又保持良好的可见光透过率的玻璃。它是在普通钠钙玻璃中引入起着色作用的氧化物使玻璃对太阳能有选择地吸收同时呈现不同的颜色。吸热玻璃的节能是通过太阳光透过玻璃时将光能转化为热能而被玻璃吸收,热能以对流和辐射的形式散发出去,从而减少太阳能进入室内。虽然吸热玻璃的热阻性优于普通透明玻璃,但吸热和透光经常是矛盾的,由于其二次辐射过程中向室内放出热量较多,所以吸热玻璃的隔热功能受到一定限制。吸热玻璃与普通平板玻璃相比具有如下特点:(1)吸收太阳辐射热。吸热玻璃的颜色和厚度不同,对太阳辐射热的吸收程度也不同,可根据不同地区日照条件选择不同颜色的吸热玻璃;(2)吸收太阳可见光。吸热玻璃比普通玻璃吸收可见光要多很多,这一特点起到良好的防眩作用;(3)能吸收一定的紫外线。吸热玻璃除了能吸收红外线外,还可以显著减少紫外线透射;(4)色泽经久不变。吸热玻璃中引入无机矿物颜料作为着色剂本体着色,比较稳定,经久不褪色。吸热玻璃在建筑工程中应用广泛,凡既需釆光又需隔热的空间均可采用,尤其是炎热地区需设置空调、避免眩光的建筑物门窗或外墙体以及火车、汽车、轮船挡风玻璃等,起到隔热、防眩等作用。生产吸热玻璃的方法除了普通钠钙玻璃本体着色外,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。吸热玻璃有灰色、茶色、蓝色、绿色、古铜色、青铜色、粉红色和金黄色等。我国目前主要生产前三种颜色的吸热玻璃。吸热玻璃还可以进一步加工制成磨光钢化、夹层成中空玻璃2.2热反射镀膜玻璃热反射镀膜玻璃又称阳光控制膜玻璃,是在优质浮法玻璃表面镀一至多层金属或化合物薄膜而成。薄膜的主要功能是按需要的比例控制太阳直射的反射透过和吸收,并产生需要的反射颜色。光学特性就是反射热辐射,一旦确定了反射率和透射率后,其单向性特点尤为突出,即只能满足建筑环境变化的部分要求,如随季节变化的阻热和吸热要求。而且,热反射镀膜和吸热玻璃的阻热性能都是以牺牲透光性为代价,多数情况不利于自然采光。镀膜玻璃在建筑上的应用主要有两种,即热反射玻璃(也称太阳能控制玻璃)和低辐射玻璃。热反射玻璃具有一定的反射效果,太阳能进入室内的量越少,空调负荷也就越小;但是玻璃的可见光透过率会随着反射率的升高而降低,影响采光效果,太高的玻璃反射率也可能出现光污染问题热反射镀膜是釆用真空磁控溅射工艺镀膜玻璃的颜色多为干涉色,当薄膜的光学厚度与某波长的可见光波长成一定倍数时,主要反射该种可见光的颜色,光学上称为干涉光的颜色,即干涉色。干涉色因薄膜的厚度不同而变化。同一种材料通过调节不同的膜厚,既可以镀成灰色、金色,也可以镀成蓝色或绿色。因此维持镀膜玻璃膜面不受污染是十分重要的,即使粘附上一层很薄很透明的污染厚度不均的污染膜会使外观变成“花脸”。中国煤化工CNMHG第39卷第4期玻璃与搪瓷43通常热反射镀膜玻璃已能满足一般节能窗的需要,如要求更高,还有中空玻璃、热反射镀膜中空玻璃以及低辐射镀膜玻璃等,均有其特点和不同用途。镀膜玻璃的膜厚度很薄,一般不超过0.1μm,很容易被划伤。最常见的是开箱后切割中、切割后运输、安装搬运几个环节中造成镀膜的划伤。2.3低辐射镀膜玻璃(Low-E玻璃)低辐射玻璃是通过在玻璃表面涂敷低辐射涂层,使表面辐射率低于普通玻璃(通常为084),从而减少热量的损失,达到降低采暖费用、实现节能目的。衡量低辐射玻璃节能效果的重要指标是辐射率辐射率越低,通过玻璃表面发生的辐射损失越少,玻璃的节能效果越好。低辐射镀膜玻璃对波长范围4.5-25μm的远红外有较高反射比。玻璃表面辐射率低,红外线反射率高,吸热少、二次辐射热量低,透过率可在33%72%、遮阳系数在1.25~0.68之间选择。但Dow-E玻璃热反射仍然有方向性问题,有关实验表明:无论Low-E膜面处于中空玻璃的第二面或第三面上,传热系数的测试结果冬季和夏季仅相差2%,阻挡热辐射透过的作用与季节无关。Low-E玻璃又可以分为高透型、遮阳型和双银型。高透型Low-E玻璃有较高的可见光透过率,采光自然;较高的太阳能透过率,透过玻璃的太阳热辐射多;极高的中远红外线反射率;较低V值(传热系数),适用于寒冷的北方地区遮阳型Low-E玻璃适宜的可见光透过率,对室外的强光具有一定的遮蔽性;较低的太阳能透过率,有效阻止太阳热辐射进入室内;极高的中远红外线反射率,限制室外的二次热辐射进入室内。适用于南方地区及北方地区。该产品冬季限制部分太阳热能进入室内,在夏季则能限制更多的太阳能进入室内,因为冬季太阳能的强度仅为夏季的三分之一左右,因而保温性能并未受到影响。从节能效果看,遮阳型不低于高透型。双银Low-E玻璃因其膜层中有双层银层面而得名,属于Low-E玻璃膜系结构中较复杂的一种,是髙级Low-E玻璃。它突出了玻璃对太阳热辐射的遮蔽效果,将玻璃的高透光性与太阳热辐射的低透过性巧妙地结合在一起,因此与普通ow-E玻璃比较,在可见光透过率相同的情况下具有更低太阳能透过率。不受地区限制,适合于不同气候特点的广大地区。2.4中空玻璃中空玻璃是用两片(或三片)玻璃之间(称之为玻璃基片)进行有效支撑,四周采用胶接法进行密封(称之为气室),其中充满干燥气体,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铝合金框架粘结,具有节能、隔热、防结露等三大基本功能的高效节能建筑玻璃。中空玻璃由于在两片玻璃之间形成了一定厚度并被限制流动的空气或其他气体层,从而减少了玻璃的对流和传导传热,因此它具有较好的隔热能力。中空玻璃的单片还可以釆用镀膜玻璃或其他节能玻璃,集本身和镀膜玻璃的优点于一身,从而发挥更好的节能作用。如用一层5mm厚辐射率0.2的低辐射玻璃和层厚度为5mm的普通玻璃组成空气层为9mm的中空玻璃,其K值约为21W/m2K,如果使用辐射率为0.08的低辐射玻璃并将空气层中的空气用氩气置换,气层的厚度选择12mm,其K值可达到1.4W/m2·K,如果在中空玻璃的外片选择热反射玻璃,还具有控制太阳能的作用。中空玻璃在某些条件下其隔热性能优于一般混凝土墙。中空玻璃隔热能力主要来源于两层玻璃间密封的空气层。空气的热导率为0.028W/m·K,而玻璃的热导率为0.77W/m·K,密封的中空玻璃除四边由密封胶导热,其余大面积玻璃均依靠空气层导热,因此,能明显提高中空玻璃隔热效果。2.5贴膜玻璃贴膜玻璃是在平板玻璃表面贴上一种多层的聚酯薄膜(称玻璃膜),以改善玻璃的性能和强度。聚酯薄膜经表面金属化处理后,与另一层聚酯薄膜复合,在其表面涂有耐磨层,背面涂有安装胶,并加贴保护膜,贴在玻璃表面使之具有增强玻璃安全性能(抗冲击与支撑玻璃碎片),或者具有降低太阳辐射热量和阻隔紫外线等阳光控制特性。采用加贴具有安全、节能等性能的玻璃膜,是目前提高建筑玻璃安全性和改善建筑物节能效果的较为可行的技术手段能增强非安全玻璃的抗冲击强度,延长玻璃受到外力作用而破碎的时间,防止玻璃破裂后飞溅造成人身和财产伤害。采用透明安全膜制成的中国煤化立离本身的机械强度,但由于膜的聚酯基层具有非常好的抗冲击性能,当贴膜受到外CNMHGHE44玻璃与搪瓷2011年8月的冲击能并使之迅速衰减,导致贴膜玻璃很难被击穿,仍保持良好的贴膜玻璃完整性。玻璃加贴聚酯膜的主要功能除阳光控制、节能、安全防爆、阻挡眩光、阻隔紫外线、玻璃表面保护外,尚具有不同要求的建筑节能功率,其性能指标包含了可见光投射比、可见光反射比、遮阳系数和U值等。2.6气凝胶玻璃在中空玻璃之间填充称之为“气凝胶”的材料,U值为1.0,隔热程度高是气凝胶玻璃的主特点。其内侧的低温辐射远低于普通的中空玻璃,因此可以保证冬天室内温度较高。同时,它给光的折射提供了较大空间,光线的最大透过只在很小程度上取决于阳光的入射角,因此,白昼自然光均匀分布在室内空间。气凝胶玻璃在现代科技和高科技领域得到广泛应用:如用作航天、航海的窥视窗,代替汽车的钢化玻璃,在原子能和激光领域作为可透过各种射线的结构材料和做精密光学仪器的光学元件等。气凝胶玻璃的热稳定性和耐热冲击能力高;它的密度仅为007~0.25g/cm3,是普通玻璃的几十分之一;具有比矿物棉更好的隔热保暖性能;它不燃烧,是良好的防火材料;还具有良好的隔音性能,传热系数0.5W/m2·K。此外,气凝胶玻璃比所有无机材料的传播声音速度都慢。声音在空气中的传播速度为340m/s,在水中的传播速度为1400~1500m/s,在金属和普通玻璃中的传播速度为500m/s,而在气凝胶玻璃中仅为100~120m/s。气凝胶玻璃虽具有许多优良的物理性能,但由于价格比较高,几何尺寸较小,限制了它的使用范围。2.7真空玻璃真空玻璃具有比中空玻璃更好的隔热、保温性能;结露温度更低,不会出现普通中空玻璃经常岀现的内结露”现象;腔内无气体,可以隔断声音的传递,具有良好的隔声性能;具有更好的抗风压性能;真空玻璃最薄只有6mm,现有住宅窗框原封不动即可安装,并可减少窗框材料;加工过程对水质和空气不产生任何污染及噪声,因此对环境无有害影响;在外界压力下变形小、强度高,可直接安装在门窗或幕墙上。真空玻璃也可俗称“平板式保温瓶玻璃”。真空玻璃是目前节能效果最好的玻璃,它使玻璃与玻璃之间的传导热接近于零,同时其单片一般至少有片是低辐射玻璃,可以减少辐射传热,这样通过真空玻璃的对流、辐射和传导传热都很少。真空玻璃具有比现在所有玻璃材料都好的隔热、隔声、保温、防结露、抗风压等性能。目前节能性能比较好的窗户玻璃是中空玻璃,而真空玻璃的传热系数至少比它低15%。据测试,以空调使用状况比较,真空玻璃窗可分别比单片玻璃、中空玻璃节电29%~30%、16%~18%,真空玻璃是一个高新技术产业链,不仅将玻璃工业内部的浮法玻璃工业、加工玻璃工业更紧密地联在起,而且将玻璃行业和建筑窗户紧密联在一起。真空玻璃的工业化、产业化,将大幅度增加玻璃行业主导产品的科技含量,对提升玻璃生产设备技术水平、玻璃工业产品结构的升级换代,是具有革命意义的巨大进步真空玻璃也可与目前已有的或日趋成熟的各种节能玻璃材料组合,逐步使节能玻璃产品成为玻璃行业的主流产品;逐步扩大优质浮法玻璃在整个玻璃产量中的比重,逐步扩大深加工玻璃产品在整个玻璃产量中的比重缩小与发达国家的差距,有利于改变目前玻璃工业低水平重复建设、低端平板玻璃产品恶性血拼的落后局面,有利于彻底改变玻璃工业的形象。真空玻璃对建筑、火车、轮船、冰柜等相关行业的技术进步、节能、生态、环保等,具有不可估量的综合性的经济与社会效益。3节能玻璃发展空间巨大前景广阔居民消费结构升级、鼓励企业自主创新、新农村建设和城镇化进程等都将保证国内市场对玻璃产品的中长期需求增长趋势不变。随着建筑、汽车、装饰装修家具信息产业技术等行业的发展和人们对生活空间环境要求的提高,安全玻璃、节能玻璃等功能性加工产品得到广泛应用。平板玻璃的供求格局和消费结构正在发生变化。玻璃行业的发展与国民经济的许多行业都存在着联系,玻璃行业对推动整个国民经济的发展起着积极作用。在新的形势下,玻璃工业必须按照科学发展观的要求,转变增长方式,有效调整产业结构,才能促进行业健康发展。玻璃作为建筑基材在未来节能建筑中将发挥更重要的中国煤化工豸,节能玻璃将成为市场的主要产品。CNMHG页)第39卷第4期玻璃与搪瓷很多不便。因此这两种方法都没有得到工业应用。个非常成功的薄膜太阳能电池绒面是澳大利亚太平洋太阳能公司发明的纳米二氧化硅颗粒绒面。它是把纳米二氧化硅颗粒和二氧化硅溶液的混合物均匀地涂在玻璃上(如图3所示),纳米二氧化硅颗粒的直径和二氧化硅膜厚度之间的差异形成了绒面。这种绒面技术既克服了氧化锡绒面的尖点问题和不能高温处理的缺点,又大大减小了绒面的尺寸。在这种绒面上制备的4.5μm厚的多晶硅薄膜太阳能电池的电流密度达到了25.1mA/m2。这是迄今为止所报道的薄膜太阳能电池最高的电流密度。5.3绒面技术在太阳能电池上的开发应用当太阳光入射到太阳能电池组件上的玻璃后,有大约4%的光被玻璃的上表面反射。降低玻璃上表面的反射率可提高太阳能电池组件的转换效率。研究结果发现,由绒面玻璃制备的太阳能电池组件在直射的日光下,可提高1%左右的转换效率;当日光在斜射的条件下,由绒面玻璃制备的太阳能电池组件可提高转换效率3%左右。由于阳光斜射的时间比直射的时间长得多,因此,这是一个非常可观的提高。问题是上表面的绒面有容易积灰的缺点,目前还不宜在实践中应用。参考文献[1]蒋文玖.浅谈太阳能玻璃的生产[J].中国玻璃,2006,2:26-28[2]徐美君美国2020年前玻璃工业技术发展[]玻璃与搪瓷,2007,35(5):46-48[3]辛崇飞气候引导太阳能光伏玻璃的节能方向[J中国玻璃20075:8-10[4]徐美君.太阳能玻璃的开发应用与市场[冂]建筑玻璃与工业玻璃,2007,146(5):15-2[5]王承遇陶瑛玻璃材料手册[M]北京:化学工业出版社,2008,860-875[6]徐美君.太阳能电池玻璃行业发展现状[]建材发展导向2008,6(1):84[7]陈心亮薛俊明赵颖耿新华.太阳电池用绒面ZnO-TCO薄膜制备技术及特性的研究进展[材料导报,200,23(5):98-103[8]徐志武既节能又发电的低碳建筑中的光伏真空玻璃[N].中国建材报,2010-06-01(25)[9]鲁大学光伏玻璃的分类与产品适用范围[N].中国建材报,2010-06-01(29)(全文完(上接第44页)随着我国对节能减排重视程度的日益提高,各类具有节能性能的建筑材料将受到直接的带动。在玻璃细分产品中,低辐射玻璃(Iow-E)在光学性能与热性能上具有显著的节能优势。目前欧美国家在建筑中对Iow-E、中空等节能玻璃的使用率达到50%,主要发达国家的使用率已高达80%以上,而我国尚不足10%,未来发展空间巨大。巨大的建筑市场必然带动建筑节能玻璃的市场发展。目前,我国建筑节能玻璃的主要消费是公用建筑约占80%以上。随着生活水平的不断提高,人们会越来越注重居室的舒适和豪华,同时随着居室空调和采暖设施的普及,节能意识越来越强民用住宅对节能玻璃的要求越来越强烈加之门窗容易改装的特点,对旧式楼房的节能改造也必然会从门窗着手。高档门窗的普及必然带动建筑节能玻璃发展。我国门窗正在向塑钢门窗方面发展,塑钢门窗和玻璃钢门窗不仅美观耐用,而且在节能方面也远优于木窗铁窗和铝合金门窗。随着塑钢门窗的普及和第五代玻璃钢门窗开发生产,人们对节能玻璃的需求也会越来越多。参考文献[1]马眷荣,罗忆,刘忠伟.建筑玻璃应用技术[M]北京:化学工业出版社,2005[2]刘志海庞世纪节能玻璃与环保玻璃[M]北京:化学工业出版社,2009.[3]王宗昌建筑保温节能施工常见问题及对策[M]北京:中国建筑工业出版社,2009中国煤化工CNMHG

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