什么是低辐射玻璃？

在我们的日常生活中，玻璃随处可见。小到早晨起床洗漱时用到的镜子，大到建筑的玻璃幕墙，这些都是玻璃制成的。玻璃是重要的建筑材料，今天要讲的，是玻璃家族中的新贵——低辐射玻璃。

 

那么究竟什么是低辐射玻璃呢？下面，我们就一起来揭开它的神秘面纱吧。内容主要包括三点：

 

1.低辐射玻璃的工作原理；

 

2.制作工艺与分类；

 

3.低辐射玻璃在建筑节能中的应用。

 

 

市面上玻璃那么多，哪种玻璃才是低辐射玻璃呢？别着急，往下看：

 

低辐射玻璃，简称Low-E玻璃，是英文Low Emissivity的缩写。这是一种在玻璃表面镀上多层金属或其他化合物组成的膜系产品，其镀膜层具有对可见光的高透过及对中远红外线高反射的特性。简单来说，就是这种玻璃能透光，但当来自太阳或暖通空调的热能（红外线）撞击低辐射玻璃时，它会被反射回原来的空间，而不是通过玻璃传递。

 

我们再来看看它的工作原理：

 

 

Low-E玻璃通常看起来是有颜色的，但与有色玻璃不同，有色玻璃是通过在玻璃本身中添加合金材料制成的，而Low-E玻璃的表面有一层由各种金属颗粒组成的微观薄层(通常是多层)。这些金属薄层将Low-E玻璃变成了过滤器，使得它可以过滤光线，从而具有卓越的隔热性能。

 

不同类型的能量有不同的波长，通过在玻璃表面添加各种金属的薄层，可以选择过滤哪种类型的能量。如果您想过滤掉热量（长波长，即红外线），同时允许光（较短波长）直接通过，Low-E玻璃就可以做到这一点。

 

 

这么神奇的玻璃，是怎么制作出来的呢？目前商业化制造Low-E玻璃有两种成熟的工艺技术，分别是：物理方法的“真空磁控溅射工艺”（离线Low-E），采用化学方法的“化学气相沉积工艺”（在线Low-E）。

 

真空磁控溅射技术是指一种利用阴极表面配合的磁场形成电子陷阱，使在E×B的作用下电子紧贴阴极表面飘移的技术。

 

▲真空磁控溅射原理

 

其原理是将欲沉积的材料制成靶材（阴极），靶材接高压，将无可见杂质透明的玻璃放入真空且充入惰性气体的真空室中，置于与阴极间隔一定距离且正对靶面的阳极上。惰性气体通常为Ar（氩）在阴极和阳极间加上高压，两级间产生辉光放电，产生等离子体，电子在电场的作用下，飞向玻璃基片时与氩原子产生了碰撞，碰撞电离出了新的电子。

 

随着碰撞次数增加，在电磁场作用下，新的电子逐渐远离靶表面，飞向玻璃基片后沉积在上面。电离出的氩离子加速飞向靶材，并以高能量轰击靶面，产生溅射，其中靶原子或分子也沉积在玻璃基片上，形成了薄膜，这是物理气相沉积现象。

 

 

此处需要注意一个细节：镀膜玻璃在追求节能的同时也要符合一定的美观性，因此靶材需要在玻璃基片表面来回移动，所涂镀的膜层才可均匀且有一定的厚度，这种方法叫做离线真空磁控溅射，是一种新颖的材料合成与加工的新技术。

 

由于是采用真空磁控溅射工艺和设备在玻璃板上镀Low-E膜，膜层与玻璃板表面之间是分子键，膜层与玻璃表面之间的牢固度较低，膜层本身较“软”，易划伤、磨伤，银膜长时间暴露在空气中还易氧化、变性，因此离线Low-E玻璃膜也俗称“软膜”。

 

 

由于其“软膜”的特性，因此离线Low-E玻璃不能裸用，即不能单独使用。那该如何应对呢？通常要将Low-E玻璃制作成中空玻璃，且Low-E膜位于中空玻璃空气腔中，以保护Low-E膜不被划伤、磨伤。并且要在两块玻璃中间充入干燥的惰性气体（通常是Ar氩气），这样不仅能保护Low-E膜层不被氧化，还可以降低中空玻璃的传热系数U值，增加中空玻璃的隔热性。

 

▲化学气相沉积技术原理示意图

 

化学气相沉积是一种化工技术，该技术主要是利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质、在衬底表面上进行化学反应生成薄膜的方法。大致包含三步：

 

a.形成挥发性物质；

 

b.把上述物质转移至沉积区域；

 

c.在固体上产生化学反应并产生固态物质。

 

在线Low-E膜层与玻璃板表面之间是化学键，膜层与玻璃表面之间的牢固度较高，膜层本身非常“硬”，不易划伤、磨伤，膜层长时间暴露在空气中也没有氧化、变性问题，因此在线Low-E玻璃膜也俗称“硬膜”。在线Low-E玻璃能裸用，即可单独使用。

 

 

因为真空磁控溅射工艺（离线Low-E）玻璃的传热系数比化学气相沉积工艺（在线Low-E）玻璃的效果好一点，所以目前市场上真空磁控溅射工艺（离线Low-E）玻璃要更多一些。

 

根据不同标准，我们了解下Low-E玻璃的常见分类。

 

单银Low-E镀膜玻璃通常只含有一层功能层（银层），加上其他的金属及化合物层，膜层总数达到5层；

 

双银Low-E镀膜玻璃具有两层功能层（银层），加上其他的金属及化合物层，膜层总数达到9层。然而，双银Low-E玻璃的技术工艺控制难度比单银大的多；

 

三银Low-E镀膜玻璃具有三层功能层（银层），加上其他的金属及化合物层，膜层总数达到13层以上。

 

 

PS：Low-E膜的主要功能层是银层，银是自然界中辐射率最低的物质之一，在玻璃表面上镀上一层纳米级别的银层，可以使玻璃的辐射率从0.84降低至0.02-0.12。这层镀膜层具有对可见光高透过及对中远红外线高反射的特性，从而将太阳光过滤成冷光源，既满足自然采光要求，又能保证舒适的室温。

 

 

高透型：透光率70%以上，能让大量的可见光进入室内。我国北方用于冬季保暖的Low-E玻璃一般都是高透型Low-E玻璃，既可以保暖，又能满足自然采光需求；

 

中透型：透光率50%-70%，对可见光有较强的阻挡作用；

 

低透型：透光率50%以下，对可见光有很强的阻挡作用。中低透型Low-E玻璃适合日照比较强的地方，在满足正常采光需求的同时，光线又不会太刺眼；

 

 

3）按遮阳系数（Sc）：遮阳系数是指玻璃遮挡太阳光能力的系数。遮阳系数Sc值越高，透过玻璃进入室内的太阳能辐射就越多，适合冬季漫长的北方地区；遮阳系数Sc值越低，对太阳直接辐射的阻挡效果就越好，可减少进入室内的太阳直接辐射能，适合夏季漫长的南方地区；

 

 

4）按传热系数（U）：传热系数U值表示在稳定状态下，玻璃内外表面在单位时间与温差内通过一平方米的热量。在相同的室内外温差下，U值低意味着玻璃因温差传热而传递的热能少，玻璃保温性能好，适合冬季室内保温需求高的地区；

 

5）以上类型的组合。如：单银高透型Low-E玻璃，兼备了单银型和高透型Low-E玻璃的优点。

 

 

现在就来说说大家最关心的问题：Low-E玻璃在建筑中的实际应用。

 

我国幅员辽阔，南北跨度大，气候差异明显，对应的建筑也存在差异。那么，Low-E玻璃是如何在不同地区发挥作用的呢？

 

如：我国东北地区。这些地区冬季时间较长，且冬季气温极低，白天光照时间短，光照强度弱。高透型Low-E玻璃由于透光率较好，可以最大限度的利用自然光。同时在Low-E玻璃的内层放置镀膜面，从而达到较好的保温效果。

 

应用原理：室内温度高于室外，远红外热辐射主要来自室内，Low-E玻璃可将其反射回室内从而保持室内的热量不外泄。对来自室外的部分太阳能辐射，Low-E玻璃仍能允许其进入室内，这部分能量被室内物体吸收后又转变成远红外热辐射而被留在室内。

 

 

我国南方大多属于夏热冬暖地区，夏天升温快，冬季对采暖需求相比于北方地区更低。在这些地区可以使用单银型或双银型Low-E玻璃，这样外面的热量就难以进入室内，降低了空调制冷所要消耗的能源。

 

应用原理：室外温度高于室内，远红外热辐射主要来自室外，Low-E玻璃可将太阳光中的中远红外线反射回去，只让可见光通过，使太阳光变成冷光源，阻止了热量进入室内，这样在达到节能目的的同时又能满足室内的采光需求。

 

 

如：我国中部地区。这一地区的气候特点是四季区分明显，冬夏温差较大，气候条件相对复杂且更加多变。在这些地区可以使用低透遮阳型Low-E玻璃，夏季可以减少玻璃的透光率，阻止室外的热辐射进入室内，使建筑内部的升温不明显；冬季，低透型的Low-E玻璃虽然透光率相对较低，但可以满足正常的采光需求，同时又能阻止室内暖气及其他热量传出室外。

 

在这种类型的地区既要考虑到夏季散热，同时又必须注意冬季的保暖。采用适当的Low-E玻璃可以在夏季和冬季之间找到平衡，以实现节能效果的最大化和采光需求的双赢。

 

 

总结下来，Low-E玻璃对节能的贡献主要从两个方面体现：

 

1）Low-E膜可以减少玻璃两侧因温差而引起的热量传递（即温差传热）;

 

2）Low-E膜能有效阻隔太阳辐射，从而限制太阳照射透过玻璃的辐射热能（即辐射传热）。

 

 

今天的分享就到这里了。我们的生活、工作、学习环境与玻璃密不可分，目前Low-E玻璃已经广泛的运用在建筑物的外立面等地方，未来的发展又将如何呢？欢迎留言告诉小编你的想法！最后，用一张导图来总结内容重点：

 

来源：1m建筑装饰沙龙