使用高性能玻璃的设计解决方案



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多种玻璃选项提供定制的方式来满足不同的建筑需求。

不同的建筑对美学、性能和功能操作有不同的需求。很少有建筑材料能像玻璃一样对这三个领域产生如此大的影响,因为它在建筑设计和环境中扮演着独特而重要的角色。在建筑物中使用玻璃会影响设计、外观、热性能和居住者的舒适度。历史上,玻璃主要用于窗户以吸收空气和光线,但随着先进的制造选择和对高性能建筑的需求,它现在已成为室内外建筑不可或缺的一部分。从外墙、天窗和走道到旋转门和玻璃箱延伸,玻璃的用途远不止让光线进入。因此,选择正确类型的玻璃是设计过程中的关键要素,以创建解决热控制、能源效率、视野、照明质量以及光量的解决方案。了解玻璃制造商提供的所有可能性的建筑师能够将它们用作完整的调色板,以创建在所有领域都表现出色的设计。

玻璃和玻璃窗概述

玻璃的主要成分是SiO2(硅砂)。在 1900 年代的前半段,主要的玻璃制造技术是用熔融的 SiO2 制造平板玻璃,SiO2 在加热的同时沿辊移动。这会在玻璃表面产生缺陷,需要研磨和抛光以产生光学透明的平行表面。在 1950 年代和 60 年代,Alastair Pilkington 爵士发明并完善了制造浮法玻璃的工艺,该工艺已成为当前生产高品质玻璃的世界标准。浮法玻璃是通过将沙子、纯碱、白云石和石灰石以及其他少量配合料熔化以生产连续玻璃带而制造的。熔融玻璃从熔炉中流出并“漂浮”在熔融锡床上,在那里它展开形成具有几乎平行表面的水平板。然后小心地冷却以对玻璃进行退火——这一过程可以最大限度地减少内部应力,使其能够被切割。

与玻璃相关的常用术语和性能标准包括:

  • U 因子:材料的热导率。数字越低,绝缘或热控制越好。U 因子通常在窗口单元中的各个点进行测量,包括玻璃的中心和边缘。
  • R 值:材料的热阻。R 值是 U 因子的倒数 (R= 1/U),这意味着数字越大表示热阻越高。
  • 太阳能得热系数 (SHGC):通过玻璃获得的太阳能得热与入射太阳辐射量之比。数字越低,阳光控制越强。
  • 可见光透射率 (VLT):可见光谱中透过玻璃的光的百分比。数字越大,穿过玻璃的光量就越大,无论其颜色如何。可见光约占太阳光谱的 47%,波长从 380 到 780 纳米。
  • 紫外线(UV):太阳光谱的大约2%,波长范围为300 至380 纳米。虽然人眼看不到紫外线,但长期暴露在紫外线下会导致有机材料褪色和老化。40% 的褪色来自紫外线以外的可见光。
  • 红外线 (IR):大约占太阳光谱的 51%,波长范围为 790 至 3,000 纳米。
  • 低辐射率:辐射率是表面通过辐射反射或散发热量的能力。数字越小,物体减少辐射热增益或热损失的效率就越高,这意味着 U 系数越低,隔热效果越好。

玻璃技术的进步为建筑师提供了多种选择,以满足对性能、美学和舒适度的设计要求。

浮法玻璃制造过程的变化或在允许创建不同类型的玻璃和玻璃后立即采取的附加措施。生产每种通用类型以创建不同的光传输特性、热特性或其他固有结构特性。几种常见的类型可以简单总结如下:

镀膜玻璃

在浮法玻璃制造过程中,通过使用称为化学气相沉积 (CVD) 的工艺沉积金属氧化物的微观薄层,将热解涂层结合到玻璃中。在超过 640°C (1,200°F) 的温度下对这种硬质热解表面进行烧制使热解产品比溅射涂层更耐用,溅射涂层是一种低压技术,使用物理气相沉积来沉积涂层,通常无需加热。热解工艺制造出极其耐用的涂层产品,可以轻松处理、运输和加工。这些产品通常结合了低发射率、阳光控制、低反射和自清洁特性。此外,由于热解表面不会像溅射涂层那样降解,因此可以在当地储存以备不时之需,

热强化

退火玻璃经过特殊热处理,将其加热至约 680°C (1256°F),然后冷却。当它缓慢冷却时,玻璃的强度是退火玻璃的两倍。如果它确实打破了碎玻璃的碎片可能会留在框架中但很大。典型的建筑规范并未将热强化玻璃视为“安全玻璃”。

钢化玻璃

钢化玻璃的强度至少是退火玻璃的四倍。破碎时,它会碎成许多小碎片,从而降低造成重大伤害的可能性。这种类型的玻璃适用于玻璃幕墙、推拉门、建筑物入口、浴缸和淋浴房以及其他需要卓越强度和安全性能的用途。

夹层安全玻璃

夹层玻璃包括两层或多层玻璃与塑料或树脂夹层粘合在一起。如果破裂,中间层旨在将玻璃固定在一起。几乎所有类型的玻璃都可以层压,中间层的厚度和类型可以变化,以提供防弹、防弹或物理攻击。夹层玻璃还可以衰减声音,通常可以进行切割和进一步加工。

在玻璃制造过程中应用热解涂层来制造具有高性能和耐用性的产品。

低辐射玻璃

涂层玻璃的类型提供热控制和增强的绝缘性,以及在与单片或绝缘玻璃单元中的阳光控制玻璃结合时控制太阳能热增益。Low-e 涂层降低了玻璃表面的辐射率,这意味着玻璃通过将热量反射回其源头来提供更好的绝缘性,并且还可以设计为吸收或反射太阳能。因此,低辐射涂层可用于减少太阳能得热和热损失。就上下文而言,未镀膜玻璃的典型发射率为 0.84,而低辐射镀膜玻璃的发射率可能为 0.15。这意味着只有 15% 的热量被吸收和重新散发,而其余的则被反射。可以在中空玻璃单元中使用低辐射涂层的不同组合,以提供所需的性能。

中空玻璃单元

绝缘单元是两块或多块玻璃板,粘合到具有气密密封空间的周边间隔材料上。主要好处是通过影响太阳能得热系数 (SHGC) 以更好的 U 因子和太阳能控制来提高热性能。大多数类型的加工玻璃都可以集成到中空玻璃单元中,以相应地调整和微调其整体性能。双层玻璃单元是最常用的中空玻璃单元类型,但在某些气候条件下,多腔三层玻璃单元的使用正在增加,以响应能源法规的收紧。

设计问题和玻璃解决方案

通过对不同制造玻璃类型的基本了解,我们现在可以将注意力转向建筑设计中常见的特定问题,以确定可能是合适解决方案的最佳玻璃类型。

控制太阳能增益

对建筑能源使用的日益重视已经放在建筑围护结构上,尤其是玻璃和玻璃窗上。特别是随着对减少化石燃料使用的日益敏感,能源法规和标准对玻璃的性能要求越来越高。他们一直在稳步提高性能标准,因此在设计过程中需要仔细解决玻璃问题,并适当指定以预测和实现预期的能源性能。

当涉及到玻璃时,关于能源性能的第一个也是可能最重要的一点是建筑位置和玻璃相对于太阳的方向(即太阳方向)是起点。没有适用于所有位置和所有方向的单一通用解决方案。能源法规和 ASHRAE 标准 90.1 通过识别和定义单独的美国气候区来认识到这一事实,这些气候区是确定能源性能和法规合规性的所有其他方面的基础。从那里,代码需要不同程度的热性能或太阳能控制,具体取决于位置和方向。

许多商业建筑位于温暖或温带气候区,其内部运行会在建筑物内部产生热量(即内部热负荷)。因此,可能需要更多的能量来冷却建筑物而不是通常一年中的加热。在这些情况下,控制通过玻璃的热量成为当时的主要设计问题。应该认识到,热量既来自太阳的直接辐射,也来自周围外部环境的热传递。因此,选择提供阳光控制的玻璃来解决阳光和环境热反射问题将最大限度地提高性能。

玻璃可以通过两种基本选择之一提供直接的阳光控制。首先,它可以通过使用吸收性着色或添加到玻璃上的吸收涂层来吸收一部分太阳能。与透明玻璃产品相比,这显着降低了太阳热量和紫外线透射率。色调为建筑物的外观增添色彩并降低透过玻璃的可见光透射率 (VLT),所有这些都根据所选择的色调和颜色的程度而变化。选择有色玻璃的关键是找到平衡以实现阳光控制、帮助控制眩光并有助于建筑的美观。有色玻璃很容易获得各种厚度(通常在 1/8 英寸和 1/2 英寸之间),并且可以像普通浮法玻璃一样进行加工和制造,使其成为减少太阳能增益的便捷方式。有色玻璃具有全方位的颜色选择,如绿色、蓝色、蓝绿色、青铜色和灰色。它们通常提供较低的外部和内部反射率,这意味着它们不是很像镜子。它们可以使用标准技术进行层压、加固甚至弯曲。此外,它们可以单独使用或与中空玻璃单元中的其他玻璃组合使用。所有这些特性使有色玻璃成为低、中和高层办公楼、医疗/医院建筑、教育/学校建筑和零售场所的常见太阳能控制选择。有色玻璃具有全方位的颜色选择,如绿色、蓝色、蓝绿色、青铜色和灰色。它们通常提供较低的外部和内部反射率,这意味着它们不是很像镜子。它们可以使用标准技术进行层压、加固甚至弯曲。此外,它们可以单独使用或与中空玻璃单元中的其他玻璃组合使用。所有这些特性使有色玻璃成为低、中和高层办公楼、医疗/医院建筑、教育/学校建筑和零售场所的常见太阳能控制选择。有色玻璃具有全方位的颜色选择,如绿色、蓝色、蓝绿色、青铜色和灰色。它们通常提供较低的外部和内部反射率,这意味着它们不是很像镜子。它们可以使用标准技术进行层压、加固甚至弯曲。此外,它们可以单独使用或与中空玻璃单元中的其他玻璃组合使用。所有这些特性使有色玻璃成为低、中和高层办公楼、医疗/医院建筑、教育/学校建筑和零售场所的常见太阳能控制选择。此外,它们可以单独使用或与中空玻璃单元中的其他玻璃组合使用。所有这些特性使有色玻璃成为低、中和高层办公楼、医疗/医院建筑、教育/学校建筑和零售场所的常见太阳能控制选择。此外,它们可以单独使用或与中空玻璃单元中的其他玻璃组合使用。所有这些特性使有色玻璃成为低、中和高层办公楼、医疗/医院建筑、教育/学校建筑和零售场所的常见太阳能控制选择。

该图表描绘了典型玻璃类型和颜色的百分比透射率。它展示了有色玻璃如何通过降低太阳红外区域的透射率来降低 SHGC,同时保持可见光区域的高透光率。

与吸收能量不同,使用玻璃实现阳光控制的另一种选择是通过在制造过程中应用各种涂层将其反射回不同程度的太阳光或热能(或两者)。涂层的类型和有效性在不同玻璃产品和制造商之间可能存在显着差异,因此检查技术数据以确保选择适合建筑物、其位置和太阳方向的涂层非常重要。例如,产生低 SHGC 值的涂层将导致通过玻璃的太阳能热量非常少,而低辐射涂层会降低玻璃的发射率并降低 U 因子。一些制造商的涂料可以同时实现阳光控制和低辐射,应该考虑这些涂料的适用性。镀膜玻璃有一些相当透明的版本或全系列的颜色,包括绿色、蓝色、蓝绿色、青铜色、金色和灰色。涂层通常还降低紫外线透射率,这意味着织物、艺术品等的褪色减少。涂层已被公认为是实现新商业建筑或翻新项目相当精确的阳光控制水平的理想手段。具体而言,通过在双窗格绝缘玻璃单元的不同层上使用不同的涂层,平衡热增益与透光率和 U 因子的选项和可能性增加。因此,镀膜玻璃已普遍用于需要太阳能和热控制的商业建筑,如低、中和高层建筑、医疗/医院建筑、教育/学校设施、办公楼、

控制热损失

转向较冷的气候,玻璃热能性能的方法是不同的。在这些地方,全年供暖所需的能源大于制冷所需的能源。因此,通常希望在采暖季节允许阳光自由穿透建筑物以利用被动太阳能增益。这意味着选择具有更高 SHGC 的玻璃可能是可取的,尤其是在面向阳光的立面上。同时,希望低辐射率将能量(即室内热量)重新引导回建筑物(而不是从建筑物外),以实现比普通浮法玻璃低得多的热损失。对于此类建筑物,通常选择这种涂层以提高透明度和透光率,这将倾向于有利于热解表面涂层而不是溅射涂层。再次,在绝缘玻璃单元的不同层上使用不同的涂层允许对玻璃进行一些微调,以适应不同建筑物的特定环境、不同的太阳方向和不同的性能需求。中空玻璃单元的表面由编号标识,例如在典型的双窗格单元中,表面#1 面向建筑物外部,#2 是外层窗格的内表面(在玻璃层之间的空间中),#3 是内窗格的外表面(也在玻璃层之间的空间中),#4 面向建筑物内部。通常将涂层放置在#2 和#3 表面上,这样它们就不会暴露在外。不同的太阳方向和不同的性能需求。中空玻璃单元的表面由编号标识,例如在典型的双窗格单元中,表面#1 面向建筑物外部,#2 是外层窗格的内表面(在玻璃层之间的空间中),#3 是内窗格的外表面(也在玻璃层之间的空间中),#4 面向建筑物内部。通常将涂层放置在#2 和#3 表面上,这样它们就不会暴露在外。不同的太阳方向和不同的性能需求。中空玻璃单元的表面由编号标识,例如在典型的双窗格单元中,表面#1 面向建筑物外部,#2 是外层窗格的内表面(在玻璃层之间的空间中),#3 是内窗格的外表面(也在玻璃层之间的空间中),#4 面向建筑物内部。通常将涂层放置在#2 和#3 表面上,这样它们就不会暴露在外。

将#4 表面的low-e 涂层与#2 表面的low-e 涂层结合使用可使U 因子显着降低约20%。

Low-e 第四表面技术

为了在不增加窗户厚度或重量的情况下提高中空玻璃单元的能源效率,至少有一家制造商开发了一种用于双层玻璃单元第四面的涂层。第 4 层表面涂层与表面 #2 上的低辐射涂层结合使用,可显着降低约 20% 的 U 系数。热解 Low-E 涂层非常适合此目的,因为它们具有非常耐用且不易损坏的优点,在这些类型的应用中使用记录超过 10 年。

采光和景观

在某些情况下,玻璃的视觉性能可能是压倒一切的设计问题。在使用日光来关闭电灯和节约能源的建筑物中,或者在能够以清晰和良好的色彩再现性透过玻璃观看的情况下,这可能是正确的。请注意,所有针对热能性能讨论的玻璃都提供了一定程度的视觉性能,本节中描述的玻璃提供了一定程度的热性能。区别在于两者的平衡或加权程度,由于其在特定建筑物中的特定位置而偏向于另一个。

在选择采光玻璃时要考虑的因素之一是最终进入室内空间的光线质量。玻璃或涂层的颜色会影响透射光的颜色,而透明玻璃将允许更准确的颜色再现。然而,透明玻璃可能是眩光的来源。如果玻璃没有被遮蔽,没有背对太阳,或者没有经过处理以减少眩光,那么剪切光强度或它与其他内部空间之间的高对比度会产生令人不安的和不需要的强光。在这种情况下,人们通常会关闭百叶窗或以其他方式阻挡日光,从而破坏设计的预期收益。

光的质量和数量是使用玻璃自然采光的空间的重要因素。

除了让日光进入建筑物外,让人们在没有不适当颜色或观看质量问题的情况下观看也是一个常见的设计要求。透明玻璃可提供出色的光学性能,可传输高达 90% 的太阳可见光谱,从而在明亮的平面上保持高清晰度和低失真。它有多种尺寸和厚度可供选择,以实现最佳利用,适用于所有类型的商业、住宅和机构建筑。

安全玻璃

有许多内部和外部应用,其中规范和一般做法要求使用安全玻璃,以减少损坏的可能性。钢化玻璃是常用的,尽管钢化过程会在玻璃中引入变形,从而产生不想要的视觉波纹特性。此外,使用钢化玻璃时自发破裂的风险很小,这限制了其在某些应用中的使用。热强化和夹层玻璃是缓解这些问题的选择。然而,需要注意的一件事是,对浮法玻璃进行热处理以生产热强化玻璃或钢化玻璃需要一个称为淬火的集中冷却过程。但是,钢化炉中使用的淬火空气射流不能完全均匀地冷却玻璃。因此,某些区域比其他区域冷却得更快,从而导致不同的收缩,从而产生不同压缩应力的区域。由于玻璃密度的微小变化会影响穿过玻璃的光线,这种差异会产生“淬火痕迹”。淬火痕迹不应视为缺陷;它们表明玻璃已经过热处理。淬火痕迹的出现取决于照明条件,它们在透射和反射中可见,尤其是在以非直接面对玻璃的角度观察玻璃时。它们在较厚、透明、经过热处理的玻璃中更明显;当使用轻微反射涂层时;或者当绝缘玻璃 (IG) 单元中的两盏玻璃灯都经过热处理时。当佩戴偏光太阳镜时,它们在任何玻璃中都变得特别明显。因此,如果优先考虑观看清晰度,则不需要热强化或钢化玻璃的设计可能比需要的设计更可取。构建预期玻璃设计的模型以了解与变形或淬火痕迹相关的任何潜在问题始终很重要。

视觉清晰度

有许多使用玻璃的应用,出色的视觉清晰度是主要的设计标准。这可能包括零售展示、陈列室、博物馆、体育场馆、动物园围栏和展览。在这些情况下,玻璃通常用于创建物理屏障,但需要清晰的视觉特性而不失真。由于视觉清晰度受到出现在玻璃表面的视觉反射量的影响,因此可以使用抗反射玻璃来解决这个问题。它是通过在单个夹层玻璃产品中使用两个热解涂层表面形成的,将可见光反射率降至 2% 以下,而普通透明玻璃为 8%。这允许超过 90% 的可见光透过抗反射夹层玻璃,并具有非常低的掩蔽反射。此外,抗反射玻璃可以阻挡 99% 以上的透射紫外线,从而减少室内织物和家具的褪色。作为夹层玻璃产品,它还具有增强安全性、提高安全性和损坏保护的传统优势。如果需要增加强度,可以对抗反射玻璃进行钢化。一家制造商生产的抗反射玻璃的辐射率低于普通玻璃;除了减少反射外,还提供了更好的隔热性。如果需要增加强度,可以对抗反射玻璃进行钢化。一家制造商生产的抗反射玻璃的辐射率低于普通玻璃;除了减少反射外,还提供了更好的隔热性。如果需要增加强度,可以对抗反射玻璃进行钢化。一家制造商生产的抗反射玻璃的辐射率低于普通玻璃;除了减少反射外,还提供了更好的隔热性。

左侧的普通玻璃会产生模糊的反射,从而遮住另一侧的视野。右侧的抗反射玻璃显着提高了玻璃以外物体的清晰度。

对于需要非常纯的颜色清晰度和高 VLT 的情况,低铁玻璃可能值得考虑。通常,所有玻璃都含有微量铁元素,这是导致一块透明玻璃边缘呈现绿色的原因。当通过有意减少铁含量来制造玻璃时,绿色边缘颜色的强度会降低,透过玻璃看到的景色非常清晰。因此,它非常适用于玻璃边缘可见或需要中性色的地方。由于其透光率分别比厚度为 3 毫米至 19 毫米的透明浮法玻璃高 1% 和 8%,因此非常适合需要透明度和颜色纯度的应用。它可用于抗反射玻璃、绝缘玻璃装置,以及在较冷的气候下最大限度地增加太阳能热量。低铁玻璃也可以进行热处理以确保安全并进行夹层以确保安全。所有这些特性使其成为店面和展示、家具、太阳能集热器、光伏面板以及需要厚玻璃的特殊应用(如防弹玻璃、水族箱等)的高清晰度选择。

特殊建筑设计应用

在许多建筑设计情况下,会出现一些非常特殊的玻璃需求。制造商通过开发和测试玻璃产品来应对这些特殊应用。

玻璃防火

对于需要透过玻璃观察但又需要高水平防火的建筑区域,则应考虑使用防火玻璃。它专门设计用于限制传导和辐射传热,产品性能范围为 20 到 120 分钟。这些玻璃产品必须始终用作经批准的耐火或防火框架组件的一部分。耐火玻璃由多层浮法玻璃和特殊的透明膨胀夹层组成,与玻璃完全兼容且光学均匀。当暴露在火中时,面向火焰的窗格会破裂但仍保持原位。当热量穿透玻璃时,夹层通过发泡发生反应,形成厚实、不透明、有弹性且坚韧的绝缘屏蔽层,可阻挡火焰的传导热和辐射热。作为一种设计工具,它允许在防火墙、开口和门中获得自然光和畅通无阻的视野,同时限制热量、烟雾、火焰和热气体的传播。它可以与全系列的其他玻璃产品结合使用,以满足安全、防弹和抗飓风或视觉清晰度要求。这些产品通常由美国保险商实验室 (UL) 等组织独立测试和分类。最终,它通过减少火灾对人员、财产和贵重物品的损害来解决健康安全和福利问题。这些产品通常由美国保险商实验室 (UL) 等组织独立测试和分类。最终,它通过减少火灾对人员、财产和贵重物品的损害来解决健康安全和福利问题。这些产品通常由美国保险商实验室 (UL) 等组织独立测试和分类。最终,它通过减少火灾对人员、财产和贵重物品的损害来解决健康安全和福利问题。

耐火玻璃可用于传播日光并在建筑物中需要耐火等级的区域创造开放的视觉接触。

声控

一些建筑物比其他建筑物受到更高水平的噪音,而一些建筑物用途对影响该建筑物的居住者/用户的噪音更敏感。无论哪种方式,都需要限制和控制来自道路交通、铁路、飞机、工厂运营、音乐或其他活动的有害噪音。创建隔音墙的方法很常见,也很广为人知,但如果这些墙有窗户,玻璃也需要提供声学控制。在这种情况下,噪音控制玻璃是理想的选择。通过在两层选定的浮法玻璃之间使用聚乙烯醇缩丁醛 (PVB) 夹层,制造商提供了一种高质量的产品,可在不影响透光率或抗冲击性的情况下产生出色的降噪效果。通过将不同厚度的玻璃与 PVB 夹层相结合,可以改变声学性能,以达到指定的等级。通过这种方式,噪音控制玻璃提供了实现项目特定降噪要求的机会。它通常有多种尺寸可供选择,并且可以制造以满足任何所需的安全等级。它可以单独使用,也可以在双层或三层中空玻璃单元 (IGU) 中使用。根据玻璃的配置和厚度,测试结果表明噪声控制玻璃可以达到 31 到 39 之间的 STC 等级。一家制造商提供了一种带有特殊 PVB 的层压板,专门降低了中频,并使用 STC 进行了测试。低 40 多岁。中频的衰减很重要,因为这包括城市道路交通、铁路交通、

自清洁外墙玻璃

许多类型的建筑物都包含难以清洁或由于周围环境而仅需要清洁的玻璃窗,这会产生持续的高额维护费用。作为回应,一种相当创新的玻璃产品被开发出来,它利用太阳的力量来清洁自己。这种自清洁玻璃可以显着减少或消除窗户清洁,同时仍然提供良好的视觉清晰度和未受破坏的外观美感。这种玻璃使用来自太阳的紫外线能量,即使在阴天,阴天也很充足,通过几个步骤保持窗户自然清洁。首先,由玻璃中的添加剂产生的光催化过程使污垢松散并逐渐分解有机残留物,使其不会粘附在玻璃上。接下来玻璃表面的亲水作用导致雨水落在玻璃上,以最少的斑点或条纹带走污垢。在大多数情况下,自然降雨足以保持窗户清洁,即使在长时间干燥的天气下,用软管快速喷洒也能达到同样的效果。由于这种自清洁玻璃中使用的涂层是热解的,并且是玻璃表面的一个组成部分,因此随着时间的推移,它们不容易剥落、分离或分解。此外,它们不会被液体玻璃清洁剂损坏,因此无需担心重新涂覆或重新处理玻璃。将隔热单元与低辐射或阳光控制玻璃的内置 lite 相结合,可以解决和维护建筑物中玻璃性能的所有方面。自洁玻璃通常有透明或蓝色两种颜色,厚度范围从 1/8 英寸到 1/4 英寸。

新兴技术

虽然迄今为止讨论的所有玻璃类型和产品都代表了相当多的创新和技术进步,但制造商仍在继续寻求更多方法来通过先进产品解决建筑设计问题。其中一些包括以下尖端玻璃创新。

真空隔热玻璃

真空在最大限度地减少传导和对流热损失方面非常有效。虽然零传热的完美真空不容易实现,但可以产生显着降低传热的局部真空。一些制造商正在应用这些真空绝缘原理来制造具有更薄外形的高性能玻璃。他们提供的真空隔热玻璃不同于传统的双层玻璃,因为两块玻璃之间的空气被抽出,以产生所需的真空。为了防止窗格相互塌陷,使用微型垫片将窗格分开。尽管如此,两个窗格之间的间隙可以减少到仅 0.2 毫米,使玻璃的总厚度刚好超过 6 毫米(1/4 英寸)。可以通过用低辐射涂层覆盖其中一块玻璃板来减少通过辐射的热流,类似于传统双层玻璃中使用的涂层。因此,尽管它的外形很薄,但真空隔热玻璃在 ¼ 英寸外形中可以实现低至 0.18 Btu/hr.sqft°F 的 U 系数。这意味着实现了与传统双层玻璃相同或更好的热性能,但厚度仅为四分之一,重量仅为三分之二。这使其成为需要保留现有窗扇或框架且传统隔热玻璃单元不适合的改造或历史保护项目的理想选择。因此,它在历史保护与现代舒适性和环境要求之间取得了平衡,同时让窗户更符合原始设计。类似于传统双层玻璃中使用的那种。因此,尽管它的外形很薄,但真空隔热玻璃在 ¼ 英寸外形中可以实现低至 0.18 Btu/hr.sqft°F 的 U 系数。这意味着实现了与传统双层玻璃相同或更好的热性能,但厚度仅为四分之一,重量仅为三分之二。这使其成为需要保留现有窗扇或框架且传统隔热玻璃单元不适合的改造或历史保护项目的理想选择。因此,它在历史保护与现代舒适性和环境要求之间取得了平衡,同时让窗户更符合原始设计。类似于传统双层玻璃中使用的那种。因此,尽管它的外形很薄,但真空隔热玻璃在 ¼ 英寸外形中可以实现低至 0.18 Btu/hr.sqft°F 的 U 系数。这意味着实现了与传统双层玻璃相同或更好的热性能,但厚度仅为四分之一,重量仅为三分之二。这使其成为需要保留现有窗扇或框架且传统隔热玻璃单元不适合的改造或历史保护项目的理想选择。因此,它在历史保护与现代舒适性和环境要求之间取得了平衡,同时让窗户更符合原始设计。在 ¼ 英寸剖面中为 sqft°F。这意味着实现了与传统双层玻璃相同或更好的热性能,但厚度仅为四分之一,重量仅为三分之二。这使其成为需要保留现有窗扇或框架且传统隔热玻璃单元不适合的改造或历史保护项目的理想选择。因此,它在历史保护与现代舒适性和环境要求之间取得了平衡,同时让窗户更符合原始设计。在 ¼ 英寸剖面中为 sqft°F。这意味着实现了与传统双层玻璃相同或更好的热性能,但厚度仅为四分之一,重量仅为三分之二。这使其成为需要保留现有窗扇或框架且传统隔热玻璃单元不适合的改造或历史保护项目的理想选择。因此,它在历史保护与现代舒适性和环境要求之间取得了平衡,同时让窗户更符合原始设计。这使其成为需要保留现有窗扇或框架且传统隔热玻璃单元不适合的改造或历史保护项目的理想选择。因此,它在历史保护与现代舒适性和环境要求之间取得了平衡,同时让窗户更符合原始设计。这使其成为需要保留现有窗扇或框架且传统隔热玻璃单元不适合的改造或历史保护项目的理想选择。因此,它在历史保护与现代舒适性和环境要求之间取得了平衡,同时让窗户更符合原始设计。

当然,真空隔热玻璃有一些可用的变化。对于需要阳光控制的位置,可以设计涂层表面以实现所需的 SHGC。对于可以容纳 IGU 宽度的情况,可以使用三层玻璃涂层真空绝缘玻璃装置,其 U 系数低至 0.12 Btu/hr.sqft°F。这种组合使用带有传统隔板、气体填充物和涂层外板的真空绝缘玻璃单元,以创建具有卓越热性能的混合单元。这两种设计都可以最大限度地减少对现有建筑物的干扰,使其成为提高能源效率的一种具有成本效益的方法。真空还可以改善单层玻璃的声学性能,改善生活和工作环境。虽然这在美国被视为一项新兴技术,

真空隔热玻璃使用透明的微间隔物来保持窗格分离,但仍然可以在适合历史翻新的玻璃的尺寸和重量上提供良好的视觉清晰度。

特种玻璃

制造商不断扩大和开发可用于玻璃的涂层范围,以满足非常具体和特殊的需求。因此,可以使用特种玻璃来满足这些需求。例如,控制超市或其他零售环境中内置冰箱/冰柜的玻璃门上的冷凝水可能是维护和商品可见性的持续问题。因此,已经开发出允许玻璃被电加热并克服该问题的导电玻璃。它是颜色中性的,最大限度地减少反射颜色,并且不会随着时间的推移而改变。它很容易用耐用的热解涂层制造,可以处理、切割、绝缘、层压、热强化和回火,甚至可以弯曲。加热玻璃具有抗划伤和耐磨性,并且有多种玻璃厚度和薄层电阻,范围从 5 ohms/square 到数千 ohms/square。因此,加热玻璃将热控制与卓越的光电特性相结合,使商品保持清晰可见。加热玻璃还用于各种建筑应用中,例如在餐厅中,就餐者的热舒适性很重要。在这里,加热玻璃为建筑物内的居住者提供热量。加热玻璃还用于各种建筑应用中,例如在餐厅中,就餐者的热舒适性很重要。在这里,加热玻璃为建筑物内的居住者提供热量。加热玻璃还用于各种建筑应用中,例如在餐厅中,就餐者的热舒适性很重要。在这里,加热玻璃为建筑物内的居住者提供热量。

其他特种玻璃已被开发用于光电应用,例如建筑物中的计算机屏幕或触摸屏,或在触摸时可控制静电的玻璃。对于想要使用光伏(太阳能-电力)能源的建筑物,已经为刚性面板和薄膜应用开发了特种玻璃和玻璃窗。建筑集成光伏电池 (BIPV) 使用的增加成为可能,因为这种特殊玻璃的有效开发和正确使用可以最大限度地发挥这些系统的发电潜力。

导电特种玻璃可用于在使用商业制冷的零售环境中保持玻璃面板清洁

照片由皮尔金顿北美公司提供

导电特种玻璃可用于在使用商业制冷的零售环境中保持玻璃面板清洁。

可切换电致变色玻璃

当玻璃被染色或镀膜时,它会永久地获得最终的性能特性。这意味着玻璃始终以相同的方式运行,而不管外面的光线条件如何变化。一种创新的替代方法是使用可以从透明、浅色到深色以及介于两者之间的水平切换的玻璃。这是通过使用电致变色涂层实现的,该涂层应用于常规浮法玻璃或涂有透明导电涂层的浮法玻璃。电致变色涂层通常是金属氧化物,与其他玻璃涂层一样是薄膜。当在涂层上施加一个非常小的电压时,离子在层之间移动,在那里发生可逆的固态变化,导致涂层着色并吸收光。反转施加电压的极性会导致离子迁移回其原始层,并且玻璃恢复到其透明状态。这种随意来回切换玻璃的能力在大型日光空间中特别有用和理想,在这些空间中,不同的用途和照明条件决定了对玻璃的不同需求。通常电致变色玻璃应集成到建筑控制系统中,以最大限度地提高效率。其他类型的可切换玻璃是可用的,包括基于 LCD 的隐私玻璃以及基于热致变色和光致变色的材料。这种随意来回切换玻璃的能力在大型日光空间中特别有用和理想,在这些空间中,不同的用途和照明条件决定了对玻璃的不同需求。通常电致变色玻璃应集成到建筑控制系统中,以最大限度地提高效率。其他类型的可切换玻璃是可用的,包括基于 LCD 的隐私玻璃以及基于热致变色和光致变色的材料。这种随意来回切换玻璃的能力在大型日光空间中特别有用和理想,在这些空间中,不同的用途和照明条件决定了对玻璃的不同需求。通常电致变色玻璃应集成到建筑控制系统中,以最大限度地提高效率。其他类型的可切换玻璃是可用的,包括基于 LCD 的隐私玻璃以及基于热致变色和光致变色的材料。

玻璃对绿色建筑的贡献

美国绿色建筑委员会 (USGBC) 开发了 LEED® 绿色建筑评级系统,该系统已被公认为美国领先的绿色建筑标准。LEED 2009 体系一直持续到 2015 年,与 2013 年底引入的 LEED 第 4 版重叠。由于建筑目前正在这两种体系下进行设计,因此可用于两者的积分总结如下,正确选择的玻璃产品可以做出贡献。

优化能源性能

LEED 2009 和 LEED v. 4 都非常强调减少化石燃料的使用和增加无污染可再生能源的使用。正如我们所看到的,可用的玻璃产品范围允许建筑师和其他设计专业人士通过选择镀膜、着色或以其他方式制造的玻璃来真正优化性能,以最适合特定建筑物及其位置,甚至可以改变选择以适应独立的建筑立面和装置。如果正在进行现场可再生能源,则可能认为光伏太阳能电池可能会被认为是哪种正确选择的玻璃将支持并实现。为了获得此信用类别中的分数,建筑物必须根据 ASHRAE 标准证明节能百分比增加。

太阳能光伏系统依靠合适的太阳能玻璃来优化能源生产,而无需依赖任何化石燃料。

材料和资源

这个领域在不同版本的 LEED® 评级系统之间发生了巨大变化。LEED 2009 包括金属墙板可以为整体绿色建筑做出贡献的四个领域:

  • MR Credit 4:回收成分:10% 和 20%(1 – 2 分) 消费后玻璃是一种高度可回收的材料,可以重复使用或重新用于各种产品,如玻璃容器、台面和景观美化材料。然而,它不能用于浮法玻璃制造过程,因为即使是最小的杂质也会影响产品质量和制造过程。因此,浮法玻璃制造不能使用 LEED 评级系统定义的回收玻璃。
  • 学分5:区域材料(1 – 2 分)。许多玻璃制造厂位于美国各地,这意味着根据与建筑物的接近程度,可能会产生区域性材料贡献。

LEED v. 4 下的材料和资源类别采用了一种截然不同的方法来定义建筑产品的绿色特性。新方法侧重于这些产品的整个生命周期。在此方法下证明性能所需的关键文件称为环境产品声明 (EPD)。个别制造商或贸易协会可以为产品准备特定或通用的 EPD。如果是玻璃产品,请与制造商联系以了解可用于文档的内容,以便为此更新的类别赢得适当的积分。

室内环境质量

在 IEQ Credit 8.1 Daylight & 8.2 Views 中,玻璃扮演着非常重要的角色,正如我们已经讨论过的。玻璃窗选择范围的美妙之处在于,可以将日光带入空间,同时仍然满足建筑物的热需求,并且不会阻挡视线。单层玻璃制品的日光透射率从 92% 到 8% 不等。由于室外日光(无直射阳光)在 1,000 至 2,500 英尺烛光范围内,即使是大尺寸的最低透射(最暗)玻璃,也能满足最低信用要求,1000 英尺烛光的透射率仅为 8%(即 80 fc 亮度) )。

设计创新

根据 LEED 2009 和 LEED v. 4,认可的创新超过绿色建筑组件或系统的最低性能水平。因此,完全有可能通过使用一些与玻璃相关的创新或新兴技术来提高 LEED 最低性能水平,从而获得一些额外的信用。更重要的是,可以通过使用这些系统找到适当的方法来满足不同的需求并在不同的操作条件下在它们之间取得适当的平衡,从而通过使用这些系统来改善建筑整体,从而展示创新。

案例分析

密歇根州立大学联邦信用合作社总部大楼

  • 地点:密歇根州东兰辛
  • 建筑师: Daniels and Zermack Associates, Inc.
    Gregory A. McKenzie,友邦保险,负责人,密歇根州安娜堡
  • 玻璃承包商: Calvin and Company of Flint, MI
  • 玻璃制造商:密歇根州普利茅斯的 PDC Michigan
  • 使用的玻璃: Solar Control Low-e 涂层

密歇根州立大学联邦信用合作社 (MSUFCU) 庆祝其在密歇根州东兰辛的新总部大楼隆重开幕,为绿色建筑和可持续设计树立了标准。新的 Gold LEED® 认证建筑,占地 145,000 平方英尺,位于 US-127 沿线,是公司总部的永久所在地。MSUFCU 运营超过 73 年,是世界上最大的基于大学的信用合作社。由于其主要关注点是其成员和社区,新总部大楼的建设被证明是一项宝贵的贡献。MSUFCU 与位于密歇根州安娜堡的 Architects、Daniels 和 Zermack Associates, Inc. 合作,将绿色设计和建筑材料整合到一个节能、可持续的项目中。

60 多年来,Daniels 和 Zermack 一直为金融机构提供创新的建筑设计。这家全方位服务公司专门从事新建、增建、规划和翻新。该项目的负责人 AIA 的 Greg McKenzie 在设计过程中充分考虑了建筑的效率。McKenzie 与密歇根州弗林特的 Calvin and Company 和密歇根州普利茅斯的 PDC 玻璃制造商密切合作,以选择最佳的玻璃选择以实现预期的结果。这座四层楼的总部大楼展示了 44,000 平方英尺的太阳能控制低辐射玻璃,因为它提供了可见日光和低太阳能热增益的完美融合。

总体而言,近 80% 的建筑利用自然采光来减少对人工照明的需求,”麦肯齐说。然而,MSUFCU 想要一座不需要使用百叶窗的建筑,因为它们被视为会损害建筑外观的额外成本。选定的玻璃窗提供眩光控制,允许此设计选项。当代建筑设计融合了所有分支机构的美学,展示了砖块和绿色玻璃外墙。McKenzie 说:“玻璃的颜色搭配得很好,我们对结果非常满意。” 该建筑迷人的低辐射玻璃幕墙允许自然光进入,吸收和阻挡太阳能,减少进入建筑的热量。它结合了极好的美学、太阳能和热性能,

结论

建筑师设计建筑物以满足各种标准,并将专业技能与适当的材料和产品选择相结合。浮法玻璃已被证明是一种重要且不可或缺的建筑材料,可用于制造各种产品,以解决许多通用和非常具体的设计问题。因此,建筑师现在能够从钢化、夹层、着色和镀膜玻璃的广泛组合中为不同的项目和外墙选择特定的玻璃产品。通过了解不同制造选择之间的差异和优势,将性能、美学和功能结合在一起,创造出能够满足或超出预期的建筑设计。

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