1.應用背景
目前，在國家節(jié)能減排政策的大力推動下，我國對新建建筑的節(jié)能材料應用和既有建筑節(jié)能改造的力度進一步加大，其中，玻璃門窗作為建筑中的薄壁圍護結構（詞條“圍護結構”由行業(yè)大百科提供），起到采光和通風的動能。但是，正因為玻璃這種材料的特殊性，使之成為建筑使用上最大的能源薄弱環(huán)節(jié)。經(jīng)多家權威機構論證，通過玻璃門窗損失的能量在建筑使用能耗中達到40%的比例，因此，對玻璃采取節(jié)能措施正成為迫在眉捷的任務，研發(fā)和應用玻璃節(jié)能新技術具有重大意義。
2.玻璃耗能的成因及計算
2.1玻璃耗能的成因
眾所周知，普通玻璃對太陽光的輻射（詞條“輻射”由行業(yè)大百科提供）只具有少量阻隔作用。太陽光中的紫外線、可見光、中近紅外線波段均可高比例地透過玻璃。由于可見光的高比例透過，使玻璃具有了采光功能。同時由于大量中近紅外熱量的直接透過，給室內(nèi)夏季空調(diào)制冷帶來了額外的負荷，而造成新的制冷能耗(太陽光中能量在每個波段的分布是，紫外線占3%，可見光占44%，紅外線占53%)。
玻璃作為一種薄壁的輕質(zhì)圍護結構材料，它的導熱率相對要遠遠高于其他圍護結構材料，如混凝土、磚塊等。這使得冬季在室內(nèi)采暖時會有更多的熱量通過玻璃傳至室外而造成采暖能量過多的損耗。
2.2玻璃在夏季及冬季耗能的計算
玻璃在夏季因太陽輻射而進入室內(nèi)的每平米每小時的熱量Q=△t* k+630Sc(△t為室內(nèi)外的溫差，K為玻璃的傳熱系數(shù)，Sc為玻璃的遮陽系數(shù)，630為夏季的太陽常數(shù))。那么以南方地區(qū)既有建筑的6mm單玻(K=5.8W∕m2·h ，Sc=0.93)為例,室內(nèi)空調(diào)制冷控制在26℃，室外氣溫在36℃的情況下,透過玻璃進入室內(nèi)的熱量:
Q單玻 = 643.9W∕m2·h
透過(6+12A+6)的中空玻璃(K=3.0W∕m2·h，Sc=0.83)的熱量：
Q中空（詞條“中空”由行業(yè)大百科提供） = 10*3+630*0.83=552.9w∕m2·h
玻璃在冬季采暖所損失的熱量Q=△t* K，同樣以6mm單玻為例，采暖室溫控制在20℃。
夏熱冬冷地區(qū)的溫差△t設定在20℃。
Q單玻 = 20*5.8=116W∕m2·h
寒冷地區(qū)的溫差△t設定在30℃。
Q單玻= 30*5.8=174W∕m2·h
嚴寒地區(qū)的溫差△t設定在40℃
Q單玻= 40*5.8=232W∕m2·h
6+12A+6的中空玻璃采暖所損失的熱量。
夏熱冬冷地區(qū)：Q=20*3.0=60W∕m2·h
寒冷地區(qū)：Q=30*3.0=90W∕m2·h
嚴寒地區(qū)：Q=40*3.0=120W∕m2·h
3.玻璃節(jié)能的方法
從上面的計算公式可以看出，影響玻璃耗能，拋開外界環(huán)境因素造成的溫差不談，主要因素是玻璃的遮陽系數(shù)和傳熱系數(shù)。尤其是夏季，降低傳熱系數(shù)對室內(nèi)空調(diào)制冷的負荷影響很小，主要取決于玻璃的遮陽系數(shù)。而冬季，降低傳熱系數(shù)是有效控制室內(nèi)熱量流失的有效措施。因此，降低Sc和K值就可以達到玻璃節(jié)能的效果了。
我們先從降低玻璃的Sc值說起。目前傳統(tǒng)的方法有降低可見光進入而阻隔部分可見光所帶有的熱量(如茶色玻璃等)，雖然這種玻璃是在一定程度上降低了Sc，但由于未能有效的阻隔太陽光中含有的熱能比例最高的中近紅外線，進入室內(nèi)的熱量必然很多，而且由于阻隔了大部分的可見光，使玻璃的采光性能降低而使室內(nèi)產(chǎn)生新的采光電能;另外一種減少玻璃Sc值的傳統(tǒng)方法是在玻璃上鍍上一層陽光控制金屬膜，可以有效地阻隔各波段的太陽光，高端的產(chǎn)品也可以達到較高的可見光透過率，這是目前最常用的方法。
那么有沒有一種新的技術來使玻璃既能保持很好的采光性能，又能最大限度地阻隔太陽光中的中近紅外、紫外波段，同時又要兼顧經(jīng)濟適用性呢?答案是肯定的，北京化工大學和池州英派科技有限公司聯(lián)合承擔的“863”計劃項目——建筑節(jié)能玻璃膜是一種新型的建筑門窗玻璃及玻璃幕墻節(jié)能的有效材料。該技術采用納米金屬氧化物（詞條“金屬氧化物”由行業(yè)大百科提供）為材料，利用材料的納米效應，讓太陽光中的可見光波段達81.5%的透過率，同時對紫外線有99%以上的阻隔率，對中近紅外線有90%的阻隔率，這樣在室內(nèi)采光少受影響的前提下，最大程度地阻隔了影響空調(diào)制冷負荷的中近紅外線的熱量進入室內(nèi)，從而大大提高了空調(diào)效率。由于該材料對中、近紅外均有極高的阻隔作用，也可以起到冬季采暖時的中、近紅外熱量的向室外流失，實現(xiàn)保溫功能。(經(jīng)過實際應用實驗和對不同中近紅外阻隔功能膜的傳熱系數(shù)檢測，證明冬季采暖時有較高比例的中近紅外存在)根據(jù)“國家安全玻璃及石英玻璃質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心”及具有國家認證的檢測機構檢測，該產(chǎn)品的光學及節(jié)能性如下：
從檢測數(shù)據(jù)看出，該技術對玻璃的節(jié)能有限大的貢獻，由于是自主研發(fā)的新技術、新工藝，產(chǎn)品的成本僅為市場高檔進口同類膜的1/4-1/8。
4.建筑節(jié)能玻璃膜在新建建筑及既有建筑節(jié)能設計中的應用
4.1新建建筑中的應用
根據(jù)上述檢測報告中的Sc值及K值，在夏熱冬冷地區(qū)及寒冷地區(qū)，這二個指標完全符合建筑節(jié)能設計標準，可以直接應用。
4.2既有建筑節(jié)能改造中的應用
先從夏熱冬暖和夏熱冬冷地區(qū)說起，因這兩種地區(qū)中，既有建筑中有大量的單玻存在，那么先對比一下，6mm普通玻璃和6mm貼膜玻璃的情況。從前面已經(jīng)得出，夏天6mm普通玻璃進入室內(nèi)的熱量為643.9W∕㎡·h，6mmm貼膜玻璃的Q=△t·k+630Sc=10*4.9+630*0.52(按可見光70%的透過率計算)=376.6W∕㎡·h,那么可以計算出貼膜玻璃可以減少267.3W/㎡·h的熱量進入室內(nèi)，節(jié)能比例為41.5%。
冬天6mm單玻流失的熱量Q=116W/W/㎡·h，6mm貼膜玻璃流失的熱量Q=△t·k=20*4.9=98 W/m2·h，可以減少18W/m2·h的熱量損失，節(jié)能比例為15.5%。夏熱冬冷地區(qū)夏季制冷期為4個月冬季采暖期為4個月計算，6mm普通玻璃全年的能耗為643.9*24*120+116*24*120=2188512W/㎡·h，而6mm貼膜玻璃全年的能耗為376.6*24*120+98*24*120=1366848 W/m2·h，全年可減少能耗821664 W/m2·h ，節(jié)能率為37.5%，按玻璃能耗占建筑使用能耗的40%計算，6mm普通玻璃經(jīng)貼膜改造后可以有15%的節(jié)能率。
同樣計算，6+12A+6普通中空玻璃貼膜改造的節(jié)能率:
夏天：Q貼膜= △t·k+630Sc=10*24=630*0.51 =345.3 W/m2·h
Q中空 = 552.9 W/m2·h
冬天：Q貼膜 = 20*2.4 = 48 W/m2·h
Q中空 = 20*3=60 w/m2·h
計算出，6+12A+6普通中空玻璃經(jīng)貼膜改造后的節(jié)能率為14.3%。
從以上論述中，可以看出既有建筑中無論是單玻或普通中空僅貼膜這一項改造，可以為既有建筑帶來近15%的節(jié)能率，而且貼膜省時，安裝方便，無須拆裝窗框，更換玻璃，在改造過程中無須讓居民搬遷安置。隨著國家及社會對建筑節(jié)能的重視，門（詞條“門”由行業(yè)大百科提供）窗玻璃及幕墻玻璃的節(jié)能設計、選材正成為工程驗收的一種強制性標準。從節(jié)能、安全、等方面綜合考慮，建筑門窗及幕墻玻璃貼膜是一種最好的選擇，特別是現(xiàn)有建筑的節(jié)能改造，玻璃貼膜無疑有它獨到的優(yōu)勢。根據(jù)發(fā)達國家的經(jīng)驗來看，建筑玻璃貼膜是建筑玻璃節(jié)能的發(fā)展趨勢。
(作者：1.北京化工大學 陳建峰;2.池州英派科技有限公司 孫劍波 馬高峰)
