7~2.1um。投射到地球表面上太陽光能量98%的波長在0.3~2.5um范圍,而對于這樣的一個波長范圍玻璃的透過率為87%,從室內熱源所發射的熱輻射能量其中98%是在3~30um之間波長范圍,這種遠紅外的熱輻射其中89%被玻璃吸收和再發射。
研究表明,對許多金屬膜和化學物膜而言,當膜的厚度達到納米級時,膜的光學性能會出現突變,如ITO膜在可見光區是透明的,其透射率在90%以上,而其紅外光的反射率也在90%以上。由于玻璃具有這些特性:即短波長的陽光和日光輻射通過玻璃而進入室內,被墻壁和內部物體所吸收。近似黑體的物體是以長波的熱輻射方式發射所吸收的能量而所產生的熱量極大部分被玻璃所擋住。因此窗玻璃的作用像陽光收集器,它對短波輻射是透過的,而對長波輻射是不透過的。
窗戶的功能是采光和保暖,而其采用的玻璃材料不同程度地滿足了這一要求,特別是采光方面。普通3mm厚的窗戶玻璃;太陽光透過率達到87%。然而,在保暖方面,它的傳熱系數僅達到5.8W/(㎡·K),這與適當厚度的墻體的傳熱系數1.4 W/(㎡·K)相比,還是有較大的差距。現代建筑對透光和隔熱提出的要求越來越高,這也是為什么能完美地滿足這一要求的低輻射玻璃能夠風靡歐美的原因。
通過窗戶所進入室內的太陽光線以及由取暖設備所釋放出的能量被室內物體吸收后,再發射出去被稱為熱量的電磁輻射。這是一種波長大于3um的紅外范圍的連續輻射。其輻射強度最大的波長位置由維恩位移定律確定,當室溫為T時:
λmax=2989/T
在室溫為2℃時,該波長大約為10um。
玻璃與光線的本質作用是組成玻璃的氧化物與電磁輻射的相互作用,因而呈現一定的規律。例如,由于玻璃中的橋氧的電子受激產生紫外吸收;而玻璃中分子的本征頻率與紅外光的頻率相近或相同,則產生紅外吸收。普通玻璃的中遠紅外啊透過率極低,特別是從4.5~10.5um是絕對不透明的,該范圍正好包含了室溫下最大輻射強度的波長。玻璃的紅外范圍的低透射率表象不能理想的阻擋室內的熱量流失,因為它對紅外輻射產生強烈地吸收和微弱地反射,例如,標準玻璃室溫下在空間輻射的整個能量光譜內,吸吸收率達到89%,因此,二次散熱使室內流失了大量的能量。
單片窗戶玻璃的傳熱系數k決定于玻璃本身的傳熱系統A和玻璃室內外兩個表面向空間的傳熱系數αi以及αa,他們的倒數,即傳熱阻抗則滿足以下關系。
1/k=1/αa+1/A+1/αi
在一定標準條件下可得到室內外兩個表面的傳熱系數為:αi=8 W/(㎡·K),αa=23 W/(㎡·K),由玻璃材料的熱導率λ,可得A=λ/d(d為玻璃厚度)。而3mm厚的窗戶玻璃差un熱系數k=5.8 W/(㎡·K)的經典結果就是在此條件下由上式得到的。并且更進一步的研究可知:外表面的傳熱以對流為主,占82%;內表面的傳熱以輻射為主,占58%。這意味著要從改變玻璃的性能來減少熱能的散失,唯一的辦法就是抑制內表面的輻射,低輻射膜也由此引起人們的關注。
處在一定溫度下的任意表面都能產生熱輻射,自然界最理想的輻射體是黑體,它的發射率等于1。與熱輻射有關的基爾霍夫定律指出,對任一波長、任意材料表面的發射率與黑體表面的發射率之比等于該材料的吸收系數。據此可知,良好的吸收體也是良好的發射體。當一個物體表面收到熱輻射時,設R為表面對熱輻射的反射率,1-R則為吸收系數,如用ε材料表面的發射率,根據以上定律顯然有:
ε=1-R
指出,只有對熱輻射,也就是對紅外輻射有高反射的表面才有低的反射率,這就是選擇玻璃涂層時的物理依據。
接著,應該了解什么樣的材料表面對紅外輻射具有高反射率。就熱輻射的電磁本質而言,它在界面上的行為應決定于麥克斯韋普遍的電磁場方程,據此可以得到一個光波或電磁波在界面上反射的重要結論,該結論指出,在低頻近似下:
R=1-8wεo/σ
式中R---反射率
Εo---真空中的介電常數
W----電磁輻射的圓頻率
σ---材料的電導率
對于所有的良導體,特別是銅、銀、金,具有很高的電導率。當w在近紅外區時,都是很好的反射體;當w在遠紅外區時,則是更佳的反射體,其反射率幾乎接近于1。這也是鍍層的紅外反射率與面電阻密切關聯的原因。
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