1.應(yīng)用背景
目前，在國(guó)家節(jié)能減排政策的大力推動(dòng)下，我國(guó)對(duì)新建建筑的節(jié)能材料應(yīng)用和既有建筑節(jié)能改造的力度進(jìn)一步加大，其中，玻璃門窗作為建筑中的薄壁圍護(hù)結(jié)構(gòu)（詞條“圍護(hù)結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供），起到采光和通風(fēng)的動(dòng)能。但是，正因?yàn)椴Ａн@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(quán)威機(jī)構(gòu)論證，通過(guò)玻璃門窗損失的能量在建筑使用能耗中達(dá)到40%的比例，因此，對(duì)玻璃采取節(jié)能措施正成為迫在眉捷的任務(wù)，研發(fā)和應(yīng)用玻璃節(jié)能新技術(shù)具有重大意義。
2.玻璃耗能的成因及計(jì)算
2.1玻璃耗能的成因
眾所周知，普通玻璃對(duì)太陽(yáng)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(yáng)光中的紫外線、可見(jiàn)光、中近紅外線波段均可高比例地透過(guò)玻璃。由于可見(jiàn)光的高比例透過(guò)，使玻璃具有了采光功能。同時(shí)由于大量中近紅外熱量的直接透過(guò)，給室內(nèi)夏季空調(diào)制冷帶來(lái)了額外的負(fù)荷，而造成新的制冷能耗(太陽(yáng)光中能量在每個(gè)波段的分布是，紫外線占3%，可見(jiàn)光占44%，紅外線占53%)。
玻璃作為一種薄壁的輕質(zhì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料，它的導(dǎo)熱率相對(duì)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料，如混凝土、磚塊等。這使得冬季在室內(nèi)采暖時(shí)會(huì)有更多的熱量通過(guò)玻璃傳至室外而造成采暖能量過(guò)多的損耗。
2.2玻璃在夏季及冬季耗能的計(jì)算
玻璃在夏季因太陽(yáng)輻射而進(jìn)入室內(nèi)的每平米每小時(shí)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(yáng)系數(shù)，630為夏季的太陽(yáng)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(guò)玻璃進(jìn)入室內(nèi)的熱量:
Q單玻 = 643.9W∕m2·h
透過(guò)(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(shè)定在20℃。
Q單玻 = 20*5.8=116W∕m2·h
寒冷地區(qū)的溫差△t設(shè)定在30℃。
Q單玻= 30*5.8=174W∕m2·h
嚴(yán)寒地區(qū)的溫差△t設(shè)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(yán)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(jì)算公式可以看出，影響玻璃耗能，拋開(kāi)外界環(huán)境因素造成的溫差不談，主要因素是玻璃的遮陽(yáng)系數(shù)和傳熱系數(shù)。尤其是夏季，降低傳熱系數(shù)對(duì)室內(nèi)空調(diào)制冷的負(fù)荷影響很小，主要取決于玻璃的遮陽(yáng)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(dá)到玻璃節(jié)能的效果了。
我們先從降低玻璃的Sc值說(shuō)起。目前傳統(tǒng)的方法有降低可見(jiàn)光進(jìn)入而阻隔部分可見(jiàn)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(yáng)光中含有的熱能比例最高的中近紅外線，進(jìn)入室內(nèi)的熱量必然很多，而且由于阻隔了大部分的可見(jiàn)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(yáng)光控制金屬膜，可以有效地阻隔各波段的太陽(yáng)光，高端的產(chǎn)品也可以達(dá)到較高的可見(jiàn)光透過(guò)率，這是目前最常用的方法。
那么有沒(méi)有一種新的技術(shù)來(lái)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(yáng)光中的中近紅外、紫外波段，同時(shí)又要兼顧經(jīng)濟(jì)適用性呢?答案是肯定的，北京化工大學(xué)和池州英派科技有限公司聯(lián)合承擔(dān)的“863”計(jì)劃項(xiàng)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(shù)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(yīng)，讓太陽(yáng)光中的可見(jiàn)光波段達(dá)81.5%的透過(guò)率，同時(shí)對(duì)紫外線有99%以上的阻隔率，對(duì)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(fù)荷的中近紅外線的熱量進(jìn)入室內(nèi)，從而大大提高了空調(diào)效率。由于該材料對(duì)中、近紅外均有極高的阻隔作用，也可以起到冬季采暖時(shí)的中、近紅外熱量的向室外流失，實(shí)現(xiàn)保溫功能。(經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用實(shí)驗(yàn)和對(duì)不同中近紅外阻隔功能膜的傳熱系數(shù)檢測(cè)，證明冬季采暖時(shí)有較高比例的中近紅外存在)根據(jù)“國(guó)家安全玻璃及石英玻璃質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心”及具有國(guó)家認(rèn)證的檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)，該產(chǎn)品的光學(xué)及節(jié)能性如下：
從檢測(cè)數(shù)據(jù)看出，該技術(shù)對(duì)玻璃的節(jié)能有限大的貢獻(xiàn)，由于是自主研發(fā)的新技術(shù)、新工藝，產(chǎn)品的成本僅為市場(chǎng)高檔進(jìn)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(shè)計(jì)中的應(yīng)用
4.1新建建筑中的應(yīng)用
根據(jù)上述檢測(cè)報(bào)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(gè)指標(biāo)完全符合建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，可以直接應(yīng)用。
4.2既有建筑節(jié)能改造中的應(yīng)用
先從夏熱冬暖和夏熱冬冷地區(qū)說(shuō)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(duì)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(jìn)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(jiàn)光70%的透過(guò)率計(jì)算)=376.6W∕㎡·h,那么可以計(jì)算出貼膜玻璃可以減少267.3W/㎡·h的熱量進(jìn)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(gè)月冬季采暖期為4個(gè)月計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(wú)論是單玻或普通中空僅貼膜這一項(xiàng)改造，可以為既有建筑帶來(lái)近15%的節(jié)能率，而且貼膜省時(shí)，安裝方便，無(wú)須拆裝窗框，更換玻璃，在改造過(guò)程中無(wú)須讓居民搬遷安置。隨著國(guó)家及社會(huì)對(duì)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(shè)計(jì)、選材正成為工程驗(yàn)收的一種強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。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(wú)疑有它獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，建筑玻璃貼膜是建筑玻璃節(jié)能的發(fā)展趨勢(shì)。
(作者：1.北京化工大學(xué) 陳建峰;2.池州英派科技有限公司 孫劍波 馬高峰)
