摘要：本文通過對不同的中空玻璃填充氣體及氣體層厚度的選擇，確定中空玻璃較佳的填充氣體及其厚度，同時還比較了不同熱輻射率值對中空玻璃Ug值的影響，為設(shè)計、施工及工程技術(shù)人員提供一些實(shí)用信息。
    關(guān)鍵詞：中空玻璃（insulating glass）氬氣（Argon）熱輻射率（emissivity）節(jié)能（energy saving）
    1、 前言
    由建設(shè)部和國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合發(fā)布的《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，于2005年7月1日起正式實(shí)施。這是我國批準(zhǔn)發(fā)布的靠前部公共建筑節(jié)能設(shè)計的綜合性國家標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)在保證相同的室內(nèi)熱環(huán)境舒適參數(shù)的條件下，要求與上世紀(jì)80年代初設(shè)計建成的公共建筑相比，全年供暖、通風(fēng)、空調(diào)和照明的總能耗減少50%。作為大型商場、高等酒店賓館等公共建筑，其主要能耗都在空調(diào)制冷與采暖系統(tǒng)上，大約占整個能耗的50％～60％，而這些消耗的能量的20％～50％則由外圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱所消耗，因此標(biāo)準(zhǔn)提出的新建筑的設(shè)計要求中，維護(hù)結(jié)構(gòu)分擔(dān)節(jié)能約25％～13％，空調(diào)采暖系統(tǒng)分擔(dān)節(jié)能約20％～16％。
    作為現(xiàn)代建筑的重要組成部分——玻璃，是整個外維護(hù)結(jié)構(gòu)中熱損失非常大的一個環(huán)節(jié)，70％熱量都是通過玻璃的熱傳導(dǎo)而流失。因此隨著節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的出臺，中空玻璃這個在歐洲已經(jīng)有非常悠久歷史的節(jié)能產(chǎn)品，在國內(nèi)也開始進(jìn)入廣泛應(yīng)用的階段。
    2、中空玻璃
    中空玻璃（圖1）是由2片或兩片以上玻璃通過周邊密封，形成帶間隔框的、干燥空氣層的、相對密封的玻璃制品。中空玻璃單元的節(jié)能效果，主要是通過玻璃之間形成一定的空間結(jié)構(gòu)，既在玻璃和玻璃之間形成一定的氣體層，因為氣體的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)低于玻璃，從而降低了整個單元的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到節(jié)能的目的。 但是在國內(nèi)中空玻璃行業(yè)蓬勃發(fā)展的過程中，我們發(fā)現(xiàn)國內(nèi)的業(yè)主對中空玻璃的認(rèn)識卻有著理論及實(shí)踐等各方面的不足，存在的問題嚴(yán)重的影響了中空玻璃本身的應(yīng)用。尤其對中空玻璃的較主要的性能評價標(biāo)準(zhǔn)之一的Ug值，并不是非常的重視。或者重視了，但是基于成本或者其他各方面的考慮，并沒有采取較合理有效的Ug值，造成設(shè)計、制造及后期應(yīng)用上的浪費(fèi)。雖然不合理的中空玻璃同樣能起到一定的節(jié)能效果，但是這個效果是有疑問的。導(dǎo)致的較終結(jié)果就是成本提高了，但是節(jié)能效果并沒有想象中的明顯，以此造成的浪費(fèi)就更大。

圖1、中空玻璃

    3、中空玻璃的Ug值
    中空玻璃的Ug值是指中空玻璃的傳熱系數(shù)，其傳熱形式主要有輻射傳熱、傳導(dǎo)傳熱及對流傳熱三種。其中輻射傳熱占60％，傳導(dǎo)傳熱占38％，對流傳熱占2％。因此中空玻璃單元的Ug值的改善，主要是降低輻射傳熱及傳導(dǎo)傳熱為主，同時還要考慮氣體對流的影響。 3．1 傳導(dǎo)傳熱對Ug值的影響
    不同的氣體間隔層厚度對中空玻璃的Ug值有很大的影響。同樣，不同的氣體對Ug值也有不同的效果�，F(xiàn)下就不同的氣體及氣體層厚度進(jìn)行比較。我們采用兩片4毫米白玻進(jìn)行了模擬。比較了不同氣體的間隔層大小對Ug值的影響，從中我們發(fā)現(xiàn)氙是較理想的間隔層氣體，其在9mm的時候能夠達(dá)到較小Ug值2.51，其次是氪在12mm時，能夠達(dá)到2.55，再次為氬的16mm的2.62，然后時空氣和SF6他們分別為2.75和3.04。

圖2 傳熱過程

圖3 不同氣體層厚度對Ug值的影響

表1 不同氣體的較佳間隔層
種類  SF6  Xenon  Krypton  Argon  Nitrogen  Oxygen  Air 
厚度/mm  7  9  12  16  18  18  18 
Ug值（白玻）  3.04  2.51  2.55  2.62  2.74  2.73  2.75 
厚度/ mm  5  7  10  16  18  18  18 
Ug值（Low-E）  2.11  1.06  1.16  1.30  1.55  1.54  1.56  

    從表1中我們可以發(fā)現(xiàn)若以空氣作為間隔氣體，其厚度要達(dá)到18mm左右，而SF6雖然達(dá)到Ug值較小時的厚度才7mm，但是它的Ug值卻為3.04。其Ug值比空氣還要高0.29。完全不能起到隔熱的效果，SF6的主要作用就是隔音。而對于熱輻射率值為0.1的low-e玻璃而言，Xenon和Krypton可以進(jìn)一步的減小其厚度，降低空氣的對流對傳熱的影響，達(dá)到更小的Ug值的同時還減少了密封膠等材料的使用量。但是Xenon和Krypton是非常稀有的氣體，填充這些氣體的成本遠(yuǎn)比減少的密封材料的成本高出許多。因此雖然其效果非常理想，但是考慮到成本，原材料獲得等因素，不推薦使用。
    從表1中我們還可以發(fā)現(xiàn)Argon作為惰性氣體，其也是一種相當(dāng)好的降低Ug值的填充氣體。雖然相對于Krypton高出了0.14，但是其成本相對Xenon和Krypton要低很多。但是其在配合使用low-e玻璃的情況下，其Ug值比填充空氣的要低0.26。因此Argon作為間隔層填充氣體，其明顯的優(yōu)勢就在于填充Argon以后可以明顯的降低中空玻璃的Ug值，達(dá)到更好的保溫效果，而成本相對整塊中空玻璃的價格而言卻是非常的小，對于節(jié)能環(huán)保有非常嚴(yán)格的要求的歐洲國家，他們都采用間隔層中填充Argon的方法以達(dá)到更低的Ug值。

表2 不同含量的Argon對Ug值的影響 Argon含量  0％  10％  25％  40％  65％  80％  90％  100％ 
Ug值（白玻）  2.76  2.73  2.72  2.70  2.67  2.65  2.63  2.62 
Ug值（low-e）  1.57  1.53  1.49  1.45  1.39  1.35  1.32  1.30  

    表2為不同Argon含量的Ug值，計算以16mm間隔層作為參考依據(jù)。表中我們可以發(fā)現(xiàn)，充氣量的多少對Ug值的影響很大。為了得到比較理想的Ug值，其Argon的充填量較好大于90％。
    3．2 輻射傳熱對Ug值的影響
    輻射傳熱主要來自兩個部分，一個是太陽能的輻射，另外一個是中遠(yuǎn)紅外輻射。太陽輻射光譜可分為三個部分：紫外線(波長在300-400nm)， 其占太陽輻射能量的3％；可見光(波長范圍在400一700nm)，其占太陽輻射能量的48％；近紅外(波長范圍在700-2500nm)，占太陽輻射能量的49％；中遠(yuǎn)紅外的輻射能量基本上等同于太陽的總輻射能量。 
    對于建筑玻璃而言，與太陽輻射有關(guān)的一個主要指標(biāo)是SC值，與黑體輻射部分有關(guān)的指標(biāo)是Ug值，而黑體輻射的主要部分是中遠(yuǎn)紅外的傳熱。紅外部分的傳熱過程主要是玻璃吸收熱量后，通過玻璃表面再次向外輻射的過程，這個重要指標(biāo)即玻璃的表面熱輻射率。因此要降低Ug值的有效方法就是通過降低熱輻射率，減少玻璃對熱量的吸收，從而可以減少因為玻璃吸收后再輻射的熱量。Low-E玻璃就是在玻璃表面鍍金屬或者金屬氧化物提高玻璃中遠(yuǎn)紅外的熱反射，降低熱輻射率值，以此降低玻璃因為黑體輻射而產(chǎn)生的熱傳遞。
    圖5顯示玻璃的熱輻射率值越小，中空玻璃的Ug值也越小。因此，選用不同熱輻射率值的Low-E玻璃，對中空玻璃的Ug值有很大的影響，一般市場上多見的為2種Low-E玻璃，在線低輻射Low-E玻璃及離線低輻射Low-E玻璃。它們的熱輻射率一般在0.18和0.1左右，因此他們在填充Argon的情況下，Ug值能夠達(dá)到1.6和1.3左右。國內(nèi)市場上的在線和離線的鍍膜玻璃都能達(dá)到比較理想的設(shè)計要求。因此為了得到比較理想的節(jié)能效果Low-E中空玻璃是一個很好的選擇。

圖4 太陽輻射及黑體輻射

圖5 4＋16A＋4不同輻射率的Ug值

    4、總結(jié)
    隨著新材料的開發(fā)及各種新的技術(shù)的應(yīng)用，中空玻璃的Ug值也在進(jìn)一步的降低，更低Uf值的窗框的使用，暖邊技術(shù)的發(fā)展，玻璃鍍膜尤其是雙銀的低輻射率Low-E的開發(fā)等，都能更有效的降低玻璃的Ug值，達(dá)到更加理想的保溫節(jié)能的效果。但是依據(jù)目前的情況，及中空玻璃在中國的發(fā)展?fàn)顩r，選擇在線或者離線的單銀Low-E的中空玻璃，填充Argon是一個比較理想的選擇。其Ug值能夠達(dá)到1.3，完全能夠?qū)崿F(xiàn)國家提出的節(jié)能50％的目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
Analysing the factors of the IGu Ug value Abstract Different kinds of spacers with different gas influence the Ug value largely. This article is written to find the better choice of the gas and spacer width. We find that the IGu with the 16mm spacer and filled the Argon will get a better Ug value. And we also simulate the Emissivity-Ug value curve to evaluate the low-e glass whether it can be used suitably. So the designer, builder and engineer may find some information from this article.