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1 引言
我國(guó)是世界上年新建建筑量最大的國(guó)家，每年約有20億m2 新建筑竣工，消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤約6億t，建筑能耗占國(guó)家總能耗的30%左右。建筑在CO2排放總量中，幾乎占了50%。目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)建筑還都屬于高能耗建筑，民用建筑和公共建筑單位能耗水平是歐洲的4 倍、美國(guó)的3 倍。中國(guó)既有400 多億平方米的建筑中，90%以上用的是不節(jié)能的玻璃。另外，數(shù)十億平方米的公共建筑和數(shù)以千萬(wàn)平方米的玻璃幕墻，絕大多數(shù)用的也是非節(jié)能單片玻璃或普通的雙層玻璃。
在世界能源越來(lái)越緊張的今天，建筑節(jié)能日益受到各國(guó)的重視，建筑節(jié)能在滿足建筑環(huán)境要求的基礎(chǔ)上降低運(yùn)行能耗，已經(jīng)成為建筑可持續(xù)發(fā)展的重要課題。低輻射(Low-E)中空玻璃由于具有優(yōu)異的節(jié)能和環(huán)保特性，在眾多的節(jié)能玻璃中脫穎而出，是目前最具潛力的建筑節(jié)能玻璃。
2 Low- E 中空玻璃的節(jié)能原理
窗玻璃的熱量傳遞方式有3 種，即對(duì)流傳熱、熱傳導(dǎo)和輻射傳熱。Low-E 中空玻璃的傳熱過(guò)程見(jiàn)圖1。其傳熱過(guò)程主要包括以下幾個(gè)方面：(1)室外環(huán)境與構(gòu)件外表面的輻射與對(duì)流;(2)各層玻璃板內(nèi)部的熱傳導(dǎo);(3)中空腔內(nèi)氣體的導(dǎo)熱和對(duì)流;(4)中空腔玻璃板之間的輻射;(5)構(gòu)件內(nèi)表面與室內(nèi)環(huán)境的輻射與對(duì)流。
與普通單片玻璃相比，一方面，由于中空玻璃具有導(dǎo)熱系數(shù)較低的充氣層，可以增加玻璃傳熱阻抗，減小總的熱傳導(dǎo)，降低傳熱系數(shù)(U);另一方面，由于中空玻璃其內(nèi)部氣體處于一個(gè)封閉的空間，氣體不產(chǎn)生對(duì)流，而且氣體的導(dǎo)熱系數(shù)很低，因而對(duì)流和傳導(dǎo)在中空玻璃的能量傳遞中占的比例較小，而輻射傳熱則是影響中空玻璃節(jié)能的重要因素。與普通玻璃0.84的輻射率相比，Low- E 玻璃的輻射率只有0.15 或更低，使用Low- E 膜玻璃替代普通中空玻璃，可以極大地降低玻璃的輻射傳熱，進(jìn)而降低中空玻璃的傳熱系數(shù)。
另外，采用Low- E 玻璃還可以獲得適當(dāng)?shù)恼陉?yáng)系數(shù)(Sc)，優(yōu)化陽(yáng)光得熱率與可見(jiàn)光透過(guò)率，最大限度地利用陽(yáng)光資源。
3 Low- E 中空玻璃的節(jié)能性分析
3.1 玻璃的遮陽(yáng)系數(shù)和傳熱系數(shù)
在玻璃的節(jié)能特性指標(biāo)中，最主要的就是遮陽(yáng)系數(shù)(Sc)和傳熱系數(shù)(U)這兩項(xiàng)性能參數(shù)。Sc 直接反映玻璃對(duì)太陽(yáng)的遮蔽效果，它體現(xiàn)的是玻璃的隔熱性能。Sc 值高意味著透過(guò)玻璃進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射多，玻璃的隔熱性能差。U是反映玻璃的溫差傳熱特性，它體現(xiàn)的是玻璃的保溫性能。在相同的室內(nèi)外溫差下，U 值低意味著玻璃因溫差傳熱而傳遞的熱能少，玻璃保溫性能好。以6 mm單片白玻、6 mm中空白玻、6 mm單銀Low- E中空白玻和6 mm雙銀Low- E中空白玻為例, 其Sc 和U 值見(jiàn)表1。
3.2 玻璃的節(jié)能效果比較
夏季，白天通過(guò)玻璃傳入室內(nèi)的熱量計(jì)算公式為：
Q夏=U夏×△T夏+Io×Sc
式中，Q 夏為夏季傳入室內(nèi)的熱量;U 夏為玻璃夏季的傳熱系數(shù);△T 夏為夏季的室內(nèi)外的溫差; Io為太陽(yáng)輻照度(取630W/m2);Sc為玻璃遮陽(yáng)系數(shù)。冬季，夜間通過(guò)玻璃傳入室內(nèi)的熱量計(jì)算公式為：
Q冬=U冬×△T冬
式中，Q 冬為冬季傳入室內(nèi)的熱量;U 冬為玻璃冬季的傳熱系數(shù);△T 冬為冬季的室內(nèi)外的溫差。假定上海某建筑使用的玻璃為10 000 m2;夏季使用空調(diào)制冷100d，空調(diào)制冷溫度設(shè)定為26 ℃，夏季室內(nèi)外溫差取10 K;冬季使用空調(diào)制熱120d，空調(diào)制熱溫度設(shè)定為18 ℃，冬季室內(nèi)外溫差取20 K;每天空調(diào)運(yùn)行10 h。通過(guò)上述公式，計(jì)算6 mm單片白玻、6 mm中空白玻、6 mm 單銀Low- E 中空白玻和6 mm雙銀Low- E 中空白玻的節(jié)能效果，見(jiàn)圖2。
從圖2 中的計(jì)算數(shù)據(jù)可知，采用雙銀Low- E 中空玻璃的節(jié)能效果最佳，與采用單片玻璃和普通中空玻璃相比，每年分別可節(jié)約電能約55%和43%。
4 Low- E 中空玻璃的環(huán)保性分析
通過(guò)上述的分析和數(shù)據(jù)顯示，Low- E 中空玻璃有著非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益和建筑節(jié)能效果。從環(huán)保性分析，假定單位發(fā)電量所需消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤以0.41kg/kW·h計(jì)算，按圖2 的計(jì)算結(jié)果顯示，與單片玻璃相比，采用雙銀Low-E 中空玻璃每年可節(jié)約用電43153kW·h，相當(dāng)于減少約17692 t 標(biāo)準(zhǔn)煤的燃燒。眾所周知，煤的燃燒會(huì)造成環(huán)境的嚴(yán)重污染，每燃燒1 t 標(biāo)準(zhǔn)煤，就會(huì)向大氣中排放CO2 2.29 t，NOx0.007 6 t，SO2 0.015 t，煙塵0.0087 t。由此可以算出，采用Low- E 中空玻璃之后，可減少向大氣排放有害物質(zhì)的數(shù)量，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。
從以上計(jì)算數(shù)據(jù)可以看出，通過(guò)使用Low-E 中空玻璃，可以減少煤炭的消耗，從而減少CO2、SO2、NOx、煙塵等污染物的排放，對(duì)改善環(huán)境質(zhì)量具有十分積極的作用。
5 結(jié)語(yǔ)
目前，我國(guó)建筑門(mén)窗的能耗占建筑圍護(hù)部件總能耗的40%~50%。2008 年4 月1 日，新《節(jié)約能源法》全面實(shí)施，新的節(jié)能法在法律層面將節(jié)約資源確定為我國(guó)的基本國(guó)策。國(guó)家“十二五”規(guī)劃提出，建筑業(yè)要推廣綠色建筑、綠色施工，著力采用先進(jìn)建筑材料、信息技術(shù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)和服務(wù)模式。到“十二五”期末，我國(guó)建筑產(chǎn)品施工過(guò)程的單位增加值能耗要下降10%，新建工程要100%符合國(guó)家節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)“十二五”期間建筑節(jié)能的艱巨目標(biāo)，使用Low- E 中空節(jié)能玻璃降低建筑物能耗勢(shì)在必行。
