玻璃的节能特性与节能玻璃
玻璃作为透明材料被广泛应用于建筑、交通运输、船舶、航空、制冷等行业，它不仅是良好的透明材料也是一种良好的热导性材料。不管玻璃被应用于哪个领域，通过玻璃进行热传导都会发生，而透过玻璃的热传导大部分是能量损失。例如在建筑上使用的普通平板玻璃所发生的能量损失所占的比例很大，据资料介绍普通玻璃应用于建筑上，有1/3能量是通过玻璃的传导而损失的。
目前在世界性能源紧张的今天节能已成为一种趋势，减少通过玻璃的能量损失越来越被建筑师和建筑使用者所重视，几乎所有的建筑师都希望能透过某种途径尽量减少建筑上的损失，以使建筑物的能耗尽量少。减少透过玻璃的能量损失已被提到议事日程。其实节能玻璃在最近几年已获得了长足的发展，只是人们对玻璃的认识还不十分全面，因此掌握玻璃的节能特性对正确选用玻璃品种至关重要。
1 玻璃节能评价的主要参数
自然界中热量的传递通常有三种形式：对流、辐射和传导。由于玻璃是透明材料，通过玻璃的传热除上述三种形式外还有太阳能量以光辐射形式的直接透过。衡量通过玻璃进行能量传播的参数有热传导率及K值（在美国称为U值）、太阳能透过率、遮蔽系数、相对热增益等。
1.1 K值
K值表示的是在一定条件下热量通过玻璃在单位面积（通常是1m2）、单位温差（通常指室内温度与室外温度之差一般1℃或1K）、单位时间内所传递焦耳数。K值的单位通常是W/㎡K。K值是玻璃的传导热、对流热和辐射热的函数，它是这三种热传方式的综合体现。玻璃的K值越大，它的隔热能力就越差，通过玻璃的能量损失就越多
1.2 太阳能参数
透过玻璃传递的太阳能其实有两部分，一是太阳光直接透过玻璃而通过的能量；二是太阳光在通过玻璃时一部分能量被玻璃吸收转化为热能，该热能中的一部分又进入室内。通常有三个概念来定义：
（1）太阳光透射率
太阳光以正常入射角透过玻璃的能量占整个太阳光入射能的百分数。
（2）太阳能总的透过率
太阳光直接透过玻璃进入室内的能量与太阳光被玻璃吸收转化为热能后二次进入室内的能量之和占整个太阳光入射能的百分数。
（3）太阳能反射率
太阳光被所有表面（单层玻璃有两个表面，中空玻璃有四个表面）反射后的能量占入射能的百分数。
1.3 遮蔽系数
遮蔽系数是相对于3mm无色透明玻璃而定义的，它是以3mm无色透明玻璃的总太阳能透过率视为1时（3mm无色透明玻璃的总太阳能透过率是0.87）其他玻璃与其形成的相对值，即玻璃的总太阳能透过率除以0.87。
1.4 相对热增益
用于反映玻璃综合节能的指标，它是指在一定条件下即室内外温度差为15℃时透过单位面积（3mm透明，1㎡）玻璃在地球纬度30O处海平面，直接从太阳接受的热辐射与通过玻璃传入室内的热量之和。也就是室内外温差在15℃时的透过玻璃的传热加上地球纬度为30O时太阳的辐射热630W/㎡与遮蔽系数的积。相对热增益越大，说明在夏季外界进入室内的热量越多，玻璃的节能效果越差。对于玻璃真实的热增益是由建筑所处的地球纬度、季节、玻璃与太阳光所形成的夹角以及玻璃的性能共同决定的。影响热增益的主要因素是玻璃对太阳能的控制能力即遮蔽系数和玻璃的隔热能力。
相对热增益特别适合于衡量低纬度且日照时间较长地区向阳面玻璃的使用情况，因为该指标是在室外温度高于室内温度时室外热流流向室内且太阳能也同时进入室内的情况下而给定的。
对于不存在太阳能辐射部位使用玻璃时，反映玻璃保温能力的指标只有K值。
建筑节能高性能中空玻璃及其节能效果
2 节能玻璃的主要品种
随着技术的不断进步玻璃品种越来越多，目前主要以节能为目的的品种有吸热玻璃、镀膜玻璃、中空玻璃、真空玻璃等。
2.1吸热玻璃
吸热玻璃是在玻璃本体内掺入金属离子使其对太阳能有选择地吸收同时呈现不同的颜色，吸热玻璃的节能是通过太阳光透过玻璃时将光能转化为热能而被玻璃吸收，热能以对流和辐射的形式散发出去从而减少太阳能进入室内。
2.2镀膜玻璃
镀膜玻璃在建筑上的应用主要有两种，即热反射玻璃（也称太阳能控制玻璃）、低辐射玻璃。
热反射玻璃是在玻璃表面镀上金属、非金属及其氧化物薄膜使其具有一定的反射效果，能将太阳能反射回大气中而达到阻挡太阳能进入室内使太阳能不在室内转化为热能的目的。太阳能进入室内的量越少，空调负荷也就越少；热反射玻璃的反射率越高说明其对太阳能的控制越强，但是玻璃的可见光透过率会随着反射率的升高而降低，影响采光效果，太高的玻璃反射率也可能出现光污染问题。
普通平板玻璃的辐射率较高，通常为0.84。低辐射玻璃是通过在玻璃表面涂敷低辐射涂层使表面的辐射率低于普通玻璃从而减少热量的损失来达到降低采暖费用实现节能目的。衡量低辐射玻璃节能效果的重要指标是辐射率。辐射率越低通过玻璃表面发生的辐射损失越少，玻璃的节能效果越好。
2.3中空玻璃
中空玻璃的节能效果
建筑物在冬季从窗户散失的热量是很大的。据美国统计，建筑物通过窗户散失的能量约占建筑物消耗能量的30%。在瑞典占的比例更大，约70%。我国统计资料表明约占50%。国内外的实践证明，提高建筑物围护结构的保温性能，特别是提高窗户的保温性能是防止建筑物热量散失的最经济、最有效的方法。中空玻璃在建筑上的应用起到了关键的作用。据美国资料报导，高层办公楼采用银灰色中空玻璃窗每平方英尺每年采暖能耗为5494KJ，比用单层玻璃窗节能约2/3（单层玻璃窗每平方英尺每年采暖能耗为17775KJ）。
随着我国国民经济的发展，国家对环境保护、节能、改善居住条件等问题要求越来越高，相应地制定了一批技术法规。1995年修订的《民用建筑节能设计标准》〈JGJ26095〉（以下简称新标准）要求建筑物采暖能耗比80年代的标准降低50%（其中建筑物承担30%，采暖系统承担20%），对建筑物围扩结构材料和门窗的传热系数提出了新的要求。单层玻璃窗的传热系数为6W/㎡.K单框双玻钢塑复合窗的传热系数为3.5W/m2.K，单框双玻塑料窗的传热系数为2.6 W/㎡.K。窗户的传 热系数要达到2.5 W/㎡.K以下必须采用中空玻璃。
根据新标准，北京、天津、沈阳、大连等地采用双玻就能满足要求。但是双玻容易产生结露问题，特别是当双玻密封不严时，中空层玻璃内表面容易结雾而影响使用性能。因此，用中空玻璃取代双玻窗是必然发展趋势。
虽然我国新标准对窗户的传热系数的要求比原来的标准有了很大提高，但同国外相比还有一定的差距。
目前我国建筑业使用中空玻璃的主要问题是建筑造价增加。建筑造价的增加可以很快从节能中收回。规划部门所作的建筑物使用中空玻璃的技术经济计算结果表明，在我国寒冷地区（东北、内蒙）使用中空玻璃取得的节能效果，在4～5年内就可补偿增加的建筑造价。中空玻璃由于在两片玻璃之间形成了一定的厚度并被限制了流动的空气或其他气体层从而减少了玻璃的对流和传导传热，因此它具有了较好的隔热能力。
例如由两片5mm普通玻璃和中间层厚度为10mm的空气层组成的中空玻璃，在热流垂直于玻璃进行热传递时对流传热，传导传热、辐射传热各约占总传热的2%、38%、60%，同时中空玻璃的单片还可以采用镀膜玻璃和其他节能玻璃，能将这些玻璃的优点都集中于中空玻璃上，也就是说中空玻璃还可以集本身和镀膜玻璃的优点于一身，从而发挥更好的节能作用。如用一层5mm厚、表面辐射率0.2的低辐射玻璃和一层厚度为5mm的普通玻璃组成的空气层为9mm的中空玻璃其K值月约为2.1W/㎡K。如果使用辐射率为0.08的低辐射玻璃并且将空气层中的空气用氩气置换空气层的厚度选择12mm，其K值可以达到1.4W/㎡K。如果在中空玻璃的外片选择热反射玻璃他还具有控制太阳能的作用。
2.4真空玻璃
真空玻璃是目前节能效果最好的玻璃，真空玻璃是在密封的两片玻璃之间形成真空从而使玻璃与玻璃之间的传导热接近于零，同时真空玻璃的单片一般至少有一片是低辐射玻璃。低辐射玻璃可以减少辐射传热，这样通过真空玻璃的传热其对流、辐射和传导都很少，节能效果非常好，但目前国内尚未形成生产能力。
2.5高性能中空玻璃
随着国家的建筑节能政策的逐步落实，中空玻璃正在不断地得到推广应用，在节能方面取得了显著的结果。但同时应该看到，我们目前应用的中空玻璃的综合性能是比较低的。比如说，通过玻璃的热传递包括三个方面，即热辐射、对流和传导，但普通中空玻璃只解决了其中的热对流问题，而对影响热传递大得多的辐射和传导并没有解决。因此，普通中空玻璃的节能效果是有限的。高性能中空玻璃则三管齐下，从解决辐射、对流和传导同时入手，节能效果的提高是十分显著的。此外，高性能中空玻璃的性能还包括：抗冷凝、降低噪音、提高热阻和减少中空玻璃炸裂等方面。高性能中空玻璃的这些综合性能的特点，可以概括为三个方面：绿色、健康、舒适。
绿色据2004年版的《建筑玻璃实用手册》研究成果，与普通中空玻璃相比，高性能中空玻璃的节能改善程度是36%～44%，效果是十分显著的。高性能中空玻璃在配置上，采用低辐射玻璃和超级间隔条时，比普通中空玻璃提高节能36%；采用低辐射玻璃、超级间隔条和氩气时，比普通中空玻璃提高节能44%。节能效果的改善对最终用户来说，用于能源的费用支出会有明显的减少。
虽然高性能中空玻璃的支出与普通中空玻璃相比会有所增加，但由于能源费用的节省可使增加的支出在数年内收回。比如，在北京地区采用高性能中空玻璃的回报期约为4年。因此，使用高性能中空玻璃所增加的费用，不应视为成本的增加，而应该视为是一项理智的投资。此外，节能效果的改善，还意味着降低能耗，减少环境污染。
高性能中空玻璃的节能效果取决于低辐射玻璃、惰性气体和超级间隔条的应用。高性能中空玻璃的其它性能与超级间隔条有着密切关系。因此有必要对此重点介绍。
减少密封胶的应力中空玻璃受外界影响，如紫外线照射、热膨胀、风压和气压等变化，会像“气泵”一样经常进行胀缩运动。超级间隔条使用的热固硅酮材料，具有非常好的弹性，每次胀缩后，总能恢复到初始位置。相比之下，铝间隔条是刚性材料，不能像超级间隔条伴随中空玻璃的自然胀缩运动。
使用超级间隔条制作的中空玻璃的耐久性和密封寿命经P1加速老化实验表明其密封寿命可达100年以上。此外，使用超级间隔条，还可以减少中空玻璃的边部应力，从而减少中空玻璃炸裂现象地发生。
舒适高性能中空玻璃能保持室内最佳湿度和降低噪音。
北方的冬天，由于室内外的温差较大，一般会在室内的玻璃边部出现冷凝。冷凝是温度和湿度的函数。人们可以通过降低室内的相对湿度减少冷凝。但这种方法的效果是十分有限的。
一般来说，人类最适应的相对湿度为35%～60%，低于下限，人们会感到房间十分干燥；超出上限，人们会感觉房间内湿漉漉的。采用超级间隔条制作的三玻两腔中空玻璃，即使在寒冷的冬天，也能在保证最佳相对湿度的同时，消除窗户的冷凝现象。
降噪作用。超级间隔条具有封闭的微孔结构，与传统的铝间隔条和含部分金属的间隔条相比，通过超级间隔条所传递的声音微乎其微。美国ATI实验室的实验结果显示，使用超级间隔条制作的中空玻璃与使用铝间隔条制作的中空玻璃相比，减少噪音多达18%，约2～2.5分贝。因此，高性能中空玻璃特别适用于那些住在倍受飞机、机车和汽车噪音困扰的建筑物内的人们。
健康超级间隔条的热传导系数是0.16W/㎡·K,仅为铝间隔条的1/950，不锈钢的1/85，复合胶条的1/4。
热阻越大意味着两片玻璃之间的热传递越少。超级间隔条的热阻值为3.03,铝间隔条的热阻值为2.7。与使用铝间隔条的中空玻璃相比，使用超级间隔条制作的中空玻璃可提高热阻值0.33，改善12%。这意味着用于能源的支出费用减少、减少冷凝和结霜，从而降低霉菌的繁殖机会。
霉菌需要湿气来繁殖生长。使用超级间隔条制作的中空玻璃可以显著地减少室内窗户的冷凝或结霜现象，这意味着影响人体健康的霉菌几乎可以完全被消除掉。据加拿大卫生部的一项研究结果表明，超级间隔条可以确保中空玻璃处于防止霉菌和细菌繁殖的最佳低湿度区域。
美观现代建筑越来越多地体现着曲线美，更多地使用弯中空玻璃等异型玻璃。超级间隔条是含有分子筛的硅酮微孔结构的连续性间隔条并具有弹性，所以易加工制作各种异型玻璃，特别是双曲和单曲（XYZ）玻璃；而金属间隔条只适于制作XY的异型玻璃。
同时超级间隔条有多种颜色，给人们提供了更多选择余地。
综上所述，超级间隔条是高性能中空玻璃的首选材料，不但明显地提高了中空玻璃的节能效果，而且还改善了抗冷凝能力、提高降噪效果和解决玻璃炸裂问题，更重要的是确保最终用户至少20年的切切实实的节能效果。因此，在国家提出进一步提高建筑节能水平时，应不失时机地大力推广高性能中空玻璃，使之成为普通中空玻璃的更新换代产品。
3 节能玻璃的选择
随着玻璃加工技术的不断发展，可供选择的范围越来越大，但不管选择哪钟玻璃都应把玻璃是否能有效控制太阳能和能隔热保温即节省能源放在重要位置来考虑。要是玻璃在使用中能尽量减少能量损失，必须根据需要选择合适的玻璃。在选择使用节能玻璃时，应根据玻璃所在位置确定玻璃品种：日照时间长且处于向阳面的玻璃应尽量控制太阳能进入室内以减少空调负荷，最好选择热反射玻璃或吸热玻璃及由热反射玻璃或吸热玻璃组成的中空玻璃；寒冷地区或背阳面的玻璃应以控制热传导为主，尽量选择中空玻璃或低辐射玻璃组成的中空玻璃。只有因地制宜选择玻璃才能使节能玻璃更充分地发挥节能特性。