怎樣選擇建筑節(jié)能用玻璃材料

摘要：分析了鍍膜玻璃、中空玻璃和帶薄膜型熱反射材料玻璃的熱工特性，提出建筑節(jié)能  設(shè)計(jì)中玻璃材料應(yīng)用的基本原則以及節(jié)能設(shè)計(jì)措施。
    關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能  玻璃材料  熱工特性
l 、引  言
    采用大面積玻璃門窗(幕墻)是現(xiàn)代建筑的一種潮流，從80年代以來，我國玻璃幕墻以每年幾百萬平方米的驚人速度發(fā)展。盡管每年都有關(guān)于玻璃幕墻工程的大小事故，然而它所具有的豪華、挺拔、超群的外觀以及不同玻璃色彩所呈現(xiàn)優(yōu)異彩繽紛的藝術(shù)效果，是其它外墻、門窗材料無法比擬的，因而吸引了許多建筑業(yè)主和建筑師。
    玻璃材料的透光系數(shù)、太陽直射透射率、相對得熱以及傳熱系數(shù)等指標(biāo)，對建筑的室內(nèi)熱環(huán)境和采暖空調(diào)能耗影響很大，因此，在建筑設(shè)計(jì)上如何利用玻璃材料，了解其技術(shù)特性，做到減少能耗，是建筑師和采暖空調(diào)工程師急待注意的問題。本文就目前采用的主要節(jié)能玻璃材料的技術(shù)指標(biāo)，在建筑應(yīng)用中的熱工特性進(jìn)行分析，提出建筑采光、節(jié)能如何選用玻璃材料的技術(shù)要點(diǎn)以及在建筑設(shè)計(jì)上應(yīng)注意的問題。
2、幾種節(jié)能玻璃材料特性
    目前采用的幾種節(jié)能玻璃材料主要有鍍膜玻璃、中空玻璃和帶薄膜型熱反射材料玻璃。一般建筑門窗占建筑能耗40％以上，因此如何正確選用這幾種材料具有重要意義。鍍膜玻璃主要有太陽能熱反射玻璃、低輻射玻璃和多功能鍍膜玻璃。
2．1  太陽能熱反射玻璃
    太陽能熱反射玻璃又稱陽光控制玻璃。其非常大特點(diǎn)是利用鍍膜能透過可見光而把起加熱作用的遠(yuǎn)紅外光反射到室外，同時玻璃材料吸收的太陽熱能被鍍膜所隔離，使熱主要散發(fā)到室外一側(cè)，盡可能地減少太陽的熱作用，使室內(nèi)熱環(huán)境得到控制，同時減少眩光和色散，降低室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷和減少設(shè)備投入資金，從而達(dá)到節(jié)約空調(diào)費(fèi)用的目的o這種熱反射玻璃的隔熱反射性能通常用陽光系數(shù)(或遮陽系數(shù))表示，陽光系數(shù)越低，鍍膜的性能也越好。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)不同功能的建筑來選用不同性能的鍍膜來調(diào)節(jié)室內(nèi)光線和控制輻射熱。圖1為鍍膜玻璃熱特性原理圖。太陽能熱反射玻璃的主要技術(shù)指標(biāo)見表1。
2．2  低輻射玻璃和多功能鍍膜玻璃
    低輻射玻璃(1LE)、多功能鍍膜玻璃(1MF)又稱保溫鍍膜玻璃，這類材料具有非常大的日光透射率和較小的反射系數(shù)，可讓80％的可見光進(jìn)入室內(nèi)被物體所吸收，同時又能將90％以上的室內(nèi)物體所輻射的長波保留在室內(nèi)。ILE和IkF大大提高了能量的利用率，在寒冷地區(qū)能有選擇地傳輸太陽能量，同時把大部分的熱輻射反射進(jìn)室內(nèi)，因此，在采暖建筑中可起到保溫和節(jié)能的作用。IMF與ILE相比，在熱傳輸控制方面作用相同，但在減少熱進(jìn)入方面IPL伊性能更為優(yōu)越c另外，低輻射玻璃和多功能鍍膜玻璃對不同頻譜的太陽光透過具有選擇性，它能濾掉紫外線，避免室內(nèi)家俱、圖片、藝術(shù)品等因紫外線照射而褪色，還能吸收部分可見光，可起到防眩光的作用，因此，廣泛用于美術(shù)館以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)樓等c低輻射玻璃的保溫作用見圖2。技術(shù)指標(biāo)見表2。

2．3  中空玻璃
    中空玻璃是由2片(或3片)玻璃與空氣層組合而成。有些中空玻璃空氣間層為真空或充惰性氣體，因此具有優(yōu)良  的保溫隔熱與隔聲特性，在國外建筑中大量應(yīng)用。如德國生  產(chǎn)的真空中空玻璃總厚度僅6mm，傳熱系數(shù)僅為1．512W／  (m2，K)，這樣，大大減少了室內(nèi)外通過門窗的熱交換，降低  了建筑采暖空調(diào)能耗，限制了表面的冷凝現(xiàn)象，給人們的工  作、生活提供了舒適的室內(nèi)環(huán)境。
    用不同的鍍膜玻璃或普通透明玻璃的多種組合，能形成  具有特殊性能的中空玻璃，產(chǎn)生出優(yōu)良的隔熱隔音和藝術(shù)效  果，尤其在大型公共建筑門窗、采光天棚中應(yīng)用廣泛。中空玻  璃的熱特性原理見圖3，性能見表3、表4。
  2．4  薄膜型熱反射材料貼膜玻璃
    薄膜型熱反射材料是一種新型功能復(fù)合材料，它不僅能反射較寬頻帶的紅外線，還具有較高的可見光透射率，其光譜特性曲線見圖40由于在透明的PET、PC薄膜上形成晶態(tài)組分和界面組分的金屬膜，因而它具有高反射率、高透射率和選擇性透光特性。例如可見光透射率高達(dá)70％以上，而對太陽光全光譜不同波長反射率在75％以上，在3mm厚普通玻璃上貼一層隔熱膜片后，太陽熱輻射透過減少82．5％，在建筑上有較為廣泛的應(yīng)用前景，是一種良好的節(jié)能材料。
3、建筑門窗和幕墻玻璃的節(jié)能設(shè)計(jì)
    門窗往往是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中保溫、隔熱和節(jié)能的薄弱環(huán)節(jié)。提高建筑玻璃材料的熱工性能，目的是控制窗或幕墻表面溫度冬季過低、夏季過高，節(jié)省采暖或致冷能耗。從國內(nèi)外玻璃材料圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)來看，通常主要采用以下幾種方法：
    (1)根據(jù)建筑的性質(zhì)、使用功能以及建筑所處的氣候環(huán)境條件來設(shè)計(jì)窗、幕墻，對建筑的窗墻比應(yīng)有一定的控制，因?yàn)榇皯裘娣e率直接影響建筑的采光及采暖空調(diào)的能耗，一般窗墻比應(yīng)控制在O．3左右。
    尤其在嚴(yán)寒地區(qū)和炎熱地區(qū)，在設(shè)計(jì)大面積用玻璃門窗和幕墻時，要選擇采光、隔聲、熱工性能良好的新型玻璃材料。根據(jù)不同地區(qū)選擇不同的熱反射玻璃、Low—E復(fù)層玻璃(中空玻璃)以及保溫玻璃等材料。
    (2)根據(jù)建筑日照設(shè)計(jì)原理，合理設(shè)計(jì)窗戶挑糖或遮陽措施，減小玻璃面的日照面積，降低夏季空調(diào)能耗。在進(jìn)行遮陽設(shè)計(jì)時要考慮各個地區(qū)氣候特點(diǎn)，對于冬冷夏熱地區(qū)冬季需要日照，夏季需要遮陽，應(yīng)采用活動式遮陽措施。在設(shè)計(jì)遮陽構(gòu)造時要結(jié)合玻璃門窗、幕墻建筑的整體藝術(shù)效果，材料與顏色進(jìn)行考慮，而且形式要簡單，美觀，便于清洗，安裝。    (3)在寒冷地區(qū)采用大面積玻璃門窗和幕墻時應(yīng)采取保溫措施，防止“熱橋”產(chǎn)生，由于門窗和幕墻框大多為金屬材料，金屬和玻璃材料導(dǎo)熱系數(shù)大，當(dāng)室內(nèi)外溫差大時，應(yīng)注意在門窗、幕墻框架格內(nèi)加熱絕緣材料進(jìn)行保溫，以防止結(jié)露、掛霜，以減少能耗。加在幕墻豎框室內(nèi)外均用熱絕緣橡膠密封條分隔，形成“熱斷橋”后，幕墻不產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，而且視野清晰。
    (4)注意視覺和冷凝現(xiàn)象。當(dāng)采用保溫材料后，如防火材料或保溫隔熱材料接觸熱反射玻璃的背面，或在熱反射玻璃背后使用顏色不均勻的襯熱材料時，在某種光照狀態(tài)下，可能會產(chǎn)生視覺“穿透”現(xiàn)象，看到后面的物體。此外，如果在這些材料與玻璃間有潮氣或冷凝水積聚，也會使玻璃和保溫材料逐漸腐蝕，形成影響外觀的斑點(diǎn)。如圖5所示，采用遮擋結(jié)構(gòu)，制造一個與視覺中空玻璃類似的遮擋中空玻璃，清理視覺穿透現(xiàn)象，又保證了玻璃圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工特性。
    (5)玻璃窗(幕墻)還應(yīng)滿足美觀，經(jīng)濟(jì)，耐久，維修，便于清洗的要求。合理選擇材料和構(gòu)造形式，充分考慮使用的靈活性和非常大限度地減少能耗，因此，對立面分格大小，方向以及玻璃，框格顏色等均要滿足適用、經(jīng)濟(jì)、美觀的要求，使建筑呈現(xiàn)出多姿多彩和富麗堂皇的藝術(shù)效果o
 4、結(jié)  語
    玻璃材料在建筑設(shè)計(jì)中具有重要的作用，除了滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如強(qiáng)度，剛度，風(fēng)壓，抗震和溫度變形等要求外，在節(jié)能設(shè)計(jì)時應(yīng)滿足節(jié)能圍護(hù)結(jié)構(gòu)功能要求，要求建筑師能根據(jù)建筑的使用功能以及我國不同地區(qū)的氣候特點(diǎn)，正確選用各種節(jié)能玻璃材料，創(chuàng)造出新型建筑節(jié)能技術(shù)和設(shè)計(jì)方法。