内置可调窗帘--中空玻璃的节能效果及发展前景

作者:王仲明  2005-2-25

 一、概述
    在现代各种建筑中，一个较明显的发展趋势是使用越来越大面积的各种玻璃用于采光、装饰和提高建筑的透明度，其结果是对这些玻璃在各种不同的气候环境下提出了相应的动态节能要求。如在冬冷夏热地区，就要求在建筑中冬天能让太阳辐射进入室内进行加热，在夏天能将大部分的太阳辐射遮挡。而目前大部分对中空玻璃进行提高玻璃节能性能的各种处理方式均属静态方式，处理完成后玻璃的性能就基本固定，很难同时兼顾不同气候环境下对玻璃的不同节能要求。发展一类具有动态节能性能的内置可调窗帘中空玻璃，可满足现阶段的中空玻璃在不同气候环境下都能具有较好节能性能的基本要求。
    二、现有中空玻璃节能的基本方式及特点
    中空玻璃是通过在两块玻璃中间密封有一定厚度的气体来达到隔热节能的目的。以一块空气层厚度为10mm的中空玻璃为例，通过空气层的传热比例为：辐射传热占60％，传导传热占38％，对流传热占2％。空气层的辐射传热占第一位，热传导其次，对流仅占极小的比例。因此，要提高空气层的隔热能力最主要的是应努力减少辐射传热和传导传热。
    1、控制或降低辐射传热
    由于辐射传热是大头，因此减少辐射传热可显著的提高中空玻璃的隔热能力。目前采用的主要以下三种方式：A、用低辐射玻璃即Low-E镀膜玻璃制作中空玻璃。这种玻璃有很低的表面辐射率，镀膜面的辐射率可以达到0.08～0.15，是普通玻璃表面辐射率(0.84)的1/5－1/10，从而使通过空气层的辐射传热大为减小，同时，低辐射膜层对红外，远红外有较高的反射能力，可将由采暖，照明和居住者所产生的长波能量反射回建筑物中。用低辐射玻璃制做的中空玻璃特别适合于我国北方比较寒冷的地区，以及建筑物的非朝阳面，但对于南方炎热地区和建筑物的朝阳面则不太合适。B、用吸热玻璃制作中空玻璃。吸热玻璃是将太阳光能吸收后转变为热能，能过对流的形式进行扩散，以减少进入室内的太阳光能量，达到节能的目的。C、用热反射镀膜玻璃制作中空玻璃。热反射玻璃利用玻璃上的膜层将太阳光能反射掉，可以减少太阳能透射率，同时又具有良好的隔热保温效果。这种玻璃特别适合气候炎热且日照时间长的地区。但后两种方式的缺点也是明显的，如可见光透过率很低，室内采光不足，在寒冷地区或当地冬季时无法有效的利用太阳能做为辅助加热能源。
    2、降低传导和对流传热
    中空玻璃空气层的传导传热和对流传热主要受空气层厚度和空气层中空气或其它气体导热系数的影响。目前主要采用以下两种方式：A、加厚空气层。在忽略对流传热的情况下，传导传热系数α传=λ空/δ空,空气的导热系数λ空是基本恒定的，空气层厚度λ空越大α传越小。实践证明空气层厚度小于10mm时，空气层中传热以传导为主，因此，空气层的厚度应适当大些，一般以12mm为宜。此外，既要提高空气层厚度又不受对流传热影响，则可以采取增加空气层的层数的办法，这就是用双层中空玻璃，或在空气层中夹透明薄膜的办法来实现。B、改善空气层中气体的隔热性能。使用氩气或其它导热系数低的气体置换中空玻璃空气层中的空气，也能在一定程度上改善中空玻璃的隔热性能，但这种方法效果不十分明显，而且需要较高的费用。
    对以上现有中空玻璃的各种节能方式，特别是采用控制或减低辐射的节能方式可看出，由于这些节能方式都是静态和单向的，其最佳的节能效果仅能相对某个时段而言，在实际使用中受地域和季节的影响较大，有一定的局限性，在一年四季的综合节能效果可能就要打一个折扣。
    三、 内置可调窗帘中空玻璃的结构特点
    内置可调窗帘中空玻璃是指利用中空玻璃的内部空间，将可调窗帘密封在中空玻璃内的一类结构，它实际上是将中空玻璃和可调窗帘这两个不同功能的物品有机的合为一体。由于窗口玻璃几乎总是和窗帘在一起使用，自从中空玻璃诞生后，人们就一直设法将可调窗帘装入中空玻璃中。直到上世纪的七八十年代，由于一些技术上的突破，内置可调窗帘的中空玻璃才真正开始成为商品推向市场。

   目前市场上已经商品化的内置可调窗帘中空玻璃的内置窗帘一般以横条式百叶窗帘为主，也为少部分为百折帘。为了满足内置可调百叶窗帘运动空间，这些中空玻璃的内部间隔一般都大于22毫米。在为了保持中空玻璃的密封前提下完成对封闭在中空玻璃内可调窗帘的控制，按传动方式的不同主要分为以下三类：1、电机传动控制。将电机及变速传动系统等全部与窗帘封装在中空玻璃内，通过外部输入电能对窗帘进行控制。特点是安装方便，控制方式简单，但因电机及变速传动系统都装在玻璃内，无法维修，任何一个地方出一点问题都会导致整个窗帘的报废。2、磁性无接触传动。这种方式将动力源装在玻璃外，通过磁性的不接触传动控制密封在中空玻璃内的窗帘。特点是控制方式灵活，窗帘结构简单，但需在中空玻璃外加装外驱动装置。3、机械传动。特点为可直接传动控制窗帘，但传动密封装置较复杂。
    内置可调窗帘中空玻璃在在国外发达国家推广使用也有近20多年了，尽管其有较多的优点，但使用范围还不是太大。根据国外的相关资料，笔者分析估计有以下原因：1、现有的各种商品化的内置可调窗帘中空玻璃基本上还是将现有的窗帘简单的装入中空玻璃，导致中空玻璃的内部间距一般都要大于22毫米以上，如果再加上两块5毫米的中空玻璃，则安装厚度至少达32毫米以上，由于厚度太大在安装使用受到一定的限制。2、在内装的窗帘结构形式上数量花色品种较少，同时对中空玻璃内窗帘的控制方式也存在一些问题，有的价格较高，这些因素都不同程度的影响到这类产品的推广应用。3、在设计和实际使用中没有从提高中空玻璃节能性能上去发展。
    四、 内置可调窗帘中空玻璃的节能效果
    内置可调窗帘中空玻璃与其他各种中空玻璃对比的最大特点是有装有内置可调的窗帘，也正是由于内置可调窗帘，使得这种中空玻璃在完全保留中空玻璃的其它全部特点外还具有更好的节能性能和装饰功能。
    在中空玻璃内装上可调百叶窗帘后，通过调节中空玻璃内窗帘叶片的不同状态，由测试的数据对比分析，可大致得到一些基本规律：中空玻璃内置可调窗帘在窗帘的不同状态下，可改善和提高中空玻璃的隔热效果。并且这种效果的程度与制作中空玻璃的单片玻璃材料的性能处理有一定的因果关系，即制作中空玻璃的玻璃材料处理得越少，内置窗帘打开后的节能效果越明显。结论是：在受阳光直接照射时，用最普通透明玻璃制作内置可调窗帘的中空玻璃，在其内部窗帘打开后的节能效果与采用最先进的各种镀膜玻璃制作的中空玻璃的节能效果相差不大，可十分明显的提高普通透明玻璃制作中空玻璃的节能效果。
    内置可调窗帘的中空玻璃通过其窗帘的不同状态，可以在不同的季节达到动态双向节能的效果，其综合节能性能将会优于很多现有的其它节能方式。以用普通透明玻璃制作内置可调窗帘的中空玻璃为例：在南方地区使用时，通过调节窗帘叶片状态便可达到阻隔太阳辐射映入室内和调整室内采光度的双重目的。在北方地区使用，冬天打开窗帘可最大限度的利用太阳能加热室内，晚上关上窗帘反射热辐射又能很好的防止室内的热量通过辐射的形式传出室外。
    五、 内置可调窗帘中空玻璃的发展前景
    内置可调窗帘中空玻璃从最早研制的目的到目前在国外应用的范围可看出，人们对这种玻璃的使用主要是它的保护窗帘的作用而不是它的节能性。但经过比较和分析不难看出，这类玻璃在提高中空玻璃节能的性能上还会有很大的发展潜力，其主要表现在以下几个方面：1、在内置窗帘的结构形式和窗帘叶片材料的选择上，根据使用环境和要求的不同可以有很大的选择余地。而不像在选择镀膜玻璃时经常要在反射率和透光率之间做出艰难的选择。2、其优良的双向节能调光功能，能较好的兼顾一年四季各种不同的气候条件，全年综合节能指标有希望进一步提高。3、其节能方式能同时从两个方面进行：一是窗帘在中空玻璃内展开后对热辐射的反射和屏蔽，能阻隔大部份的辐射传热。二是通过窗帘的展开，阻挡了中空玻璃内气流通过对流传热。4、使用普通低成本透明玻璃制作的中空玻璃通过控制内置窗帘，其节能的实际效果与采用昂贵的镀膜玻璃和内充特殊气体的中空玻璃相差不大，但其制作成本远低于后者，具有较明显性能价格比优势和较强的市场竞争力。5、将中空玻璃的隔热隔音与窗帘的阻隔视线和调光功能完美的结合为一体，为现阶段实现现代建筑玻璃的节能化和智能化提供了现实可行的解决方案。
    内置可调窗帘中空玻璃有较大的发展潜力，但也有很多问题有待解决：1、内置窗帘的可靠性，耐久性。2、窗帘的结构形式和窗帘材料的选择。3、外形厚度尺寸与现有广泛应用的中空玻璃尺寸相当。现在，由南宁莱格那斯调光技术有限公司推出的系列内置可调窗帘中空玻璃的设计，能较好的解决上述存在问题，使这类玻璃真正成为可广泛应用的节能玻璃成为可能。其设计有如下特点：1、通过对磁传动系统和窗帘系统的重新设计，使中空玻璃内部间距在6毫米以上均可装入可调磁控窗帘。2、专门设计的滑片式窗帘的叶片可用各种金属薄片或镀膜塑料片制作，有广泛选择余地。3、对各种现有的百叶帘，百折帘进行改进使之更适于在中空玻璃中使用。4、所有的设计和使用材料均进行可靠性设计和对样品进行耐久性试验，使之均能达到预定的指标。
    六、结语
    内置可调窗帘中空玻璃尽管早已进入市场，但由于其独特的可调节能性能一直未能被人们所认识，在讨论如何改进和提高中空玻璃的各种措施中也未把增加内置可调窗帘列入。