建筑节能玻璃膜提高建筑节能效果

1.应用背景 　　目前，在国家节能减排政策的大力推动下，我国对新建建筑的节能材料应用和既有建筑节能改造的力度进一步加大，其中，玻璃门窗作为建筑中的薄壁围护结构（词条“围护结构”由行业大百科提供），起到采光和通风的动能。但是，正因为玻璃这种材料的特殊性，使之成为建筑使用上最大的能源薄弱环节。经多家权威机构论证，通过玻璃门窗损失的能量在建筑使用能耗中达到40%的比例，因此，对玻璃采取节能措施正成为迫在眉捷的任务，研发和应用玻璃节能新技术具有重大意义。 　　2.玻璃耗能的成因及计算 　　2.1玻璃耗能的成因 　　众所周知，普通玻璃对太阳光的辐射（词条“辐射”由行业大百科提供）只具有少量阻隔作用。太阳光中的紫外线、可见光、中近红外线波段均可高比例地透过玻璃。由于可见光的高比例透过，使玻璃具有了采光功能。同时由于大量中近红外热量的直接透过，给室内夏季空调制冷带来了额外的负荷，而造成新的制冷能耗(太阳光中能量在每个波段的分布是，紫外线占3%，可见光占44%，红外线占53%)。 　　玻璃作为一种薄壁的轻质围护结构材料，它的导热率相对要远远高于其他围护结构材料，如混凝土、砖块等。这使得冬季在室内采暖时会有更多的热量通过玻璃传至室外而造成采暖能量过多的损耗。 　　2.2玻璃在夏季及冬季耗能的计算 　　玻璃在夏季因太阳辐射而进入室内的每平米每小时的热量Q=△t* k+630Sc(△t为室内外的温差，K为玻璃的传热系数，Sc为玻璃的遮阳系数，630为夏季的太阳常数)。那么以南方地区既有建筑的6mm单玻(K=5.8W∕m2·h ，Sc=0.93)为例,室内空调制冷控制在26℃，室外气温在36℃的情况下,透过玻璃进入室内的热量: 　　Q单玻 = 643.9W∕m2·h 　　透过(6+12A+6)的中空玻璃(K=3.0W∕m2·h，Sc=0.83)的热量： 　　Q中空（词条“中空”由行业大百科提供） = 10*3+630*0.83=552.9w∕m2·h 　　玻璃在冬季采暖所损失的热量Q=△t* K，同样以6mm单玻为例，采暖室温控制在20℃。 　　夏热冬冷地区的温差△t设定在20℃。 　　Q单玻 = 20*5.8=116W∕m2·h 　　寒冷地区的温差△t设定在30℃。 　　Q单玻= 30*5.8=174W∕m2·h 　　严寒地区的温差△t设定在40℃ 　　Q单玻= 40*5.8=232W∕m2·h 　　6+12A+6的中空玻璃采暖所损失的热量。 　　夏热冬冷地区：Q=20*3.0=60W∕m2·h 　　寒冷地区：Q=30*3.0=90W∕m2·h 　　严寒地区：Q=40*3.0=120W∕m2·h 　　3.玻璃节能的方法 　　从上面的计算公式可以看出，影响玻璃耗能，抛开外界环境因素造成的温差不谈，主要因素是玻璃的遮阳系数和传热系数。尤其是夏季，降低传热系数对室内空调制冷的负荷影响很小，主要取决于玻璃的遮阳系数。而冬季，降低传热系数是有效控制室内热量流失的有效措施。因此，降低Sc和K值就可以达到玻璃节能的效果了。 　　我们先从降低玻璃的Sc值说起。目前传统的方法有降低可见光进入而阻隔部分可见光所带有的热量(如茶色玻璃等)，虽然这种玻璃是在一定程度上降低了Sc，但由于未能有效的阻隔太阳光中含有的热能比例最高的中近红外线，进入室内的热量必然很多，而且由于阻隔了大部分的可见光，使玻璃的采光性能降低而使室内产生新的采光电能;另外一种减少玻璃Sc值的传统方法是在玻璃上镀上一层阳光控制金属膜，可以有效地阻隔各波段的太阳光，高端的产品也可以达到较高的可见光透过率，这是目前最常用的方法。 　　那么有没有一种新的技术来使玻璃既能保持很好的采光性能，又能最大限度地阻隔太阳光中的中近红外、紫外波段，同时又要兼顾经济适用性呢?答案是肯定的，北京化工大学和池州英派科技有限公司联合承担的“863”计划项目——建筑节能玻璃膜是一种新型的建筑门窗玻璃及玻璃幕墙节能的有效材料。该技术采用纳米金属氧化物（词条“金属氧化物”由行业大百科提供）为材料，利用材料的纳米效应，让太阳光中的可见光波段达81.5%的透过率，同时对紫外线有99%以上的阻隔率，对中近红外线有90%的阻隔率，这样在室内采光少受影响的前提下，最大程度地阻隔了影响空调制冷负荷的中近红外线的热量进入室内，从而大大提高了空调效率。由于该材料对中、近红外均有极高的阻隔作用，也可以起到冬季采暖时的中、近红外热量的向室外流失，实现保温功能。(经过实际应用实验和对不同中近红外阻隔功能膜的传热系数检测，证明冬季采暖时有较高比例的中近红外存在)根据“国家安全玻璃及石英玻璃质量监督检验中心”及具有国家认证的检测机构检测，该产品的光学及节能性如下： 名称 可见光透射比(%) 遮阳系数Sc
传热系数K(W/m<sup>2·k) 6mm贴膜玻璃 70 0.58 4.9 60 0.52 4.9 50 0.46 4.9 40 0.35 4.9 6+12A+6贴膜

2.4
　　从检测数据看出，该技术对玻璃的节能有限大的贡献，由于是自主研发的新技术、新工艺，产品的成本仅为市场高档进口同类膜的1/4-1/8。 　　4.建筑节能玻璃膜在新建建筑及既有建筑节能设计中的应用 　　4.1新建建筑中的应用 　　根据上述检测报告中的Sc值及K值，在夏热冬冷地区及寒冷地区，这二个指标完全符合建筑节能设计标准，可以直接应用。 　　4.2既有建筑节能改造中的应用 　　先从夏热冬暖和夏热冬冷地区说起，因这两种地区中，既有建筑中有大量的单玻存在，那么先对比一下，6mm普通玻璃和6mm贴膜玻璃的情况。从前面已经得出，夏天6mm普通玻璃进入室内的热量为643.9W∕㎡·h，6mmm贴膜玻璃的Q=△t·k+630Sc=10*4.9+630*0.52(按可见光70%的透过率计算)=376.6W∕㎡·h,那么可以计算出贴膜玻璃可以减少267.3W/㎡·h的热量进入室内，节能比例为41.5%。 　　冬天6mm单玻流失的热量Q=116W/W/㎡·h，6mm贴膜玻璃流失的热量Q=△t·k=20*4.9=98 W/m2·h，可以减少18W/m2·h的热量损失，节能比例为15.5%。夏热冬冷地区夏季制冷期为4个月冬季采暖期为4个月计算，6mm普通玻璃全年的能耗为643.9*24*120+116*24*120=2188512W/㎡·h，而6mm贴膜玻璃全年的能耗为376.6*24*120+98*24*120=1366848 W/m2·h，全年可减少能耗821664 W/m2·h ，节能率为37.5%，按玻璃能耗占建筑使用能耗的40%计算，6mm普通玻璃经贴膜改造后可以有15%的节能率。 　　同样计算，6+12A+6普通中空玻璃贴膜改造的节能率: 　　夏天：Q贴膜= △t·k+630Sc=10*24=630*0.51 =345.3 W/m2·h 　　Q中空 = 552.9 W/m2·h 　　冬天：Q贴膜 = 20*2.4 = 48 W/m2·h 　　Q中空 = 20*3=60 w/m2·h 　　计算出，6+12A+6普通中空玻璃经贴膜改造后的节能率为14.3%。 　　从以上论述中，可以看出既有建筑中无论是单玻或普通中空仅贴膜这一项改造，可以为既有建筑带来近15%的节能率，而且贴膜省时，安装方便，无须拆装窗框，更换玻璃，在改造过程中无须让居民搬迁安置。随着国家及社会对建筑节能的重视，门（词条“门”由行业大百科提供）窗玻璃及幕墙玻璃的节能设计、选材正成为工程验收的一种强制性标准。从节能、安全、等方面综合考虑，建筑门窗及幕墙玻璃贴膜是一种最好的选择，特别是现有建筑的节能改造，玻璃贴膜无疑有它独到的优势。根据发达国家的经验来看，建筑玻璃贴膜是建筑玻璃节能的发展趋势。 　　(作者：1.北京化工大学 陈建峰;2.池州英派科技有限公司 孙剑波 马高峰)</sup>