镀膜玻璃的节能特性及其参数
一、概述
现代建筑，不论是商厦还是住宅，都趋向于大面积采光。但是，普通透明玻璃对太阳能辐射和远红外热辐射没有控制，其面积越大，夏季进入室内的热量越多，冬季室内散失的热量越多。为此，必须对玻璃表面进行处理，于是产生了有节能功能的镀膜玻璃。
早期的镀膜玻璃主要是热反射镀膜玻璃（或称阳光控制膜玻璃），其作用是限制太阳能辐射直接进入室内。用于建筑幕墙玻璃时，除具有亮丽的外观装饰效果外，还可降低冷气设备的运行费用。但这种玻璃与普通玻璃一样，会吸收远红外热辐射而使其自身的温度升高，最终仍有相当部分的热能透过了玻璃，其隔热性能也受到了极大的限制。
选用什么材料？采用何种工艺镀膜才能有效地阻挡远红外热辐射？研究的结果诞生了低辐射镀膜玻璃（简称Low-E玻璃）。这种玻璃的最大特点是将远红外热辐射反射出去，使其不能透过玻璃从而起到节能隔热的作用。因此，目前世界上公认Low-E 玻璃是最理想的窗玻璃材料。
Low-E玻璃在国外已有近二十年的使用历史，我国因受到设备和生产工艺技术方面限制，同时也因节能观念的落后而起步较晚。可喜的是，自南玻集团于1997年推出Low-E玻璃并在全国范围内大力推介后，目前已为众多设计师和用户所认同并采用。规模化采用Low-E玻璃时代已经到来，这必将对我国的建筑节能材料应用产生影响并作出贡献。
关于镀膜玻璃，包括LOW-E玻璃的节能特性，已有许多文章或专著论述过，在大多数文章或企业的产品介绍中都列出了完整的参数，但理解这些参数须具备一定的专业知识。对用户来说更关心的是：哪些参数与节能性直接相关？怎样才能区别不同玻璃之间节能性的优劣？如何根据这些参数选择适用的玻璃？本文拟深入浅出地回答这些问题。
二、热能的形式及窗玻璃组件的传热 1、自然环境中的热能
自然环境中的热能主要是太阳辐射能，其能量的98%分布在0.3至3μm波长之间。除了太阳直接辐射的能量外（能量分布在），还存在着大量的远红外线热辐射
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能，其能量分布在3至40μm波长之间。在室外，这部分热能是由太阳照射到物体上被物体吸收后再辐射出来的，夏季成为来自室外的主要热源之一。在室内，这部分热能是由暖气、家用电器、被阳光照射后的家具及人体所产生的，冬季成为来自室内的主要热源。
需要说明的是，在通常情况下来自室内、室外的热辐射可同时存在，只不过夏季来自室外的热辐射远大于室内的热辐射，而冬季来自室内的热辐射又远大于室外的热辐射。因此，选择玻璃时必须考虑建筑物所处的地理环境，以便所选择的玻璃
能有效地阻挡来自主要热源的热能。
2. 热量的传递过程
照射到玻璃上的太阳辐射能，一部分被玻璃所吸收或反射，另一部分透过玻璃成为直接透过的能量（图1）。
当玻璃吸收太阳能后温度升高，吸收的能量通过与空气对流及向外辐射远红外线（即热辐射）而散失。因此，被吸收的能量最终仍有约50%透过了物体，这可归结为对流传导形式的传递。
对流传导透过 太阳直接辐射透过 图1. 太阳能量透过玻璃示意图 远红外热辐射也能透过物体或被物体所吸收。一般工程材料，例如普通平板玻璃，不能透过远红外热辐射，只能反射它或吸收它，反射和吸收能力因材料而不同。吸收率（=辐射率E）低的物体，则必然反射率高（反射率+吸收率=1），这种物体不易吸收外来的热辐射能量，其隔热性能就好。辐射率E高的物体吸收的热辐射多，
辐射、对流传导透过 图.2 远红外热辐射透过玻璃示意
它再次向外辐射出的热量也多，相当于透过该物体的热量多。因此，远红外热辐射透过物体物体的传热，是通过对流传导传体现的。低辐射玻璃正是限制了这一部分
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的传热。
通过对两类热源传热过程的分析，可将热量的传递可归结为两种方式：辐射直接透过传热、对流传导传热。
3．窗玻璃传热的定量表达
对流传导所传递的热能为Q1，这其中还包括玻璃吸收各波段的辐射后再放出的热量。太阳能直接辐射透过的热能为Q2，这部分热能仅指可见光、近红外辐射直接透过的能量。透过玻璃传递的总热能Q可由下式表示：
Q = U ?（T内—T外） + 太阳辐射系数 ? Sc （式-1） ? ?
Q1对流传导部分 Q2太阳直接辐射部分
U-----玻璃的传热系数，单位为W/m2℃。在相同的室内外温差下，U值越低则通过对流传导传递的热能越少。玻璃的U值与玻璃的辐射率E有关，辐射率E越低U值也越低。降低U值的两种有效方法是：在玻璃表面上镀低辐射膜，或将窗玻璃合成中空玻璃结构。
Sc-----玻璃的遮阳系数，反映玻璃对阳光的遮蔽效果。Sc高则意味着透过玻璃的太阳能多，反之则少。控制玻璃Sc的有效方法是：在玻璃表面上镀膜，或在制造玻璃的过程中加入色剂形成着色玻璃。但着色玻璃属于吸热玻璃，其吸收率偏高因而U值也高，所以它是以增大对流传导传热为代价来降低太阳能直接透过的。
太阳辐射系数-----为一常数630w/m2，可理解为太阳照射到地面的能量强度(注：实际强度为783 w/m2，透过3mm普通白玻璃后为630 w/m2，Sc的定义如此)。
T内—T外---玻璃两侧的温度差，即室内、室外的的温度差。
从上式可看出，玻璃节能性的优劣由U和Sc这两个参数就完全可以判定，但实际上考虑到玻璃的透光率，Sc不可能选的太低，否则室内采光极差。U和Sc是玻璃的重要参数，在产品说明书中一般是给出的。特殊结构的产品如中空玻璃、夹层玻璃等需个别测量并计算得出。中国南玻集团置有测量仪器和计算软件包，可提供实测参数。
根据供应商提供的U、Sc值，及设定室内外的温度条件后，可由上式计算出玻璃的传热量，从而比较各种玻璃的节能特性。
三、 不同玻璃的传热特性及参数 1、 几种玻璃的参数对比
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以下列出几种玻璃的传热系数U、遮阳系数Sc，随后对比说明各自的传热特性及其优劣。其它参数暂不论及。
表-1 几种玻璃的主要光热参数
玻璃名称 单片白玻 白玻中空 单片热反射镀膜 透光率 遮阳系数 玻璃种类、结构 （%） Sc 6c 6c+12A+6c 6 CTS140 89 81 40 37 39 0.99 0.87 0.55 0.44 0.31 传热系数 传热系数 U夏 U冬 22（w/m℃） （w/m℃） 5.74 3.09 5.72 3.04 1.70 6.17 2.75 5.66 2.58 1.66 热反射镀膜中空玻璃 6 CTS140+12A+6c LOW-E中空玻璃 6 CEB12+12A+6c 说明：白玻指普通透明玻璃，6c表示6mm透明玻璃，CTS140是热反射镀膜玻璃型号，CEB12是Low-E玻璃型号。U是ASHERA标准条件下的传热系数。
2、单片透明玻璃
单片透明玻璃的遮阳系数Sc=0.99，这意味着它对阳光辐射阻挡能力很差，绝大部分的太阳辐射热能透过玻璃进入了室内，夏季白天进入室内的太阳辐射热能远大于玻璃向外辐射散发的热能，因此使室内温度升高。
单片透明玻璃的传热系数U冬=6.17 w/m2℃，若室内外温差为25℃，则因对流传导而透过每平方米玻璃的热能就达154瓦。冬季夜间和阴雨天气，由于没有阳光辐射，玻璃吸收室内热辐射后向外散热成为主流，因此使室内温度降低。
即使在冬季的阳光天气，虽然阳光辐射的透过率相当高，但由于室内外温差大，对流传导散热仍是主流，室内大量的热辐射会透过玻璃泄向室外。
3、 透明中空玻璃 (白玻中空)
与单片透明玻璃相比，透明中空玻璃仅改善了对流传导部分的传热，即通过降低U值而使对流传导热Q1减少，但对辐射直接透过和吸收部分没有明显的改善。由于玻璃表面没有镀膜，故U值的降低也是有限的。因此，采用中空玻璃的结构来增加隔热性能只能隔绝一部分的传热，其效果是有限的。
需要说明的是，中空玻璃的U值与其空气层的厚度关系密切，且随厚度的变化比较明显。在空气层小于13mm时，空气层越厚U值越低，在13mm左右达到最低极限，此后U值随厚度增加。这是由于在13mm以上的厚度下，内部空气会形成闭
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环对流，增大了热量的传递。若在中空玻璃中充入Ar气等惰性气体还会更进一步地降低U值。
4、单片热反射镀膜玻璃
热反射镀膜玻璃是在玻璃的表面镀上介质、金属或金属氧化物膜，在使玻璃呈显不同色彩的同时，还具有了新的光、热性能。它的主要作用就是降低玻璃的遮阳系数Sc，限制太阳辐射的直接透过，因此称其为阳光控制玻璃更为确切。由于所镀的膜仍是一般工程材料，故对改善U值没有大的贡献。
在夏季白天和光照强的地区，其隔热作用十分明显，可有效限制进入室内的太阳热能。但在不存在阳光的环境中，如夜晚或阴雨天气，其隔热作用与白玻璃无异。由此可见它不适用于寒冷地区，因为这些地区需要阳光进入室内采暖。在北方寒冷地区采用这种玻璃的唯一目的就是追求装饰效果。
需要指出的是，热反射镀膜玻璃在有效降低Sc的同时，也大大地降低了玻璃的透光率，从而影响到室内的采光。若要提高透光率就不得不损失隔热性，这是个矛盾的选择，而这一矛盾是热反射玻璃镀膜玻璃所无法解决的。
5、热反射中空玻璃
将热反射镀膜玻璃合成中空玻璃后，可集两种优点于一身，即不但对太阳直接辐射有所控制，同时也限制了对流传导传热。这种玻璃结构是一种比较理想的搭配，基本上可适用于我国的绝大部分地区。需要说明的是，这种玻璃U值的降低是通过中空玻璃结构实现的，因而也是有限的。
6、LOW-E中空玻璃
Low-E玻璃的表面辐射率低E?0.15、红外线(热辐射)反射率高，这意味着它同室内外空气接触后吸热少、升温低、再放出的热量少，即隔热性能好；仅单片LOW-E玻璃的U值就低于热反射玻璃，合成LOW-E中空玻璃后这一优势更加突出，因此这是最理想的玻璃结构搭配。
Low-E玻璃的另一特点是透光率偏高(33%～72%)，而遮阳系数Sc选择范围大（0.25～0.68）。与热反射玻璃相比，在同样的透光率下Low-E玻璃具有更低的Sc，这解决了热反射玻璃所遇到的矛盾，即在保证室内高透光的前提下不损失隔热性（见表-1）。
冬季Low-E玻璃可有效地阻止室内暖气和人体发出的热辐射泄向室外，夏季则可有效地阻挡室外道路及建筑物发出的热辐射进入室内。Low-E玻璃的这种阻挡热
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镀膜玻璃的隔热特性及其参数
