什么是低輻射玻璃？

在我們的日常生活中，玻璃隨處可見。小到早晨起床洗漱時用到的鏡子，大到建筑的玻璃幕墻，這些都是玻璃制成的。玻璃是重要的建筑材料，今天要講的，是玻璃家族中的新貴——低輻射玻璃。

 

那么究竟什么是低輻射玻璃呢？下面，我們就一起來揭開它的神秘面紗吧。內容主要包括三點：

 

1.低輻射玻璃的工作原理；

 

2.制作工藝與分類；

 

3.低輻射玻璃在建筑節能中的應用。

 

 

市面上玻璃那么多，哪種玻璃才是低輻射玻璃呢？別著急，往下看：

 

低輻射玻璃，簡稱Low-E玻璃，是英文Low Emissivity的縮寫。這是一種在玻璃表面鍍上多層金屬或其他化合物組成的膜系產品，其鍍膜層具有對可見光的高透過及對中遠紅外線高反射的特性。簡單來說，就是這種玻璃能透光，但當來自太陽或暖通空調的熱能（紅外線）撞擊低輻射玻璃時，它會被反射回原來的空間，而不是通過玻璃傳遞。

 

我們再來看看它的工作原理：

 

 

Low-E玻璃通常看起來是有顏色的，但與有色玻璃不同，有色玻璃是通過在玻璃本身中添加合金材料制成的，而Low-E玻璃的表面有一層由各種金屬顆粒組成的微觀薄層(通常是多層)。這些金屬薄層將Low-E玻璃變成了過濾器，使得它可以過濾光線，從而具有卓越的隔熱性能。

 

不同類型的能量有不同的波長，通過在玻璃表面添加各種金屬的薄層，可以選擇過濾哪種類型的能量。如果您想過濾掉熱量（長波長，即紅外線），同時允許光（較短波長）直接通過，Low-E玻璃就可以做到這一點。

 

 

這么神奇的玻璃，是怎么制作出來的呢？目前商業化制造Low-E玻璃有兩種成熟的工藝技術，分別是：物理方法的“真空磁控濺射工藝”（離線Low-E），采用化學方法的“化學氣相沉積工藝”（在線Low-E）。

 

真空磁控濺射技術是指一種利用陰極表面配合的磁場形成電子陷阱，使在E×B的作用下電子緊貼陰極表面飄移的技術。

 

▲真空磁控濺射原理

 

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）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。

 

 

此處需要注意一個細節：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。

 

由于是采用真空磁控濺射工藝和設備在玻璃板上鍍Low-E膜，膜層與玻璃板表面之間是分子鍵，膜層與玻璃表面之間的牢固度較低，膜層本身較“軟”，易劃傷、磨傷，銀膜長時間暴露在空氣中還易氧化、變性，因此離線Low-E玻璃膜也俗稱“軟膜”。

 

 

由于其“軟膜”的特性，因此離線Low-E玻璃不能裸用，即不能單獨使用。那該如何應對呢？通常要將Low-E玻璃制作成中空玻璃，且Low-E膜位于中空玻璃空氣腔中，以保護Low-E膜不被劃傷、磨傷。并且要在兩塊玻璃中間充入干燥的惰性氣體（通常是Ar氬氣），這樣不僅能保護Low-E膜層不被氧化，還可以降低中空玻璃的傳熱系數U值，增加中空玻璃的隔熱性。

 

▲化學氣相沉積技術原理示意圖

 

化學氣相沉積是一種化工技術，該技術主要是利用含有薄膜元素的一種或幾種氣相化合物或單質、在襯底表面上進行化學反應生成薄膜的方法。大致包含三步：

 

a.形成揮發性物質；

 

b.把上述物質轉移至沉積區域；

 

c.在固體上產生化學反應并產生固態物質。

 

在線Low-E膜層與玻璃板表面之間是化學鍵，膜層與玻璃表面之間的牢固度較高，膜層本身非常“硬”，不易劃傷、磨傷，膜層長時間暴露在空氣中也沒有氧化、變性問題，因此在線Low-E玻璃膜也俗稱“硬膜”。在線Low-E玻璃能裸用，即可單獨使用。

 

 

因為真空磁控濺射工藝（離線Low-E）玻璃的傳熱系數比化學氣相沉積工藝（在線Low-E）玻璃的效果好一點，所以目前市場上真空磁控濺射工藝（離線Low-E）玻璃要更多一些。

 

根據不同標準，我們了解下Low-E玻璃的常見分類。

 

單銀Low-E鍍膜玻璃通常只含有一層功能層（銀層），加上其他的金屬及化合物層，膜層總數達到5層；

 

雙銀Low-E鍍膜玻璃具有兩層功能層（銀層），加上其他的金屬及化合物層，膜層總數達到9層。然而，雙銀Low-E玻璃的技術工藝控制難度比單銀大的多；

 

三銀Low-E鍍膜玻璃具有三層功能層（銀層），加上其他的金屬及化合物層，膜層總數達到13層以上。

 

 

PS：Low-E膜的主要功能層是銀層，銀是自然界中輻射率最低的物質之一，在玻璃表面上鍍上一層納米級別的銀層，可以使玻璃的輻射率從0.84降低至0.02-0.12。這層鍍膜層具有對可見光高透過及對中遠紅外線高反射的特性，從而將太陽光過濾成冷光源，既滿足自然采光要求，又能保證舒適的室溫。

 

 

高透型：透光率70%以上，能讓大量的可見光進入室內。我國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，又能滿足自然采光需求；

 

中透型：透光率50%-70%，對可見光有較強的阻擋作用；

 

低透型：透光率50%以下，對可見光有很強的阻擋作用。中低透型Low-E玻璃適合日照比較強的地方，在滿足正常采光需求的同時，光線又不會太刺眼；

 

 

3）按遮陽系數（Sc）：遮陽系數是指玻璃遮擋太陽光能力的系數。遮陽系數Sc值越高，透過玻璃進入室內的太陽能輻射就越多，適合冬季漫長的北方地區；遮陽系數Sc值越低，對太陽直接輻射的阻擋效果就越好，可減少進入室內的太陽直接輻射能，適合夏季漫長的南方地區；

 

 

4）按傳熱系數（U）：傳熱系數U值表示在穩定狀態下，玻璃內外表面在單位時間與溫差內通過一平方米的熱量。在相同的室內外溫差下，U值低意味著玻璃因溫差傳熱而傳遞的熱能少，玻璃保溫性能好，適合冬季室內保溫需求高的地區；

 

5）以上類型的組合。如：單銀高透型Low-E玻璃，兼備了單銀型和高透型Low-E玻璃的優點。

 

 

現在就來說說大家最關心的問題：Low-E玻璃在建筑中的實際應用。

 

我國幅員遼闊，南北跨度大，氣候差異明顯，對應的建筑也存在差異。那么，Low-E玻璃是如何在不同地區發揮作用的呢？

 

如：我國東北地區。這些地區冬季時間較長，且冬季氣溫極低，白天光照時間短，光照強度弱。高透型Low-E玻璃由于透光率較好，可以最大限度的利用自然光。同時在Low-E玻璃的內層放置鍍膜面，從而達到較好的保溫效果。

 

應用原理：室內溫度高于室外，遠紅外熱輻射主要來自室內，Low-E玻璃可將其反射回室內從而保持室內的熱量不外泄。對來自室外的部分太陽能輻射，Low-E玻璃仍能允許其進入室內，這部分能量被室內物體吸收后又轉變成遠紅外熱輻射而被留在室內。

 

 

我國南方大多屬于夏熱冬暖地區，夏天升溫快，冬季對采暖需求相比于北方地區更低。在這些地區可以使用單銀型或雙銀型Low-E玻璃，這樣外面的熱量就難以進入室內，降低了空調制冷所要消耗的能源。

 

應用原理：室外溫度高于室內，遠紅外熱輻射主要來自室外，Low-E玻璃可將太陽光中的中遠紅外線反射回去，只讓可見光通過，使太陽光變成冷光源，阻止了熱量進入室內，這樣在達到節能目的的同時又能滿足室內的采光需求。

 

 

如：我國中部地區。這一地區的氣候特點是四季區分明顯，冬夏溫差較大，氣候條件相對復雜且更加多變。在這些地區可以使用低透遮陽型Low-E玻璃，夏季可以減少玻璃的透光率，阻止室外的熱輻射進入室內，使建筑內部的升溫不明顯；冬季，低透型的Low-E玻璃雖然透光率相對較低，但可以滿足正常的采光需求，同時又能阻止室內暖氣及其他熱量傳出室外。

 

在這種類型的地區既要考慮到夏季散熱，同時又必須注意冬季的保暖。采用適當的Low-E玻璃可以在夏季和冬季之間找到平衡，以實現節能效果的最大化和采光需求的雙贏。

 

 

總結下來，Low-E玻璃對節能的貢獻主要從兩個方面體現：

 

1）Low-E膜可以減少玻璃兩側因溫差而引起的熱量傳遞（即溫差傳熱）;

 

2）Low-E膜能有效阻隔太陽輻射，從而限制太陽照射透過玻璃的輻射熱能（即輻射傳熱）。

 

 

今天的分享就到這里了。我們的生活、工作、學習環境與玻璃密不可分，目前Low-E玻璃已經廣泛的運用在建筑物的外立面等地方，未來的發展又將如何呢？歡迎留言告訴小編你的想法！最后，用一張導圖來總結內容重點：

 

來源：1m建筑裝飾沙龍