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Low-E玻璃在节能减排领域的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-06-11  来源:中国知网  浏览次数:1664
核心提示:玻璃是重要的建筑材料,当前建筑行业的发展对建筑物装饰性的要求不断提高,使得玻璃在建筑中的使用量也不断增大。当今社会,除
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       玻璃是重要的建筑材料,当前建筑行业的发展对建筑物装饰性的要求不断提高,使得玻璃在建筑中的使用量也不断增大。当今社会,除了考虑建筑的美学和外观特性外,建筑内的舒适度也越来越被重视,特别是在国家大力推进节能减排的大环境下,建筑的热量控制、制冷成本和内部阳光投射舒适平衡等被提到一个重要的高度。低辐射玻璃(Low-E玻璃)作为建筑用玻璃的一个最重要的特征:它可以最小化甚至消除建筑对空调系统的依赖,降低建筑的运行成本,同时节约能源。

在气候炎热地区,Low-E玻璃可以减少太阳热量的吸收,有助于控制眩光;在温带地区,它可以限制室内热量的散发,保持室内温度。Low-E玻璃也可以为任何日照热量过量的建筑如幕墙、玻璃走廊和暖房等解决热量平衡问题。

1 当前建筑领域节能减排现状及目标

        二氧化碳非必要排放的主要原因之一是居民建筑以及商用建筑为了保持室内舒适温度而对能源的过度使用。在如今的大型建筑中,空调系统必不可少,而且未来的需求也会继续增加。这不仅仅是由于在大型建筑(写字楼、政府机构等)
中工作的人越来越多,也是因为全球变暖导致外部环境温度增加,人们对室内舒适度提出了更高的要求。对于居住环境来说,越来越多的人选择使用空调来保持室内的舒适温度,特别是在大城市,通过开窗来调节室内温度会给室内带来很多噪声和灰尘,所以大部分人选择关闭窗户使用空调来调节室内温度。空调系统改善了人们的居住和工作环境,对工业的发展和经济的进步也起到了积极的作用,但同时也带来了更多的二氧化碳排放和能源消耗。所以要平衡二者的关系,关键是减少不必要的能源消耗,使其消耗最小化。要达到这一目的,可以通过提高空调系统的效率来实现,但另外一个行之有效的方法是减少空调的浪费性消耗,例如空调需要调节由于自然光照射产生的温度增加。

我国是一个能源相对匮乏的国家,能源的人均占有量很低,而建筑能耗已占到全国总能耗的27.5%左右。数据显示,我国每建成1 m 的房屋,约释放出0.8 t CO 。房地产业、建筑业在碳排放占的比重达到了50%~60%,显然已成为减排二氧化碳的“重灾区” 。减排二氧化碳,绿色建筑已成为国际建筑界主流发展方向。国家《“十二五”建筑节能专项规划》提出:“试点夏热冬冷地区节能改造。以建筑门窗、遮阳、自然通风等为重点,在夏热冬冷地区进行居住建筑节能改造试点,探索该地区适宜的改造模式和技术路线。”2013年国务院《关于加快发展节能环保产业的意见》也提出开展绿色建筑行动,而节能建筑门窗正是绿色建筑的重要组成部分。在建筑能耗中,通过玻璃门窗损失的能耗占到全部建筑能耗的40%~50%,而Low-E玻璃因能够有效降低辐射传热达到节能65%的要求。目前,我国 Low-E中空玻璃的使用仅占整个建筑玻璃的15%左右,与欧美等发达国家75%~80%的比例差距很大。

 

2 Low-E玻璃的性能特点

Low-E(Low-Emissivity)玻璃,又称低辐射玻璃,是相对热反射玻璃而言的,是一种节能玻璃。Low-E玻璃的可见光透射率理论上最高可达95%,室外反射率为10%~30% ,图1对Low-E玻璃的透射率和反射率作了简要描述。因太阳辐射能量的97%集中在300~2 500 nm的波长范围内,故在这一波长范围内描述。

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由图1可以看出,Low-E玻璃对波长范围380 ~780 nm的可见光具有良好的透射率和较低的反射率,而对具有热效应的红外波段透射率几乎为0,在保证充足自然光照明的情况下最大程度地隔绝了携带太阳光大部分热量的红外线,故Low-E玻璃对室外太阳光具有很好的传光和隔热性能。需要注意的是,对于不同气候条件,可制作多种透过率的Low-E玻璃,使其满足各种气候条件下的需要。而对于玻璃的内表面,相关研究表明,玻璃内表面的传热以辐射为主,占58%,这表明减少热能损失的最有效方法是抑制玻璃内表面的热辐射。普通浮法玻璃的辐射率高达84%,而Low-E玻璃的辐射率低至15%以下。因此,Low-E玻璃可大幅降低因辐射造成的室内温度向室外的传递。

 

3 建筑领域对玻璃性能需求的分析

 

在当前大力推进节能减排的形势下,对建筑物外门窗玻璃的选用提出了更高的要求,既要保证可见光的充分投射以达到采光的需求,又要尽量减少热能的损失。下面对建筑门窗玻璃的具体需求作简要分析。

上文已经提到,太阳光辐射能量的97%来自300 ~2 500 nm的波长范围内,这是室外热量的主要来源。而任何温度高于绝对零度的物体都会以辐射红外线的方式向外界辐射热量,现代物理学称之为热散射,这部分热量辐射集中在2 500 nm以上的长波段,这是室内热量的主要来源。以外门窗玻璃作为室内外的分界线,在冬季或高纬度地区,建筑要求室外的辐射能量可以进入室内,而室内的辐射能量尽量少地外泄。普通中空玻璃对太阳辐射能具有84%的透过率,白天室外辐射大部分可以传输到室内,而在夜晚或者阴雨天,室内的物体热辐射的80%被其吸收,玻璃温度升高,继而通过室内外辐射和对流交换将热量散发到室外,无法起到保持室内温度的效果。

       若采用Low-E中空玻璃,在白天,太阳光短波照射在室内物体上,这些物体被加热后,将以长波的方式再次辐射,这些长波被Low-E玻璃反射回室内;在夜晚和阴雨天气,室内物体的热辐射有50%以上被其反射回室内,仅有不到15%的热辐射被其吸收后通过热辐射和对流交换散发到室外。

       在夏季或低纬度地区,建筑要求尽可能减少来自室外的热量辐射,同时保证室内通过空调系统维持的舒适温度与室外有尽可能少的热交换,即良好的绝热性能。由于普通玻璃对太阳光具有很大的透射率,太阳光中携带的热量大部分被带到室内,使室内温度升高,而空调系统维持的温度由通过玻璃与室外进行大量的热交换,造成了极大的能源浪费。若采用Low-E玻璃,它的良好的光学性能保证了可见光可以大部分投射到室内,而携带大量热量的红外线被反射到室外,隔绝了大部分来自室外的热量。同时因为它具有良好的绝热性能(绝热性能反映了由与玻璃热传导和室内外的温差所形成的空气到空气的传热量,它与玻璃的辐射率直接相关),室内由空调系统调节的温度与外界的热交换被尽可能地降低,也就最大程度上减少了能源的浪费性消耗。

 

综上所述,Low-E玻璃在各种气候条件下都有良好的表现,而针对不同的气候条件,可以用具有不同透射率和反射率的Low-E玻璃来最大化地减少能源消耗。表1对各种不同玻璃、不同结构玻璃的节能效果做出简单对比。

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4 欧洲对Low-E玻璃应用的分析

 

来自荷兰的TNO科学实验室之前受托对Low-E玻璃在欧洲应用产生的节能减排效果进行了详尽分析,这对于我国的节能建筑发展具有很好的借 鉴 意 义 。 欧 盟 制 定 的 节 能 减 排 目 标 指 出 到2020年之前每年需要在建筑领域减少3亿t左右的二氧化碳排放,TNO的研究报告表明,在建筑领域采用Low-E玻璃可以帮助完成5%~25%的节能减排目标 。

这一报告分4种情况讨论了采用Low-E玻璃带来的节能效果。情况1:在所有安装空调系统的新建建筑中使用Low-E玻璃;情况2:在除欧洲南部的所有新建建筑中使用Low-E玻璃用以代替空调系统;情况3:在所有安装空调系统的新建建筑中使用Low-E玻璃,并且将安装了空调系统的老旧建筑的玻璃更换为Low-E玻璃;情况4:采用与情况3相同的方法,但假设欧洲的空调使用率达到美国的水平(除南部地区外),65%的居民建筑和80%的非居民建筑使用空调,在南部地区65%的居民建筑和100%的非居民建筑使用空调。表2给出了这4种情况下使用Low-E玻璃所能带来的节能减排效果。

 

 

报告指出,至2020年最可能出现的情况介于情况3和情况4之间。这表明不论建筑中是否采用空调系统,坚持使用Low-E玻璃可以完成5%~25%的欧盟建筑节能减排目标。同时Low-E玻璃的使用在某些地区可以完全取代空调。

 

5 结语

       随着经济的快速增长,人们对居住、工作环境的要求越来越高。玻璃已经由单纯的采光材料向着装饰性强、节约能源、控制光线、减小噪声及改善环境等多种功能发展。美国在上世纪80年代末期,Low-E玻璃窗已占整个双层玻璃窗市场的1/4以上,欧洲每年用量在5 000万m 以上,全世界年用量已超过1.2亿m 。德国政府1996年立法规定,所有建筑物都必须采用Low-E玻璃。考虑到我国Low-E玻璃使用量仅占所有建筑玻璃的15%左右,在建筑领域使用Low-E玻璃可以带来更大的节能减排效果,且使用Low-E玻璃带来的成本在
长期来看远远低于使用普通玻璃,对改善生活、工作环境,保护环境有着十分重要的意义。

 

 
 
 
 
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