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。

什么是低辐射玻璃
 
低辐射玻璃
 
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:
 
低辐射玻璃
 
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。

低辐射玻璃的制造工艺和分类
 
低辐射玻璃
 
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)。

制造工艺

1)真空磁控溅射工艺
 
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
▲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。
 
镀膜玻璃
 
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”。
 
镀膜玻璃
 
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。

2)化学气相沉积工艺
 
化学气相沉积技术原理
▲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。
 
在线Low-E玻璃膜
 
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。

分类
 
根据不同标准,我们了解下Low-E玻璃的常见分类。

1)按功能层数:
 
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。
 
Low-E镀膜
 
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。
 
镀膜玻璃

2)按透光率:
 
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;
 
镀膜玻璃
 
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;
 
镀膜玻璃
 
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。

低辐射玻璃在建筑节能中的应用
 
镀膜玻璃
 
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?

1)高纬度寒冷地区
 
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。
 
镀膜玻璃

2)夏热冬暖地区
 
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。
 
镀膜玻璃

3)夏热冬冷地区
 
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。
 
镀膜玻璃
 
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)。
 
小结
 
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:
 
镀膜玻璃

来源:1m建筑装饰沙龙