玻璃裡的節能知識

玻璃裡的節能知識
美國普渡大學(Purdue University) 博士候選人詹瀅潔

玻璃窗一直是建築設計很重要的一環，好的窗戶設計，除了裝飾功能，更提供人們舒適的自然採光，在寒冷氣候環境下，還能利用太陽光所帶來的熱，提高室內溫度。

然而相信許多人都有在玻璃大樓裡感到非常悶熱的經驗，到底傳統的玻璃設計（未經加工處理的單層或雙層清玻璃）有哪些缺點呢？

玻璃材質的導熱性相對於建築物其他部分如外牆、屋頂等都來得高。也就是說，熱相當容易從外面的環境透過玻璃傳遞進來，不論外面氣溫是非常高、或非常低，都很容易透過玻璃對室內的環境造成影響，而人們就必須花費更多能量來控制室內的環境。這其中的導熱效應有很大一部分是來自玻璃與天空、地面以及玻璃與建築物內部其他部分的輻射交換。

在輻射傳遞中，有一個很重要的因素是放射率（emissivity $$\varepsilon$$），意指物體輻射的能量與同溫度的黑體輻射能量的比值，也就是說，當放射率越高，物體在同溫度下所放出的能量就越高，而這個放射率會隨著波長改變。

為了抵抗清玻璃放射率太高的缺點，所謂的 Low-E（Low-emissivity glass）玻璃技術就應運而生。一般清玻璃對於遠紅外光波段（far-infrared）的放射率約為 $$0.84$$，透過在清玻璃上鍍一層肉眼幾乎看不到的非常薄的金屬膜，能夠讓玻璃的放射率大幅下降，有些產品甚至可低至 $$0.04$$[1]，也就是說，大部分從外面天空及地面或從室內傳給玻璃的輻射能都會被反射回去，其中最常見的鍍膜材料是銀。

然而，還有一項最重要的因素是太陽輻射，玻璃本身對太陽輻射的透過率也相當高，清玻璃對太陽光的總透射率可達 $$80\%$$ 以上，在熱帶地區或亞熱帶地區，我們一方面又希望可見光（日光）能為我們的環境帶來足夠的採光；但另一方面，又希望能阻隔太陽所帶來的熱。然而，對於寒帶國家人們來說，他們希望更多的熱能能透過玻璃增加室內溫度，而且不希望已經在屋內的熱被傳出去，這要怎麼辦呢？

太陽光其實是由許多不同波長的能量所組成，我們一般將太陽光分為可見光（Visible）與不可見光區，不可見光區又包含了很大一部分的紅外線光（Infrared）與紫外線光（UV），如圖一所示。透過各種不同鍍膜技術的發展，在熱帶國家，我們可以將紅外光區塊隔絕，把可見光引入，而在寒帶地區，則增加太陽光可透過的區間，但保留前述的 Low-E 技術將透過的熱困在屋中。

圖一 太陽輻射頻譜 [2]

參考資料:

1. LBNL THERM 6.3 / WINDOW 6.3 NFRC Simulation Manual. 2011.
2. Solar Spectrum. 2013  [cited 2013 09/18/2013]; Available from: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Solar_Spectrum.png.