目前，玻璃陽光房應(yīng)用越來越廣泛，導(dǎo)致陽光房玻璃對(duì)建筑能耗的影響日益嚴(yán)重、無法忽視。 真空玻璃是由兩片鋼化玻璃邊緣封接，中間抽真空形成的一種高效保溫節(jié)能材料。在陽光房建筑中，真空玻璃傳熱系數(shù)U 值不受安裝角度變化，始終保持在0.5W/(m2·K)以下，本文通過對(duì)不同配置的真空玻璃立面及采光頂安裝時(shí)內(nèi)外側(cè)溫度進(jìn)行分析，確定了真空玻璃在陽光房應(yīng)用時(shí)的合適配置，為陽光房玻璃的設(shè)計(jì)選用提供參考。

關(guān)鍵字：陽光房玻璃 采光頂  真空玻璃

1、陽光房玻璃介紹

陽光房是屬于現(xiàn)代化風(fēng)格的新型建筑，大面積的玻璃，廣闊的視域，實(shí)現(xiàn)了居室和陽光的完美結(jié)合。陽光房玻璃如果選擇不合適，采光的同時(shí)也在“采熱”，這樣既增加了建筑物的能耗，又影響了空間的舒適性。因此，在確保陽光房玻璃安全情況下，陽光房玻璃的節(jié)能設(shè)計(jì)成為關(guān)鍵。作為一種特殊的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，玻璃對(duì)建筑形成的熱損失主要，體現(xiàn)在太陽輻射熱損失和熱交換熱損失兩個(gè)方面。玻璃采光頂在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中引起的熱交換熱損失與混凝土或磚混砌體相比大7～8倍，玻璃采光面積越大或玻璃熱工性能越差，建筑物能耗也越大。[1]目前，玻璃陽光房應(yīng)用越來越廣泛，導(dǎo)致陽光房玻璃對(duì)建筑能耗的影響日益嚴(yán)重、無法忽視。因此，選擇合適的玻璃及其組成部件，對(duì)于降低建筑能耗，改善室內(nèi)熱環(huán)境具有重要意義。

2、真空玻璃在陽光房的應(yīng)用

玻璃圍護(hù)結(jié)構(gòu)，通過其傳遞的熱量主要有溫差驅(qū)動(dòng)的熱傳導(dǎo)、太陽輻射傳熱和空氣滲透得失熱量。熱傳導(dǎo)量的大小和建筑采光頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)大小有直接的關(guān)系，太陽輻射傳熱和太陽得熱系數(shù) SHGC 有關(guān)，空氣滲透得失熱量取決于室內(nèi)外風(fēng)速、溫度引起的壓力變化和采光頂?shù)目p隙大小。

綜合以上因素，采光頂?shù)臒崞胶夥匠塘袨槿缦滦问剑?/span>

式中：Q—— 通過采光頂系統(tǒng)進(jìn)入室內(nèi)的熱量，W；

U—— 傳熱系數(shù)，W/(m2K)；

A—— 玻璃面積，m2；

Tout；Tin—— 室外、室內(nèi)空氣溫度，K ；

I——太陽輻射強(qiáng)度，W/m2；
　　SHGC——玻璃系統(tǒng)的太陽光總透射比；

 HGinf il-------- 空氣滲透帶來的總得熱，W；

對(duì)于陽光房玻璃而言，就是要選擇U值盡可能低，LSG值盡可能大的產(chǎn)品。真空玻璃因其優(yōu)異的保溫隔熱性、防結(jié)露性及隔聲性能等，在陽光房領(lǐng)域具備優(yōu)越的性能優(yōu)勢(shì)及廣闊的應(yīng)用前景。

2.1 真空玻璃節(jié)能優(yōu)勢(shì)

真空玻璃技術(shù)是由成熟的保溫瓶技術(shù)與玻璃深加工技術(shù)的完美結(jié)合。兩片玻璃的外邊緣用密封材料焊接在一起，兩片玻璃間的狹小間隙（0.3mm）呈高真空狀態(tài)(P≤0.1Pa)，為避免兩片玻璃接觸，兩片玻璃間分布細(xì)小支撐物，上下片玻璃為鍍膜玻璃或透明浮法玻璃，內(nèi)置吸氣劑保持真空玻璃真空度不改變。是繼中空玻璃、LOW-E 中空玻璃之后的第三代節(jié)能玻璃產(chǎn)品。真空玻璃應(yīng)用于陽光房有如下優(yōu)勢(shì)：

圖1 蘭迪鈦金屬真空玻璃結(jié)構(gòu)圖

1）真空玻璃具有極低的傳熱系數(shù)

從公式1可知，陽光房節(jié)能舒適的關(guān)鍵是選擇玻璃傳熱系數(shù)U值盡可能小 、太 陽 光 總 透 射比盡量小（有特殊用途的，例如嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)陽光房除外）。 目前大多陽光房選用鍍膜玻璃、LOW-E玻璃、熱反射夾層玻璃制作的中空玻璃，來降低傳熱系數(shù)及太陽光總透射比。采用相同low-e膜層的真空玻璃，傳熱系數(shù)是中空玻璃的1/5，不到三玻兩腔中空的1/3。

2）真空玻璃U值不受安裝角度影響

當(dāng)中空玻璃非垂直安裝時(shí)，中空玻璃表面和內(nèi)部空腔的對(duì)流環(huán)境發(fā)生了改變，其傳熱系數(shù)必將產(chǎn)生變化。從表2可以看出，由于真空玻璃中間無氣體層，不存在氣體熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)，其不受安裝角度影響U值始終為0.48W/m2·K。中空玻璃的冬季 U 值隨傾斜角度而變化的趨勢(shì)非常明顯， 在水平放置的狀態(tài)下，單中空和三玻兩腔中空玻璃的U值比豎直狀態(tài)增加了41%和33%。  

3）真空玻璃可在高海拔地區(qū)應(yīng)用

真空玻璃內(nèi)腔為高真空，即使生產(chǎn)地與使用地存在較大的海拔落差，也不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)腔膨脹或收縮現(xiàn)象。

2.2 真空玻璃在陽光房應(yīng)用分析

陽光房玻璃按照結(jié)構(gòu)可分為立面玻璃和采光頂玻璃。立面玻璃與幕墻玻璃類似，其各項(xiàng)性能參照幕墻玻璃。 幕墻（全玻幕墻除外）必須使用安全玻璃（鋼化玻璃、夾層玻璃及由鋼化玻璃或夾層玻璃組合加工而成的其他玻璃制品）。[2]采光頂玻璃與幕墻玻璃在定義上的主要區(qū)別是， 前者與水平地面的夾角在 0°～75°之間，另外采光頂用玻璃還需要承受水平自重、人員踩踏以及雨雪載荷等。[3]JG/T 231-2018《建筑玻璃采光頂技術(shù)要求》規(guī)定，玻璃采光頂應(yīng)采用夾層玻璃、含夾層玻璃的中空玻璃或含夾層玻璃的真空玻璃。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，分別對(duì)真空玻璃真空復(fù)合夾層玻璃及真空復(fù)合中空夾層玻璃。

由于真空玻璃優(yōu)異的保溫隔熱性能，在冬季或嚴(yán)寒寒冷地區(qū)使用時(shí)，真空玻璃陽光房無需特別處理就能夠保證陽光房溫暖舒適的狀態(tài)。而對(duì)于夏季炎熱地區(qū)陽光房的節(jié)能需要特別的設(shè)計(jì)，真空玻璃配置的選擇成為關(guān)鍵。本節(jié)著重對(duì)真空玻璃在陽光房應(yīng)用進(jìn)行了跟蹤測(cè)試及分析。

2.2.1 試驗(yàn)條件及裝置

1)試驗(yàn)條件

試驗(yàn)地點(diǎn)為洛陽鈦金屬真空玻璃制造工廠試驗(yàn)場(chǎng)地，選取2020年7月2日~2020年7月20日中午11:00~15:00，室外溫度32℃~35℃，太陽光輻照度900~1000W/m2滿足以上條件的6天進(jìn)行試驗(yàn)。

2）試驗(yàn)裝置

a）陽光房立面為高2600mm六方柱形，陽光房頂面為由三角形及梯形玻璃組成的六邊形玻璃頂。室內(nèi)安裝有空調(diào)將室內(nèi)溫度控制在25℃。

b）PT100熱電阻

c）太陽能功率表

a） 陽光房

b)  PT100熱電阻

 c )太陽能功率表

圖3試驗(yàn)裝置圖

2.2.2 試驗(yàn)過程

1）立面玻璃測(cè)試

a)分別將真空玻璃5TL+0.3V+5T及真空復(fù)合夾層玻璃5TL+0.3V+5T+0.76P+5T在立面，如表3。

b)在朝西方向的800mm*1900mm立面玻璃中心布置PT100熱電阻。

c)兩種玻璃測(cè)溫點(diǎn)分布如圖6，分別測(cè)試玻璃上下表面中心點(diǎn)溫度。

圖6 a)樣品1（ 5TL+0.3V+5T）測(cè)溫點(diǎn)  b) 樣品2（5TL+0.3V+5T+0.76P+5T）測(cè)溫點(diǎn)

2）采光頂玻璃測(cè)試

a）將3種復(fù)合真空玻璃分別安裝在陽光房頂部，如表4。陽光房頂面為由三角形及梯形玻璃組成的六邊形玻璃頂。

b）在腰長(zhǎng)716mm，底邊長(zhǎng)864mm的等腰三角形玻璃中心點(diǎn)布置熱電偶。

c）3種玻璃測(cè)溫點(diǎn)分布如圖7，分別測(cè)試玻璃上下表面中心點(diǎn)及中空腔玻璃溫度。

圖7 a) 樣品3（5TL+0.3V+5T+0.76P+5T）測(cè)溫點(diǎn) b) 樣品4-6（復(fù)合真空玻璃）測(cè)溫點(diǎn)

2.2.3 數(shù)據(jù)分析

1）立面玻璃數(shù)據(jù)分析；

立面安裝時(shí)，樣品1、2測(cè)試數(shù)據(jù)如表5。

樣品1真空玻璃5TL+0.3V+5T與樣品2真空復(fù)合夾層玻璃5TL+0.3V+5T+0.76P+5T分別立面安裝時(shí)，玻璃外表面點(diǎn)1溫度一致，表面溫度主要是吸收太陽輻射升溫。對(duì)于下表面溫度點(diǎn)2由于樣品2膠片的自身特性，膠層會(huì)蓄積熱量，從而導(dǎo)致了樣品2溫度比樣品1高3℃。

2）頂面玻璃數(shù)據(jù)分析

頂面安裝時(shí)，樣品3~6測(cè)試數(shù)據(jù)如表6。

對(duì)比樣品3~樣品6數(shù)據(jù)可以看出增加中空腔體后，真空玻璃兩側(cè)溫差急劇加大從13℃增至48℃，對(duì)于2000mm大板玻璃48℃溫差狀態(tài)下，玻璃中心弓形變形量約為17mm，玻璃自身及窗框均承受較大應(yīng)力。對(duì)比樣品4~樣品6，樣品4與樣品5真空玻璃兩側(cè)溫差相近，樣品5下表面點(diǎn)2溫度更低，是由于在最外側(cè)增加了一層low-e膜降低了太陽能得熱系數(shù)SHGC，最終減少了太陽輻射造成的內(nèi)側(cè)玻璃溫升。樣品5及樣品6均設(shè)置了兩層low-e膜，樣品5相對(duì)于樣品6真空玻璃兩側(cè)溫差從45℃降低到33℃。

3）立面與頂面玻璃數(shù)據(jù)分析

對(duì)于相同配置玻璃樣品2和3分別安裝于立面和頂面。由于陽光房采光頂玻璃處于傾斜直狀態(tài)，水平屋頂接受的太陽輻射是西向輻射量的1.5~2倍，因此樣品3外表面點(diǎn)1溫度高于樣品7℃，真空玻璃兩側(cè)溫差也從10℃變?yōu)?3℃。此種配置玻璃無論頂面或立面安裝，玻璃兩側(cè)溫差均較小，玻璃變形量及所受應(yīng)力均較小。

3 結(jié)論

在滿足安全性能前提下，對(duì)于陽光房立面及頂面玻璃有如下結(jié)論：

1）對(duì)于立面玻璃，真空玻璃和真空復(fù)合夾層玻璃在陽光房使用過程中節(jié)能效果相近，且真空玻璃上下板面溫差很小，兩者都適用于立面玻璃。

2）對(duì)于采光頂玻璃，一般情況下真空復(fù)合夾層玻璃由于兩側(cè)溫差小，是比較優(yōu)選方案。對(duì)于安全要求（需要經(jīng)常上人）或節(jié)能要求更高，需要選用真空中空復(fù)合夾層玻璃時(shí)，采用樣品6（5TL+12A+5T+0.3V+5TL+0.76P+5T),不僅能減少陽光房太陽光輻照帶來的不舒適感還能保證真空玻璃兩側(cè)具有較低溫差，真空玻璃承受變形應(yīng)力最小，長(zhǎng)期使用性能更穩(wěn)定。

3）對(duì)于炎熱夏季，由于室外陽光強(qiáng)烈，直接射入室內(nèi)時(shí)會(huì)加熱室內(nèi)的空氣溫度，造成室內(nèi)的舒適度大大降低。真空玻璃搭配建筑遮陽可以有效的減少太陽輻射透過玻璃射入室內(nèi)，由此可以防止室內(nèi)溫度過高，以降低空調(diào)的使用量，達(dá)到更加節(jié)能的目的。

參考文獻(xiàn)

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[3]魯大學(xué). 不同傾角下采光頂用玻璃的節(jié)能性能分析[J]. 墻材革新與建筑節(jié)能. 2010,(12):41-43.