貼膜玻璃及其熱工性能測試

引自http://www.topenergy.org/news_7629.html
 
 華南理工大學(xué):周荃 孟慶林 趙立華

1 引言
 
       在各種能源消耗中,建筑物采暖及空調(diào)耗能占有相當(dāng)大的比重,而通過門窗散失的熱量約占整個建筑采暖及空調(diào)耗能的50%。窗節(jié)能與否的關(guān)鍵是看透明部分也就是玻璃的熱工性能如何。為了進一步提高現(xiàn)代建筑的節(jié)能功效,對重要建筑材料——平板玻璃功能的研究被視為重要的課題,各種節(jié)能型的玻璃以不同的工藝相繼被開發(fā)。貼膜玻璃就是其中一種，具有隔熱節(jié)能、防紫外線、美化外觀等特點的高性能窗用玻璃。
 
2 貼膜玻璃概述
 
       貼膜玻璃是在平板玻璃表面上貼上一種多層的聚酯薄膜，以改善玻璃的性能和強度，使其具有保溫、隔熱、節(jié)能、防紫外線、美化外觀、遮蔽私密、安全等功能。早期的膜僅具有將太陽輻射反射出玻璃窗外，以阻止玻璃內(nèi)表面的熱量增加的性能。 隨著制造工藝的不斷發(fā)展，新一代的本體著色隔熱膜誕生了， 它豐富的色彩為建筑師提供了廣闊的設(shè)計空間。主要的顏色有：棕色、灰色、金色、琥珀色、藍色、綠色等。1970年美國的能源危機引出了膜的另一方面的性能開發(fā)--減少室內(nèi)熱能損失（即"保溫性"）。研究發(fā)現(xiàn)，聚酯膜不僅可作透明介質(zhì)，更具有吸收和反射長波紅外線的能力。經(jīng)過反復(fù)試驗，膜的材料、結(jié)構(gòu)有了大的改變，這一改變，更提高了膜的"保溫性"，也就產(chǎn)生了"低輻射膜"--LOW-E膜。
 
      目前，全世界有60多個國家使用貼膜玻璃，主要用于室內(nèi)或室外與玻璃有關(guān)的地方或場所，如大廈玻璃幕墻、門窗，玻璃隔斷，居家用玻璃門窗等。特別值得一提的是，當(dāng)貼膜玻璃制品被用于高層建筑物的窗玻璃日寸，大大降低了玻璃碎片對下面行人造成的危險。由于我國尚不能自行生產(chǎn)類似箔膜，國外一些箔膜生產(chǎn)廠家便在我國設(shè)立了代理公司。至此，我國于1993年開始使用貼膜玻璃，最初主要用于銀行門窗、商場門窗及擺放貴重物品的櫥窗玻璃、高層建筑玻璃幕墻等。
 
      貼膜玻璃的生產(chǎn)工藝比較簡單。如果需要，也可直接貼到門窗的玻璃上。因此，玻璃貼膜不僅適合在新建筑物中使用，對翻修改造現(xiàn)有建筑物更具獨特的效果。不難推測，我國舊有建筑門窗改造也為玻璃功能膜提供了一個廣闊市場。
 
3 實驗部分
 
3.1測試及數(shù)據(jù)處理依據(jù)
 
       本實驗是按照國標GB/T2680-94的要求,并參考國外ISO標準9050-1990進行的，測試的是太陽光透過大氣層直接照射到窗玻璃上，而不包括地面、建筑物的反射、散射光的情況，也就是不考慮遮陽、建筑物互遮擋等情況。太陽光是指近紫外線、可見光和近紅外線組成的輻射光，波長范圍為280～2500nm。其中，280～380nm內(nèi)為紫外光區(qū)，380～780nm為可見光區(qū)，780-2500 nm為近紅外光區(qū)。
 
3.2實驗方案
 
       本次實驗測試4mm厚平板玻璃、在4mm厚平板玻璃上貼高透明隔熱膜(龍膜LS60)的貼膜玻璃，在4mm厚平板玻璃上貼高級反射膜(龍膜R50)的貼膜玻璃。本次實驗是測試在3種類玻璃在波長為280nm～2600nm范圍內(nèi)光源沿玻璃表面法向入射時的透過率和反射率。
 
3.3實驗設(shè)備
 
      本實驗采用分光光度計來測量玻璃在不同波長下的光譜透射比和光譜反射比。分光光度計是專門用來測量光學(xué)材料如玻璃、鏡頭和棱鏡等的各種參數(shù)的儀器。本次實驗所采用的分光光度計帶有高精度的積分球，可以保證在其測量的波長范圍內(nèi)（175nm～2600nm）的準確性；同時，該儀器的數(shù)據(jù)輸出已經(jīng)全部實現(xiàn)電腦控制，減少了人工操作所帶來的誤差。此外，還可以對測試得到的數(shù)據(jù)進行初步的數(shù)學(xué)處理，如求出最值，進行曲線的平滑等等。
 
      國標中規(guī)定：在光譜透射比測定中，采用與試樣相同厚度的空氣層作參比標準；在光譜反射比測定中，采用標準鏡面反射體作為工作標準。因此，在進行測量前都要對分光計的基準線進行標定，以確定基點。
 
3.4數(shù)據(jù)計算處理
 
      光度計測得的光譜透射比和反射比并不可以直接用來描寫玻璃在整個波長內(nèi)的透過率和反射率，還需要考慮太陽光直接輻射時相對光譜的分布情況、太陽光光譜功率的分布情況等因素，再通過積分的方法才可以求出可見光透射比，可見光反射比，太陽光直接透射比，太陽光直接反射比，太陽能總透射比，遮蔽系數(shù)等參數(shù)。按照國標的規(guī)定,這些積分可以簡化成在一定波長間隔下光譜透射比和反射比與相應(yīng)系數(shù)的乘積的累加值。其中，太陽能總透射比是指太陽光直接透射比與玻璃吸收太陽能升溫后向室內(nèi)二次熱傳遞系數(shù)之和。遮蔽系數(shù)是指試樣的太陽能總透射比與3mm厚普通透明平板玻璃的太陽能總透射比（其理論值取88.9%）
 
       根據(jù)分光光度計測得的數(shù)據(jù)形式和最后需要的參數(shù)及國標中規(guī)定的求解公式，本人用FORTRAN語言編輯了一個程序。把分光光度計測得的數(shù)據(jù)以TXT格式存入到指定文件夾，就可直接得出測試結(jié)果。

3.5數(shù)據(jù)分析

       在280~380nm紫外光區(qū)，從圖2看，4mm平板玻璃在280~320nm之間透過率較低，320~380nm較高，最大值81.1%， 最小值12.6%，因此紫外線對平板玻璃還是有較高的通過率； LS60貼膜玻璃此區(qū)間的透過率很低，最大值0.4%， 最小值0.1%；R50貼膜玻璃此區(qū)間的透過率也很低，最大值0.7%， 最小值0.1%。
 
       從圖1看，4MM平板玻璃反射率最大值7.9%，最小值5.4%； LS60貼膜玻璃反射率最大值16.9%， 最小值6%；R50貼膜玻璃反射率較低最大值4.5%，最小值3.8%。根據(jù)α+τ+ρ＝1，可見LS60和R50對紫外線都有較高的吸收率。
 
        在380~780nm可見光區(qū)間，從圖2看，4mm平板玻璃有較高的透過率，最大值89.3%， 最小值76.5%，在表1中查出可見光透過率為86.4%，； LS60貼膜玻璃此區(qū)間也有較高的透過率，最大值62.2%， 最小值26.4%，可見光透過率為55.4%；R50貼膜玻璃此區(qū)間透過率最大值34.1%， 最小值57.3%，可見光的透過率為44.1%。從圖1看，4mm平板玻璃反射率較低，最大值8.4%， 最小值7.7%，可見光的反射率為8.3%； LS60貼膜玻璃在此區(qū)間反射率最大值31.5%， 最小值17.3%，可見光的反射率為25.6%；R50貼膜玻璃反射率較低最大值26.6%，最小值8.8%，可見光的反射率為24.7%。
 
        在780~2600nm近紅外光區(qū)間，從圖2看透射率，4mm平板玻璃有較高的透過率，最大值78.8%， 最小值65.9%； LS60貼膜玻璃此區(qū)間透過率較低，最大值29.3%， 最小值0.9%；R50貼膜玻璃此區(qū)間透過率也較低，最大值35.2%， 最小值15.6%。從圖1看反射率，4mm平板玻璃反射率較低，最大值7.2%， 最小值6.2%； LS60貼膜玻璃在此區(qū)間反射率較高，最大值68%， 最小值19.1%；R50貼膜玻璃反射率最大值36.3%，最小值20.7%。
 
3.5.1 貼膜玻璃與平板玻璃的比較
 
        根據(jù)以上的數(shù)據(jù)分析，貼膜玻璃的紫外線透射率遠遠小于平板玻璃，即加膜后隔絕了98%以上的紫外線；在可見光區(qū)，貼膜玻璃與平板玻璃相比較可見光透射率有所下降，但仍有較高的可見光透射率，反射率有所提高，但都在30%以下；在近紅外光區(qū)，貼膜玻璃透射率遠遠低于平板玻璃，也就是說貼膜后阻隔了大量的近紅外部分的太陽能。看表1可看出，LS60與R50與平板玻璃相比太陽能總透射比分別降低了38.9%和34.7%，遮蔽系數(shù)分別減少了0.438和0.39。這次實驗測試的兩種貼膜玻璃的半球輻射率與平板玻璃（E=0.83）相比較低，分別為：0.67和0.75。如果降低半球輻射率，就可以防止玻璃吸熱后的二次換熱，將更有利于玻璃的保溫隔熱。
 
3.5.2 貼膜玻璃LS60與貼膜玻璃R50性能比較
 
       從圖2看這兩種貼膜玻璃的透射曲線，差別主要在可見光區(qū)和近紅外區(qū)，可以看出，它們的在這個區(qū)間里的交點剛好在780nm附近。780nm之前的可見光區(qū)，LS60各波長都相應(yīng)大于R50的透射率，表1的計算結(jié)果顯示LS60的可見光透射比比R50高11.3%。在780nm以后的近紅外區(qū)，LS60各波長的透射率都相應(yīng)小于R50，也就是說LS60更有效地阻隔了這一部分太陽能的傳入。太陽能總透射比，LS60比R50小4.2%；遮蔽系數(shù)，LS60比R50小0.048。
 
        鑒于一般的建筑窗的采光的功能需求，我們希望貼膜玻璃的可見光透過率越高越好，但是我們知道可見光部分的總能量占太陽能的43%左右，所以可見光透過率提高的代價必然是進入室內(nèi)熱量的增加，在夏季我們?yōu)榱藴p少室內(nèi)空調(diào)的冷負荷，我們的對策是：盡量減少占太陽總能41%的近紅外部分的能量進入室內(nèi)。根據(jù)上面的分析，我們可以看出應(yīng)用于普通采光窗時，ls60的隔熱性能明顯優(yōu)于R50，具有較好的節(jié)能效果。
 
5 結(jié)論
 
基于以上的實驗與分析我們得出以下結(jié)論：
 
1.普通平板玻璃貼膜后，在保證了足夠的可見光透射率的同時阻隔了大量的紫外線和太陽能傳入室內(nèi)，保溫隔熱性能大大提高，具有明顯的節(jié)能效果。
 
2.為了優(yōu)化貼膜玻璃的熱工性能，應(yīng)通過工藝的改進，在保證較好的可見光透過率的同時，盡量降低太陽能中近紅外部分的透過率（這里主要指隔熱），并且通過降低半球輻射率減少玻璃吸熱后的二次換熱，從而提高玻璃的保溫性能。
 
貼膜玻璃是一種新型節(jié)能建材，目前國內(nèi)尚不能生產(chǎn)玻璃膜，各生產(chǎn)廠家使用的玻璃膜全從國外進口。為了降低貼膜玻璃的成本，便于推廣應(yīng)用，玻璃膜的生產(chǎn)必須國產(chǎn)化。
 
參考文獻
[1]  GB/T 2680-94 建筑玻璃 可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比及有關(guān)窗戶玻璃參數(shù)的測定，1994.
[2] ISO9050  Glass in building-Determination of light transmittance, solar direct transmittance and ultraviolet transmittance, and related glazing factors, 1990.