热反射玻璃与LOW-E玻璃的工艺分析及节能原理

巫中艺，王思霖，唐无忌，杨 翠，赵 伟

（四川大学锦城学院 四川 成都 611731）

1 引言

镀膜玻璃又叫反射玻璃，指在浮法玻璃的表面镀上一层或多层的金属、合金或金属化合物薄膜，让其对太阳辐射的光谱（如：可见光、红外光、紫外线等）进行有选择性的反射和吸收，从而达到采光、隔热的节能效果。节能镀膜玻璃分为热反射玻璃和LOW-E玻璃。热反射玻璃是对太阳具有反射作用，LOW-E玻璃是低辐射镀膜玻璃，在浮法玻璃上镀有金属银，故可反射红外线，降低玻璃表面辐射率。

2 热反射玻璃和LOW-E玻璃的真空磁控溅射工艺

热反射玻璃又称阳光控制镀膜玻璃，采用的金属原料有铁、锡、钛或不锈钢等金属，也可采用化合物。热反射玻璃和LOW-E玻璃都可采用真空磁控溅射工艺，其原理是将欲沉积的材料制成靶材（阴极），靶材接高压，将无可见杂质透明的玻璃放入真空且充入惰性气体的真空室中，置于与阴极间隔一定距离且正对靶面的阳极上。惰性气体通常为Ar（氩气是一种惰性气体，在空气中含量最多，具有低传热率，因此可降低玻璃的传热系数，降低玻璃导热，从而保护玻璃膜层）在阴极和阳极间加上高压，两级间产生辉光放电，产生等离子体，电子在电场的作用下，飞向玻璃基片时与氩原子产生了碰撞，碰撞电离出了新的电子，随着碰撞次数增加，在电磁场作用下，新的电子逐渐远离靶表面，飞向玻璃基片后沉积在上面。电离出的氩离子加速飞向靶材，并以高能量轰击靶面，产生溅射，其中靶原子或分子也沉积在玻璃基片上，形成了薄膜，这是物理气相沉积现象。镀膜玻璃在追求节能的同时也要符合一定的美观性，因此靶材需要在玻璃基片表面来回移动，所涂镀的膜层才可均匀且有一定的厚度，这种方法叫做离线真空磁控溅射，是一种新颖的材料合成与加工的新技术[1]。

LOW-E玻璃（低辐射镀膜玻璃）的加工与热反射玻璃加工工艺不同之处在于需要在上述工艺中的原料里加入Ag、Si，在玻璃基片上镀上一层纯银层，并使纯银层置于金属氧化膜之间，这样的好处是可保护纯银层的颜色，增加光投射度。通过此方法制造的LOW-E玻璃不可作为单片使用和储存，需要及时合成，因为其辐射率低于0.15，稳定性差，极易与空气氧化从而失去节能性，在线镀膜工艺制造的LOW-E玻璃可单片使用。

3 热反射玻璃和LOW-E玻璃的节能原理

太阳辐射能通过对大气层的吸收和反射后，到达地面的太阳辐射能比大气层上界小，能量主要集中在红外光线和可见光。玻璃接收的太阳辐射能主要由太阳直射、散射以及反射三部分组成。自然界还有一种能量形式是各种物体吸收了太阳能，并向环境中辐射的远红外线辐射能，是由室外太阳照射和室内电器产生的热能两部分组成，太阳照射在玻璃上的能量会被玻璃吸收、反射或与空气形成对流，两种辐射能都会让玻璃温度升高，从而使温度在室内形成对流循环，在夏季或热带地区，将会出现长时间用空调等降温的高耗能行为，因此，热反射玻璃和LOW-E玻璃的出现就很好地解决了这些问题[2]。

3.1 遮阳系数、传热系数、可见光透过率

遮阳系数（Sc)：顾名思义，即为玻璃遮挡太阳光能力的系数，对于玻璃幕墙或门窗这种遮阳装置，遮阳系数是体现遮阳效果的关键标准。遮阳系数包含了两部分能量，遮阳系数越小，抵御太阳能向室内辐射的性能就越好。热反射玻璃和LOW-E玻璃的遮阳系数都比较低。

玻璃的传热系数（U）需符合或高于标准的规定。传热系数表示在稳定状态下，玻璃内外表面在单位时间与温差内通过一平方米的热量。玻璃自身热阻很小，若传热系数越大表示与空气对流传热越多，容易导致室内温度上升，玻璃的传热系数可衡量玻璃的节能与否。影响玻璃传热系数的因素主要与玻璃厚度、玻璃内外气体密度、玻璃表面辐射率、气体比热容、气流速度等性能有关。LOW-E玻璃的U值可以降到很低。

可见光透过率是玻璃对可见光的透射能力。透明玻璃的可见光透射率随玻璃厚度的减少而增大，T v≥0.65，吸热玻璃的可见光透射率在0.54左右，低透光热反射玻璃的可见光透射率在0.15左右，单片LOW-E玻璃的可见光透射率在0.55左右。

3.2 热反射玻璃的节能性及应用

热反射玻璃（阳光控制镀膜玻璃）具有较低的遮阳系数，可有效阻止热辐射，具有较高的热反射能力，遮光隔热性能好。对太阳辐射的反射率高达30%，可保持热反射玻璃的透光性。对可见光的透射率小，具有单向透视性，人们可以在白天从室内看到外面的景象，而在室外则无法看见室内的事物，夜晚，由于室内有照明灯，室内无法看见室外的事物，提高了工作环境的舒适度和抗干扰能力。

在北半球的夏季，太阳离北回归线近，高度角大，太阳辐射强度大，热反射玻璃遮阳系数小，对抵御太阳能向室内辐射起到了很好的效果。在冬季，太阳斜射北半球，太阳高度角小，到达地球的能量密度较小，因此热反射玻璃对冬季或寒冷地区起到的效果很小。热反射玻璃主要用来制成中空玻璃或夹层玻璃窗，应用于夏热冬暖的地区。

3.3 LOW-E玻璃的节能性及应用

LOW-E玻璃（低辐射镀膜玻璃），对阳光波长进行有选择性地吸收和反射，其对可见光有较高的透射率，对红外线也有很高的反射率，汽车的挡风玻璃亦如此。根据不同类型分为高透型LOW-E玻璃（适合寒冷的北方地区）、遮阳型LOW-E玻璃（南北地区都适用）和双银型LOW-E玻璃。

遮阳系数较小，应用在建筑物门窗上可有效控制太阳能辐射，因此吸收外来的热量很少，传入室内的热量也相应较少，LOW-E玻璃中镀有银层，银可将98%以上的远红外热辐射反射出去。

其传热系数较小可有效阻断远红外线辐射，根据平常生活中晾晒衣服都要将衣服反过来晾晒的原理可知紫外线具有使物品褪色的不利作用，LOW-E玻璃能有效阻挡紫外线透过使屋内物品褪色，在夏季时，太阳照射地球，室内温度明显低于室外，室外的远红外辐射能远高于室内，可阻止室外的热辐射进入室内。具有热能单向流动性，冬季寒冷时，人们使用取暖设备使室内温度高于室外，远红外辐射则主要来自室内，LOW-E玻璃可将其直接反射回室内保持室内热量循环，温度稳定，且允许室外的太阳能辐射到屋内转变为红外热辐射留在室内，起到了保温效果，降低在建筑物内取暖生成的二氧化碳等有害气体的排放[3-4]。

4 结语

玻璃是当今世界应用最为广泛的一种建筑材料。人们生活、工作和学习的环境与玻璃建筑密不可分，人们也越来越注重健康与环境的重要性，越来越注重资源的保护和有效利用，节能镀膜玻璃的出现就是很好的体现。