降低热辐射负荷的玻璃制造技术
玻璃是现代建筑中至关重要的材料。几乎所有建筑——从住宅、办公楼到购物中心和公共设施——都依赖玻璃来引入自然光、营造空间感和打造简洁美观的视觉效果。然而，玻璃的使用也带来了诸多挑战：太阳热量通过玻璃开口进入室内，会导致温度升高、空调负荷增加，并给居住者带来不适。此外，太阳辐射，尤其是紫外线，还会损坏家具、纺织品和室内装饰材料。基于这些需求，玻璃行业开发了多种玻璃制造技术，能够在不牺牲采光质量的前提下，降低热量和辐射负荷。
了解玻璃中的热源和辐射
照射到玻璃表面的阳光主要由几个部分组成：可见光、红外线（IR，与热量密切相关）和紫外线（UV，会导致褪色和材料老化）。对于普通玻璃（透明/浮法玻璃），大部分太阳辐射会透射到室内，尤其是在近红外光谱范围内。因此，即使感觉光线“不错”，室内温度也会升高。而节能玻璃技术则能有效解决这个问题：抑制热量（尤其是红外线）的传递，阻挡紫外线，同时保持可见光的透射，从而保持室内明亮。
低辐射（Low-E）玻璃：核心散热技术
最具影响力的创新之一是低辐射玻璃（Low-E玻璃），这是一种薄而低辐射的玻璃，能够反射热辐射。这层反射层通常是一层极薄（纳米级）的金属或金属氧化物薄膜，使其看起来透明，但却具有选择性的光学特性：它能透射可见光，但反射红外光。
一般来说，低辐射制造工艺有两种方法：
1. 热解（硬涂层）
这种镀膜是在浮法玻璃生产过程中，趁玻璃仍处于高温状态时进行的，使镀膜与玻璃表面结合得更加牢固。其优点包括耐久性和易于操作。然而，其热性能通常低于溅射镀膜。
2. 磁控溅射（软涂层）
这种镀膜采用真空沉积工艺制成，利用溅射技术沉积一层金属（通常为银/Ag）和一层保护性氧化层。该技术能够精确控制透射和反射光谱，从而显著提高散热性能。由于镀膜对温度更为敏感，这种玻璃常用于双层中空玻璃（IGU）中以起到保护作用。
低辐射镀膜玻璃不仅能减少热量吸收，还能抑制室内外的热量传递。在热带气候下，其主要优点是减少太阳辐射热量的吸收；而在寒冷气候下，低辐射镀膜玻璃还有助于防止热量散失。
太阳能控制玻璃：对光谱具有选择性
除了低辐射玻璃（Low-E玻璃）之外，还有专门用于减少太阳辐射热增益（太阳辐射引起的热量增加）的太阳能控制玻璃。这项技术通过以下几种方式实现：
– 反射涂层或光谱选择性涂层：反射部分红外辐射。
– 吸热和散热：一些有色玻璃吸收太阳能，然后逐渐将其释放回外部环境中。
太阳能控制玻璃常用于高层建筑或拥有大面积玻璃窗的建筑外立面。它的优点是能显著降低热量，但需要精心设计以避免对周围环境造成过度眩光。
有色隔热玻璃：通过着色来保持热量
下一项技术是着色玻璃，或称吸热玻璃。在浮法玻璃制造过程中，会添加某些金属化合物来改变玻璃的吸收特性——例如，产生绿色、灰色或青铜色等色调。这种着色玻璃通常具有以下特点：
降低入射光和热的强度，
减少眩光
– 具有一定的美感。
然而，由于玻璃吸收的热量更多，其表面温度可能会升高。因此，在某些应用中，必须考虑热应力风险以及诸如钢化或热强化等强化工艺的必要性。
具有紫外线和红外线阻隔中间层的夹层玻璃
夹层玻璃是将两层或多层玻璃中间夹有一层薄膜（中间层）制成的，最常见的中间层是聚乙烯醇缩丁醛（PVB）或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）。夹层玻璃最初的用途是安全：如果玻璃破碎，碎片会粘附在薄膜上。然而，现代的中间层技术还可以提供其他功能：
– 能非常有效地阻挡紫外线（通常能阻挡95%以上的紫外线），
减少眩光
– 在某些类型中，它有助于减少热传递（取决于中间层的配方）。
因此，夹层玻璃正成为需要内部保护的建筑物（例如画廊、零售商店或对褪色敏感的家具的住宅）的热门选择。
双层玻璃（中空玻璃单元/IGU）：“玻璃之间的空间”策略
另一项重要的技术是双层玻璃，或称中空玻璃（IGU），它由两层玻璃组成，中间用隔条隔开，形成一个充满干燥空气或惰性气体（例如氩气）的空腔。中空玻璃的优点包括：
– 减少传导和对流热传递，
– 改善窗户附近的热舒适度，
– 在特定条件下抑制冷凝。
中空玻璃单元通常与低辐射玻璃结合使用：例如，外层玻璃用于控制太阳辐射，内层玻璃镀有低辐射涂层以提高隔热性能。这种组合的性能显著优于单层玻璃。
烧结陶瓷和图案玻璃：一种集成式遮阳方法
为了在不完全依赖涂层的情况下降低玻璃的导热性，业界还会在玻璃上使用陶瓷熔块（一种陶瓷图案）。这种图案经过模压和烘烤，与玻璃牢固结合。其主要功能包括：
– 降低太阳辐射强度（遮阴），
抑制眩光
既能保护隐私，又能提升美观度。
玻璃砖通常与立面设计相结合，例如在阳光直射的区域采用更密集的渐变图案。
加固（回火/热强化）以承受热负荷
当玻璃被设计成吸收或反射热量时，玻璃表面的温度梯度会增加。为了降低因热应力导致的破裂风险，玻璃通常会被加工成：
– 钢化玻璃（钢化玻璃）：更坚固，破碎后会变成小块。
– 热强化：中等强度，断裂面比回火钢大。
这种强化工艺虽然不是直接的隔热技术，但对于在高温条件下工作的玻璃系统的设计而言，它非常重要。
性能指标：SHGC、U值和VLT
为了选择合适的技术，通常使用几个参数来评估玻璃的性能：
– SHGC（太阳能热增益系数）：数值越小，进入的太阳能热量就越少。
– U 值：越小，隔热性能越好（减少热传递）。
– 可见光透射率 (VLT)：数值越高，进入的可见光就越多。
最佳目标通常是低SHGC值和较高的VLT值，这样房间既明亮又不会过热。然而，成本、颜色、反射率和美观需求之间总是存在权衡取舍。
创新方向：智能玻璃和新一代涂层
未来，玻璃制造技术将越来越多地向自适应功能材料发展，例如：
– 电致变色玻璃：暗度随电压变化，动态调节热量和眩光。
热致变色玻璃：随温度变化而改变响应。
– 先进的光谱选择性涂层：提高选择性（透过可见光，但更有效地阻挡红外线）。
– 与光伏发电集成（BIPV）：玻璃在发电的同时减少入射辐射。
虽然有些技术仍然相对昂贵，但能源效率和绿色建筑标准的趋势正在推动其得到更广泛的应用。
关闭
能够降低热负荷和辐射负荷的玻璃制造技术正在迅速发展，涵盖了从低辐射玻璃、太阳能控制玻璃、着色玻璃、功能性夹层玻璃到双层玻璃系统等多种类型。每种技术都有其自身的运行机制、优势和局限性。成功的关键在于选择一种能够满足气候、建筑朝向、立面设计以及居住者舒适度需求的组合。通过合理的应用，玻璃不再是建筑物中的“热源”，而是一种能够提升能源效率、改善视觉舒适度并保护室内免受太阳辐射的智能元素。
