降低熱輻射負荷的玻璃製造技術
玻璃是現代建築中至關重要的材料。幾乎所有建築——從住宅、辦公大樓到購物中心和公共設施——都依賴玻璃來引入自然光、營造空間感和打造簡潔美觀的視覺效果。然而，玻璃的使用也帶來了許多挑戰：太陽熱量透過玻璃開口進入室內，會導致溫度升高、空調負荷增加，並給居住者帶來不適。此外，太陽輻射，尤其是紫外線，還會損壞家具、紡織品和室內裝飾材料。基於這些需求，玻璃產業開發了多種玻璃製造技術，能夠在不犧牲採光品質的前提下，降低熱量和輻射負荷。
了解玻璃中的熱源和輻射
照射到玻璃表面的陽光主要由幾個部分組成：可見光、紅外線（IR，與熱量密切相關）和紫外線（UV，會導致褪色和材料老化）。對於普通玻璃（透明/浮法玻璃），大部分太陽輻射會透射到室內，尤其是在近紅外光譜範圍內。因此，即使感覺光線“不錯”，室內溫度也會升高。而節能玻璃技術則能有效解決這個問題：抑制熱量（尤其是紅外線）的傳遞，阻擋紫外線，同時保持可見光的透射，從而保持室內明亮。
低輻射（Low-E）玻璃：核心散熱技術
最具影響力的創新之一是低輻射玻璃（Low-E玻璃），這是一種薄而低輻射的玻璃，能夠反射熱輻射。這層反射層通常是一層極薄（奈米級）的金屬或金屬氧化物薄膜，使其看起來透明，但具有選擇性的光學特性：它能透射可見光，但反射紅外光。
一般來說，低輻射製造流程有兩種方法：
1. 熱解（硬塗層）
這種鍍膜是在浮法玻璃生產過程中，趁著玻璃仍處於高溫狀態時進行的，使鍍膜與玻璃表面結合得更加牢固。其優點包括耐久性和易於操作。然而，其熱性能通常低於濺鍍。
2. 磁控濺鍍（軟塗層）
這種鍍膜採用真空沉積製程製成，利用濺鍍技術沉積一層金屬（通常為銀/Ag）和一層保護性氧化層。該技術能夠精確控制透射和反射光譜，從而顯著提高散熱性能。由於鍍膜對溫度較為敏感，這種玻璃常用於雙層中空玻璃（IGU）以起到保護作用。
低輻射鍍膜玻璃不僅能減少熱量吸收，還能抑制室內外的熱量傳遞。在熱帶氣候下，其主要優點是減少太陽輻射熱量的吸收；而在寒冷氣候下，低輻射鍍膜玻璃也有助於防止熱量散失。
太陽能控制玻璃：對光譜具有選擇性
除了低輻射玻璃（Low-E玻璃）之外，還有專門用於減少太陽輻射熱增益（太陽輻射引起的熱量增加）的太陽能控制玻璃。這項技術透過以下幾種方式實現：
– 反射塗層或光譜選擇性塗層：反射部分紅外線輻射。
– 吸熱和散熱：有些有色玻璃吸收太陽能，然後逐漸將其釋放回外部環境中。
太陽能控制玻璃常用於高層建築或擁有大面積玻璃窗的建築外觀。它的優點是能顯著降低熱量，但需要精心設計以避免對周圍環境造成過度眩光。
有色隔熱玻璃：透過著色來保持熱量
下一項技術是著色玻璃，或稱為吸熱玻璃。在浮法玻璃製造過程中，會添加某些金屬化合物來改變玻璃的吸收特性－例如，產生綠色、灰色或青銅色等色調。這種著色玻璃通常具有以下特點：
降低入射光和熱的強度，
減少眩光
– 具有一定的美感。
然而，由於玻璃吸收的熱量更多，其表面溫度可能會升高。因此，在某些應用中，必須考慮熱應力風險以及諸如鋼化或熱強化等強化製程的必要性。
具有紫外線和紅外線阻隔中間層的夾層玻璃
夾層玻璃是將兩層或多層玻璃中間夾有一層薄膜（中間層）製成的，最常見的中間層是聚乙烯醇縮丁醛（PVB）或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）。夾層玻璃最初的用途是安全：如果玻璃破碎，碎片會黏附在薄膜上。然而，現代的中間層技術還可以提供其他功能：
– 能非常有效地阻擋紫外線（通常能阻擋95%以上的紫外線），
減少眩光
– 在某些類型中，它有助於減少熱傳遞（取決於中間層的配方）。
因此，夾層玻璃正成為需要內部保護的建築物（例如畫廊、零售商店或對褪色敏感的家具的住宅）的熱門選擇。
雙層玻璃（中空玻璃單元/IGU）：「玻璃之間的空間」策略
另一項重要的技術是雙層玻璃，或稱為中空玻璃（IGU），它由兩層玻璃組成，中間用隔間隔開，形成一個充滿乾燥空氣或惰性氣體（例如氬氣）的空腔。中空玻璃的優點包括：
– 減少傳導和對流熱傳遞，
– 改善窗戶附近的熱舒適度，
– 在特定條件下抑製冷凝。
中空玻璃單元通常與低輻射玻璃結合使用：例如，外層玻璃用於控制太陽輻射，內層玻璃鍍有低輻射塗層以提高隔熱性能。這種組合的性能顯著優於單層玻璃。
燒結陶瓷和圖案玻璃：一種整合式遮陽方法
為了在不完全依賴塗層的情況下降低玻璃的導熱性，業界也會在玻璃上使用陶瓷熔塊（一種陶瓷圖案）。這種圖案經過模製和烘烤，與玻璃牢固結合。其主要功能包括：
– 降低太陽輻射強度（遮陰），
抑制眩光
既能保護隱私，又能提升美觀。
玻璃磚通常與立面設計相結合，例如在陽光直射的區域採用更密集的漸變圖案。
加固（回火/熱強化）以承受熱負荷
當玻璃被設計成吸收或反射熱量時，玻璃表面的溫度梯度會增加。為了降低熱應力導致的破裂風險，玻璃通常會被加工成：
– 強化玻璃（強化玻璃）：較堅固，破碎後會變成小塊。
– 熱強化：中等強度，斷裂面比回火鋼大。
這種強化製程雖然不是直接的隔熱技術，但對於在高溫條件下工作的玻璃系統的設計而言，它非常重要。
效能指標：SHGC、U值和VLT
為了選擇合適的技術，通常會使用幾個參數來評估玻璃的性能：
– SHGC（太陽能熱增益係數）：數值越小，進入的太陽能熱就越少。
– U 值：越小，隔熱性能越好（減少熱傳遞）。
– 可見光穿透率 (VLT)：數值越高，進入的可見光就越多。
最佳目標通常是低SHGC值和較高的VLT值，這樣房間既明亮又不會過熱。然而，成本、顏色、反射率和美觀需求之間總是存在著權衡取捨。
創新方向：智慧玻璃與新一代塗層
未來，玻璃製造技術將越來越多地向自適應功能材料發展，例如：
– 電致變色玻璃：暗度隨電壓變化，動態調節熱量和眩光。
熱致變色玻璃：隨溫度變化而改變響應。
– 先進的光譜選擇性塗層：提高選擇性（透過可見光，但更有效地阻擋紅外線）。
– 與光伏發電整合（BIPV）：玻璃在發電的同時減少入射輻射。
雖然有些技術仍然相對昂貴，但能源效率和綠色建築標準的趨勢正在推動其更廣泛的應用。
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能夠降低熱負荷和輻射負載的玻璃製造技術正在迅速發展，涵蓋了從低輻射玻璃、太陽能控制玻璃、著色玻璃、功能性夾層玻璃到雙層玻璃系統等多種類型。每種技術都有其自身的運作機制、優點和限制。成功的關鍵在於選擇一種能夠滿足氣候、建築朝向、立面設計以及居住者舒適度需求的組合。透過合理的應用，玻璃不再是建築物中的“熱源”，而是一種能夠提升能源效率、改善視覺舒適度並保護室內免受太陽輻射的智慧元素。
