中空玻璃节能性能影响因素分析
摘要：本文通过对各种类型中空玻璃的传热系数的研究，分析了原片组合、间隔类型、使用环境等各方面的相关因素对中空玻璃节能指标的影响趋势及程度。

在此基础上，探讨了建筑和生产设计中，应正确选用的、能达到最佳节能效果的中空玻璃组合方式及使用条件。

[关键词] 中空玻璃传热系数建筑节能
一、建筑节能对玻璃性能的要求
在影响建筑能耗的门窗、墙体、屋面、地面四大围护部件中，门窗的绝热性能最差，是影响室内热环境质量和建筑节能的主要因素之一。

据统计，在采暖或空调的条件下，冬季单玻窗所损失的热量约占供热负荷的30%~50%，夏季因太阳辐射热透过单玻窗射入室内而消耗的冷量约占空调负荷的20%~30%。

因此，增强门窗的保温隔热性能，是改善室内热环境质量和提高建筑节能水平的重要环节。

二、中空玻璃节能特性的基本指标
在建筑用中空玻璃诸多的性能指标中，能够用来判别其节能特性的主要有传热系数K和太阳得热系数SHGC。

中空玻璃的传热系数K是指在稳定传热条件下，玻璃两侧空气温度差为1℃时，单位时间内通过1平方米中空玻璃的传热量，以W/m2K 表示。

K值越低，说明中空玻璃的保温隔热性能越好，在使用时的节能效果越显著。

太阳得热系数SHGC是指在太阳辐射相同的条件下，太阳辐射能量透过窗玻璃进入室内的量与通过相同尺寸但无玻璃的开口进入室内的太阳热量的比率。

玻璃的SHGC值增大时，意味着可以有更多的太阳直射热量进入室内，减小时则将更多的太阳直射热量阻挡在室外。

SHGC值对节能效果的影响是与建筑物所处的不同气候条件相联系的，通常温带地区的使用的建筑中空玻璃的节能指标主要考虑传热系数K，在这里我们主要探讨K值对中空玻璃节能的影响。

三、节能指标的影响因素分析
1、玻璃的厚度：中空玻璃的传热系数，与玻璃的热阻（玻璃的热阻为1mK/W）和玻璃厚度的乘积有着直接的联系。

当增加玻璃厚度时，必然会增大该片玻璃对热量传递的阻挡能力，从而降低整个中空玻璃系统的传热系数。

对具有12 mm空气间隔层的普通中空玻璃进行计算，当两片玻璃都为3mm白玻时，K=2.745W/m2K，都为10mm白玻时，K=2.64 W/m2K，降低了3.8%左右，且K
值的变化与玻璃厚度的变化基本为直线关系。

从计算结果也可以看出，增加玻璃厚度对降低中空玻璃K值的作用不是很大，8+12+8的组合方式比常用的6+12+6组合K值仅降低0.03 W/m2K，对建筑能耗的影响甚微。

由吸热玻璃或镀膜玻璃组成的中空系统，其变化情况与白玻相近，所以在下面的其它因素分析中将以常用的6mm玻璃为主。

2、玻璃的类型：
组成中空的玻璃类型有白玻、吸热玻璃、阳光控制镀膜、Low-E玻璃等，玻璃被热弯、钢化后的光学热工特性会有微小的改变，但不会对中空系统产生明显的变化，所以此处仅分析未进行深加工的玻璃原片。

不同类型的玻璃，在单片使用时的节能特性就有很大的差别，当合成中空时，各种形式的组合也会呈现出不同的变化特性。

但在相同厚度的情况下，组成中空玻璃时传热系数K值是相同的。

Low-E玻璃是一种对波长范围4.5~25微米的远红外线有很高反射比的镀膜玻璃。

在我们周围的环境中，由于温度差引起的热量传递主要集中在远红外波段上，白玻、吸热玻璃、阳光控制镀膜玻璃对远红外热辐射的反射率很小，吸收率很高，吸收的热量将会使玻璃自身的温度提高，这样就导致热量再次向温度低的一侧传递。

与之相反，Low-E玻璃可以将温度高的一侧传递过来的80%以上的远红外热辐射反射回去，从而避免了由于自身温度提高产生的二次热传递，所以Low-E玻璃具有很低的传热系数。

各种类型玻璃节能特性对比见表1.
表1
3、间隔气体的类型
中空玻璃的导热系数比单片玻璃低1半左右，这主要是气体间隔层的作用。

中空玻璃内部充填的气体除空气以外，还有氩气、氪气等惰性气体。

由于气体的导热系数很低（空气0.024W/mK；氩气0.016W/mK），因此极大地提高了中空玻璃的热阻性能。

6+12+6的白玻中空组合，当充填空气时K值约为2.7 W/m2K，充填90%氩气时K值约为2.55 W/m2K，充填100%氩气时约为2.53 W/m2K，充填100%氪气时K值约为2.47 W/m2K。

两种惰性气体相比，氩气在空气中的含量丰富，提取比较容易，使用成本低，所以应用较为广泛。

4、气体间隔层的厚度：
常用的中空玻璃间隔层厚度为6mm、9mm、12mm等。

气体间隔层的厚薄与传热阻的大小有着直接的联系。

在玻璃材质、密封构造相同的情况下，气体间隔层越大，传热阻越大。

但气体层的厚度达到一定程度后，传热阻的增长率就
很小了。

因为当气体层厚度增达到一定程度后，气体在玻璃之间温差的作用下就会产生一定的对流过程，从而减低了气体层增厚的作用。

如图2所示，气体层从1mm增加到9mm时，白玻中空充填空气时K值下降37%，Low-E中空玻璃充填空气时K值下降53%,充填氩气时下降59%。

从9mm增加到13mm时，下降速度都开始变缓。

13mm以后，K值反而有轻微的回升。

所以，对于6mm厚度玻璃中空组合，超过13mm的气体间隔层厚度再增大不会产生明显的节能效果。

从图2中我们也可以看出，气体间隔层增加时，Low-E中空玻璃K值的下降速度比普通中空玻璃要快。

这种特性使得在组成三玻中空玻璃时，如果必须采用两个气体层不一样厚度的特殊组合时，Low-E部位的间隔层厚度应不小于白玻部位的间隔层厚度。

例如，6mm玻璃中空组合时，白玻+6mm+白玻+12mm+Low-E的K值为1.48 W/m2K；白玻+9mm+白玻+9mm+Low-E的K值为1.54W/m2K；白玻+12mm+白玻+6mm+Low-E的K值为1.70W/m2K。

5、间隔条的类型：
中空玻璃边部密封材料的性能对中空玻璃的K值有一定影响。

通常情况下，大多数间隔使用铝条法，虽然重量轻，加工简单，但其导热系数大，导致中空玻璃的边部热阻降低。

在室外气温特别寒冷时，室内的玻璃边部会产生结霜现象。

以胶条为代表的暖边密封系统具有更优异的隔热性能，大大降低了中空玻璃边部的传热系数，有效地较少了边部结霜现象，同时可以将白玻中空的中央K 值降低5%以上，Low-E中空的中央K值降低9%以上。

各种边部密封材料的导热系数见表2.
表2
6、中空玻璃的安装角度：
一般情况下，中空玻璃都是垂直放置使用，但目前中空玻璃的应用范围越来越广泛，如果应用于温室或斜坡屋顶时，其角度将会发生改变。

当角度变化时，内部气体的对流状态也会随之而改变，这必将影响气体对热量的传递效果，最终导致中空玻璃的传热系数发生变化。

以常用的6+12+6白玻空气填充组合形式为例，图3显示了不同角度的中空玻璃K值变化情况（注：受不同角度范围采用不同的计算公式影响，图中数据仅供分析参考），常用的垂直放置（90°）状态K值为2.70W/m2K，水平放置（0°）时K值为3.26 W/m2K，增加了21%。

所以，当中空玻璃被水平放置使用时，必须考虑K值变大对建筑节能效果的影响。

但应注意图3中的K值变化趋势是指在室内温度大于室外温度的环境条件下，相反条件时变化并不明显。

四、结束语
中空玻璃的广泛应用大大促进了建筑节能的发展步伐，同时建筑节能标准要求的逐步提高也必将促使中空玻璃不断实现更加优良的节能特性。

通过以上对中空玻璃的原片组合、间隔类型、使用环境的详细数据分析可以得出，影响中空玻璃节能特性的重要因素是玻璃原片的类型和间隔层的厚度及种类。

其中，Low-E玻璃以其优异的光学热工特性使中空玻璃的节能效果得到了很大提高。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。