熱反射玻璃與LOW-E玻璃的工藝分析及節能原理

巫中藝，王思霖，唐無忌，楊 翠，趙 偉

（四川大學錦城學院 四川 成都 611731）

1 引言

鍍膜玻璃又叫反射玻璃，指在浮法玻璃的表面鍍上一層或多層的金屬、合金或金屬化合物薄膜，讓其對太陽輻射的光譜（如：可見光、紅外光、紫外線等）進行有選擇性的反射和吸收，從而達到采光、隔熱的節能效果。節能鍍膜玻璃分為熱反射玻璃和LOW-E玻璃。熱反射玻璃是對太陽具有反射作用，LOW-E玻璃是低輻射鍍膜玻璃，在浮法玻璃上鍍有金屬銀，故可反射紅外線，降低玻璃表面輻射率。

2 熱反射玻璃和LOW-E玻璃的真空磁控濺射工藝

熱反射玻璃又稱陽光控制鍍膜玻璃，采用的金屬原料有鐵、錫、鈦或不銹鋼等金屬，也可采用化合物。熱反射玻璃和LOW-E玻璃都可采用真空磁控濺射工藝，其原理是將欲沉積的材料制成靶材（陰極），靶材接高壓，將無可見雜質透明的玻璃放入真空且充入惰性氣體的真空室中，置于與陰極間隔一定距離且正對靶面的陽極上。惰性氣體通常為Ar（氬氣是一種惰性氣體，在空氣中含量最多，具有低傳熱率，因此可降低玻璃的傳熱系數，降低玻璃導熱，從而保護玻璃膜層）在陰極和陽極間加上高壓，兩級間產生輝光放電，產生等離子體，電子在電場的作用下，飛向玻璃基片時與氬原子產生了碰撞，碰撞電離出了新的電子，隨著碰撞次數增加，在電磁場作用下，新的電子逐漸遠離靶表面，飛向玻璃基片后沉積在上面。電離出的氬離子加速飛向靶材，并以高能量轟擊靶面，產生濺射，其中靶原子或分子也沉積在玻璃基片上，形成了薄膜，這是物理氣相沉積現象。鍍膜玻璃在追求節能的同時也要符合一定的美觀性，因此靶材需要在玻璃基片表面來回移動，所涂鍍的膜層才可均勻且有一定的厚度，這種方法叫做離線真空磁控濺射，是一種新穎的材料合成與加工的新技術[1]。

LOW-E玻璃（低輻射鍍膜玻璃）的加工與熱反射玻璃加工工藝不同之處在于需要在上述工藝中的原料里加入Ag、Si，在玻璃基片上鍍上一層純銀層，并使純銀層置于金屬氧化膜之間，這樣的好處是可保護純銀層的顏色，增加光投射度。通過此方法制造的LOW-E玻璃不可作為單片使用和儲存，需要及時合成，因為其輻射率低于0.15，穩定性差，極易與空氣氧化從而失去節能性，在線鍍膜工藝制造的LOW-E玻璃可單片使用。

3 熱反射玻璃和LOW-E玻璃的節能原理

太陽輻射能通過對大氣層的吸收和反射后，到達地面的太陽輻射能比大氣層上界小，能量主要集中在紅外光線和可見光。玻璃接收的太陽輻射能主要由太陽直射、散射以及反射三部分組成。自然界還有一種能量形式是各種物體吸收了太陽能，并向環境中輻射的遠紅外線輻射能，是由室外太陽照射和室內電器產生的熱能兩部分組成，太陽照射在玻璃上的能量會被玻璃吸收、反射或與空氣形成對流，兩種輻射能都會讓玻璃溫度升高，從而使溫度在室內形成對流循環，在夏季或熱帶地區，將會出現長時間用空調等降溫的高耗能行為，因此，熱反射玻璃和LOW-E玻璃的出現就很好地解決了這些問題[2]。

3.1 遮陽系數、傳熱系數、可見光透過率

遮陽系數（Sc)：顧名思義，即為玻璃遮擋太陽光能力的系數，對于玻璃幕墻或門窗這種遮陽裝置，遮陽系數是體現遮陽效果的關鍵標準。遮陽系數包含了兩部分能量，遮陽系數越小，抵御太陽能向室內輻射的性能就越好。熱反射玻璃和LOW-E玻璃的遮陽系數都比較低。

玻璃的傳熱系數（U）需符合或高于標準的規定。傳熱系數表示在穩定狀態下，玻璃內外表面在單位時間與溫差內通過一平方米的熱量。玻璃自身熱阻很小，若傳熱系數越大表示與空氣對流傳熱越多，容易導致室內溫度上升，玻璃的傳熱系數可衡量玻璃的節能與否。影響玻璃傳熱系數的因素主要與玻璃厚度、玻璃內外氣體密度、玻璃表面輻射率、氣體比熱容、氣流速度等性能有關。LOW-E玻璃的U值可以降到很低。

可見光透過率是玻璃對可見光的透射能力。透明玻璃的可見光透射率隨玻璃厚度的減少而增大，T v≥0.65，吸熱玻璃的可見光透射率在0.54左右，低透光熱反射玻璃的可見光透射率在0.15左右，單片LOW-E玻璃的可見光透射率在0.55左右。

3.2 熱反射玻璃的節能性及應用

熱反射玻璃（陽光控制鍍膜玻璃）具有較低的遮陽系數，可有效阻止熱輻射，具有較高的熱反射能力，遮光隔熱性能好。對太陽輻射的反射率高達30%，可保持熱反射玻璃的透光性。對可見光的透射率小，具有單向透視性，人們可以在白天從室內看到外面的景象，而在室外則無法看見室內的事物，夜晚，由于室內有照明燈，室內無法看見室外的事物，提高了工作環境的舒適度和抗干擾能力。

在北半球的夏季，太陽離北回歸線近，高度角大，太陽輻射強度大，熱反射玻璃遮陽系數小，對抵御太陽能向室內輻射起到了很好的效果。在冬季，太陽斜射北半球，太陽高度角小，到達地球的能量密度較小，因此熱反射玻璃對冬季或寒冷地區起到的效果很小。熱反射玻璃主要用來制成中空玻璃或夾層玻璃窗，應用于夏熱冬暖的地區。

3.3 LOW-E玻璃的節能性及應用

LOW-E玻璃（低輻射鍍膜玻璃），對陽光波長進行有選擇性地吸收和反射，其對可見光有較高的透射率，對紅外線也有很高的反射率，汽車的擋風玻璃亦如此。根據不同類型分為高透型LOW-E玻璃（適合寒冷的北方地區）、遮陽型LOW-E玻璃（南北地區都適用）和雙銀型LOW-E玻璃。

遮陽系數較小，應用在建筑物門窗上可有效控制太陽能輻射，因此吸收外來的熱量很少，傳入室內的熱量也相應較少，LOW-E玻璃中鍍有銀層，銀可將98%以上的遠紅外熱輻射反射出去。

其傳熱系數較小可有效阻斷遠紅外線輻射，根據平常生活中晾曬衣服都要將衣服反過來晾曬的原理可知紫外線具有使物品褪色的不利作用，LOW-E玻璃能有效阻擋紫外線透過使屋內物品褪色，在夏季時，太陽照射地球，室內溫度明顯低于室外，室外的遠紅外輻射能遠高于室內，可阻止室外的熱輻射進入室內。具有熱能單向流動性，冬季寒冷時，人們使用取暖設備使室內溫度高于室外，遠紅外輻射則主要來自室內，LOW-E玻璃可將其直接反射回室內保持室內熱量循環，溫度穩定，且允許室外的太陽能輻射到屋內轉變為紅外熱輻射留在室內，起到了保溫效果，降低在建筑物內取暖生成的二氧化碳等有害氣體的排放[3-4]。

4 結語

玻璃是當今世界應用最為廣泛的一種建筑材料。人們生活、工作和學習的環境與玻璃建筑密不可分，人們也越來越注重健康與環境的重要性，越來越注重資源的保護和有效利用，節能鍍膜玻璃的出現就是很好的體現。