1 引言

低辐射镀膜玻璃由于其良好的节能特性，已广泛应用于建筑、汽车等领域[1][2]。随着中国经济的高速增长，社会的快速发展，我国每年新增建筑约20亿平方米。然而其中大部分仍为高能耗建筑，只有5％达到节能建筑要求。在建筑能耗之中，采暖和空调能耗占比最大，约占60％～70％。采暖和空调能耗主要通过建筑外围结构与室外环境的热交换消耗，我国北方寒冷地区冬季采暖需用大量煤炭，夏季炎热的南方地区及夏季全国的空调制冷需用大量电能。因此，建筑节能的重点就是要提高建筑外围结构的热工性能，更低的传热系数有利于减少热损耗。随着建筑外墙保温技术的发展，外墙的传热系数已扩大到1.0W/M2·K左右，再降低节能效果不明显。而据统计，窗户能耗量占建筑外围结构能耗的50％。而在传热损耗中，窗框占15％，玻璃占约85％[3]。可见，玻璃节能性能的高低，直接影响建筑能耗。

因此，具有理想热工参数、低传热系数，符合特殊地域条件使用的低辐射节能玻璃，将是环保节能建材的最佳选择之一。

2  低辐射玻璃节能原理

根据物理学家哈根和鲁本斯描述的金属辐射率与导电率的关系公式：

                     …………………………… (1)

（1）式中，ε0为真空中节点常数，δ表示金属电导率，ω为辐射角频率。从式中可以看出，金属辐射率与电导率成反比，电导率越高的物质，其辐射率就越低。

根据方块电阻与膜层厚度的关系：

                                       ………………………………(2)

（2）式中，d为金属膜层的厚度。将（2）式代入（1）式：

                     ……………………………… (3)

从（3）式中可以看出，辐射率越低，则金属膜层的厚度越厚。低辐射镀膜玻璃实现良好的节能效果通常采用导电性好的金属，目前，几乎所有的低辐射节能玻璃都是以Ag基为主，如金、银、铜等，和部分导电氧化物材料，如ZnO。但是，单一的增加功能层的厚度，功能层就会表现出块体材料的物理特性，可见光反射也会增加，容易造成光污染，且室外反射颜色并不满足建筑设计外观的设计要求[2]。因此，双银低辐射镀膜玻璃和单银低辐射镀膜玻璃的区别就在于此，在增加功能层厚度、降低辐射率的前提下，同时得到质感更好的建筑外观。三银低辐射镀膜玻璃则是将Low-E玻璃的特性最大限度的发挥出来，达到更环保、更节能、更美观的效果。

3  三银低辐射镀膜玻璃特性

在太阳辐射光谱分布中，波长大于780nm的红外波段占据太阳辐射总能量的48.3％，可见光波段约占43％，紫外波段约占8.7％。最大程度减少红外波段能量进入室内，就能够减少进入室内的热量[4]。

图1 典型三银光谱曲线

图1所示为南玻集团某成熟三银在普通6mm白玻上的光谱曲线。图中Sample T为三银光谱透射曲线，Sample G为三银光谱玻面反射曲线，Sample F为三银光谱膜面反射曲线。从图1中可以看出，在400nm以下，该膜系对紫外光谱有很好的反射和很低的透过，说明三银Low-E膜对紫外光有很好的阻挡作用，减少紫外光透过能够减缓室内物品褪色。在400nm到780nm可见光波段，三银Low-E膜对可见光有透过较高，能够实现良好的采光性能。从780nm到红外波段，三银Low-E膜的透过接近零，反射较高，膜面反射能够起到很好的保温作用，玻面反射则能够降低太阳光能量进入室内，从而实现将太阳光变成“冷”光源。

由于膜层的反射率R与膜层的折射率n和膜层的系数常数k存在如下关系：

                    ……………………………(4)

通过求解麦克斯韦电磁场方程， 可以得到导电膜层的反射率：

                      ………………………………(5)

从（5）式可以看出，膜层的电导率δ值越大，它对入射光的反射率越大；电磁辐射的频率υ越小，膜材料的反射率越大。从780nm开始，红外波段波长越来越长，光波频率越来越低，所以，三银Low-E膜对红外光有较高的反射率。

4  三银Low-e膜能耗对比

根据计算模型[5]，忽略建筑物的结构，只计算建筑物的面积和朝向。同时，室外热源只考虑太阳辐射，夏季只考虑室内空调影响，冬季室内只考虑暖气影响，室内其它热源不计。则透过玻璃传递的热量为：

                          ……………………………………(6)

将(6)式加入修正值后，损失能量计算值为：

               ………………(7)

              ………………(8)

式中，W夏天，W冬天——分别是夏天、冬天透过玻璃的热能 ，kW·h；

         d夏天，d冬天——是全年夏季空调、冬季供暖使用天数；

          ρ，λ——分别是空调、暖气的能效系数；

          n——玻璃朝向，n=1为东，n=2为南，n=3为西，n=4为北；

          Sn——对应n方向的玻璃面积，M2；

          In——对应n方向的平均太阳辐射照度，W/m2；

          Sc——玻璃遮阳系数；

          tn1——对应n方向太阳照射时间；

          αn——对应n方向太阳光线与地平线夹角；

          U——玻璃传热系数，W/(m2·K)；

          T0——室外环境的温度，℃；

          Ti——室内环境温度，℃；

          t2——建筑物全体使用时间。

以成都地区夏季为例计算，设计整个建筑物东、南、西、北各有采光面积1000m2，夏季室外温度为33℃，室内温度为26℃，夏季建筑物使用天数为120天，夏季使用时间均为11小时，幕墙玻璃结构为6+12+6，中空玻璃透过率约42；模拟计算采用膜系均为低透遮阳型，膜层位于中空第二面。

将模拟条件列入(7)式，通过计算得到单银、双银和三银的能耗对比情况，见表1。从表中可以看出，夏季空调能耗双银是单银的73％，节约27％能耗；三银相比单银节约能耗50％，三银相比双银节约能耗约32％。因此，在成都地区选用遮阳型的三银节能玻璃较为节能，玻璃幕墙的一次性投入，可以带来长期的能耗节约，可有效缓解能源压力，为建立节约型社会做贡献。

表1  单银、双银及三银能耗的模拟计算结果

5  结论

本文从理论上分析了Low-E节能玻璃的原理，论证了三银低辐射节能玻璃的特性，通过模拟计算表明，遮阳型的三银低辐射节能玻璃比双银、单银低辐射节能玻璃能够更加有效的节约能耗。