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引言
建筑玻璃（詞條“建筑玻璃”由行業(yè)大百科提供）是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，普通玻璃由于自身的絕熱性能差，由建筑玻璃門（詞條“玻璃門”由行業(yè)大百科提供）窗造成的建筑能耗占建筑總能耗的50%以上，顯著影響了建筑室內(nèi)熱環(huán)境（詞條“室內(nèi)熱環(huán)境”由行業(yè)大百科提供）和舒適性：在冬季供暖條件下，由于普通玻璃較高的傳熱系數(shù)造成室內(nèi)熱量損失，增加供熱負(fù)荷;夏季則因太陽(yáng)輻射熱的透過，造成室內(nèi)太陽(yáng)輻射得熱而消耗空調(diào)的制冷量，增加制冷負(fù)荷。因此建筑玻璃的節(jié)能成為建筑節(jié)能的關(guān)鍵所在。
目前市場(chǎng)上主要的節(jié)能玻璃包括：熱反射玻璃、吸熱玻璃、低輻射玻璃、中空玻璃等。納米隔熱涂膜玻璃是近幾年出現(xiàn)的新型節(jié)能玻璃，以其良好的可見光透過率和紅外線阻隔率，實(shí)現(xiàn)了高透和遮陽(yáng)（詞條“遮陽(yáng)”由行業(yè)大百科提供）兩者的兼顧，已經(jīng)成為既有建筑及新建建筑玻璃幕墻節(jié)能改造的重要手段。此外，隨著國(guó)家對(duì)建筑節(jié)能要求的日益提高，部分北方地區(qū)及夏熱冬冷地區(qū)已經(jīng)率先實(shí)施建筑節(jié)能65%標(biāo)準(zhǔn)，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的節(jié)能效果是實(shí)現(xiàn)節(jié)能65%的重要途徑，納米隔熱涂膜玻璃的應(yīng)用為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中建筑玻璃門窗的節(jié)能性能提升提供了一種新方法。本文即從納米隔熱涂膜玻璃的節(jié)能原理、性能優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)方面進(jìn)行分析，以期為建筑節(jié)能玻璃的選材提供指導(dǎo)。
1 納米隔熱涂膜玻璃的節(jié)能原理
太陽(yáng)輻射的主要能量集中在0.2~2 μm 的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，其中各波段能量占太陽(yáng)總輻射能的比重見表1。
由表1 可知，可見光與紅外光波段能量約占整個(gè)太陽(yáng)輻射能量的90%以上，因此，減少近紅外區(qū)段和可見光區(qū)段的太陽(yáng)輻射能量進(jìn)入室內(nèi)是夏季建筑節(jié)能的重要手段。與此同時(shí)，建筑玻璃本身的透明性決定了玻璃除應(yīng)具有較好的節(jié)能效果以外，還應(yīng)具備增強(qiáng)室內(nèi)自然采光的功能，因此，在阻隔紅外線進(jìn)入室內(nèi)的同時(shí)必須保證必要的可見光透過，才不至于因采光損失造成室內(nèi)照明能耗的增加。因此，最理想的夏季節(jié)能方式應(yīng)為高透遮陽(yáng)。
能量的傳遞方式有輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流（詞條“對(duì)流”由行業(yè)大百科提供）3種，在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，熱量通過玻璃的進(jìn)出同樣也包括以上三種方式。納米隔熱涂膜玻璃節(jié)能機(jī)理主要是利用涂膜中均勻分布的納米半導(dǎo)體合金粉體對(duì)太陽(yáng)光譜的選擇透過性，即反射、吸收太陽(yáng)光譜中的紅外線而不阻擋可見光透過。因此保證室內(nèi)可見光充分透過的同時(shí)，減少太陽(yáng)輻射熱量進(jìn)入室內(nèi)。納米隔熱涂膜玻璃與普通玻璃相比，對(duì)太陽(yáng)光譜選擇透過性如圖1。在波長(zhǎng)0.76~2.5μm 的范圍內(nèi)，納米隔熱涂膜玻璃具有較強(qiáng)的紅外阻隔作用;而在可見光波長(zhǎng)范圍內(nèi)，透過率高達(dá)80%，與普通玻璃相差不大，從而保證了可見光的透過。
2 幾種節(jié)能玻璃熱工性能模擬計(jì)算
本文采用美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LBNL)開發(fā)的windows6.3 和optics5 軟件，選取中國(guó)玻璃數(shù)據(jù)庫(kù)中典型節(jié)能玻璃與納米隔熱涂膜玻璃進(jìn)行光學(xué)熱工性能對(duì)比分析。首先按照J(rèn)GJ/T151-2008《建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程》的規(guī)定設(shè)定模擬計(jì)算的邊界條件。
2.1 冬季計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)條件
室內(nèi)空氣溫度Tin=20℃，室外空氣溫度Tout=0℃;
室內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)hc,in=3.6W/(m2·K)，室外對(duì)流換熱系數(shù)hc,out=20W/(m2·K);
室內(nèi)平均輻射溫度Trm,in=Tin，室外平均輻射溫度Trm,out=Tout;
太陽(yáng)輻射照度Is=300W/m2。
2.2 夏季計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)條件
室內(nèi)空氣溫度Tin=25℃，室外空氣溫度Tout=30℃;
室內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)hc,in=2.5W/(m2·K)，室外對(duì)流傳熱系數(shù)hc,out=16W/(m2·K);
室內(nèi)平均輻射溫度Trm,in=Tin，室外平均輻射溫度Trm,out=Tout;
太陽(yáng)輻射照度Is=500W/m2。
計(jì)算傳熱系數(shù)時(shí)應(yīng)采用冬季標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算條件，同時(shí)取Is=0W/m2。計(jì)算遮陽(yáng)系數(shù)、太陽(yáng)能總透射比應(yīng)采用夏季標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算條件。
分別計(jì)算不同種類單片玻璃的光學(xué)熱工性能，所選樣品規(guī)格依次為：①5 mm 普通玻璃;②5 mm 納米隔熱涂膜玻璃II 型(記作TMII);③5 mm 熱反射玻璃（詞條“反射玻璃”由行業(yè)大百科提供）即陽(yáng)光控制玻璃;④5 mm 吸熱玻璃;⑤5 mmLow-E 玻璃，模擬計(jì)算其可見光透射比、太陽(yáng)能總透射比、傳熱系數(shù)、遮陽(yáng)系數(shù)，從而對(duì)比分析不同節(jié)能玻璃的光學(xué)性能(見表2)。
由表2 可以看出：①各種節(jié)能玻璃的可見光透射比與遮陽(yáng)系數(shù)的變化趨勢(shì)一致，即隨著遮陽(yáng)系數(shù)的降低，其可見光透射比值也降低。②對(duì)于熱反射玻璃和吸熱玻璃，兩者的遮陽(yáng)系數(shù)均在0.6 左右，與納米隔熱涂膜玻璃遮陽(yáng)效果相較并無太大優(yōu)勢(shì)，但前兩者的可見光透射比值分別為涂膜玻璃的68.5%和34.2%，說明這兩類玻璃不能實(shí)現(xiàn)遮陽(yáng)與高透的兼顧，在阻擋熱量進(jìn)入的同時(shí)增加了室內(nèi)照明負(fù)荷，綜合節(jié)能效果顯著降低。③涂膜玻璃與普通玻璃進(jìn)行比較可知，涂膜玻璃遮陽(yáng)系數(shù)是普通白玻的68%，可見光的損耗相當(dāng)于在普通玻璃基礎(chǔ)上降低22%。因此涂膜玻璃作為單片玻璃使用時(shí)，具有透明和節(jié)能兼顧的作用。④針對(duì)納米隔熱涂膜玻璃高透遮陽(yáng)的特點(diǎn)，特別適合在有遮陽(yáng)要求的廣大南方地區(qū)進(jìn)行推廣和使用。
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