目前市场上主要的节能玻璃包括：热反射玻璃、吸热玻璃、低辐射玻璃、中空玻璃等。纳米隔热涂膜玻璃是近几年出现的新型节能玻璃，以其良好的可见光透过率和红外线阻隔率，实现了高透和遮阳两者的兼顾，已经成为既有建筑及新建建筑玻璃幕墙节能改造的重要手段。此外，随着国家对建筑节能要求的日益提高，部分北方地区及夏热冬冷地区已经率先实施建筑节能65%标准，提高围护结构热工性能的节能效果是实现节能65%的重要途径，纳米隔热涂膜玻璃的应用为外围护结构中建筑玻璃门窗的节能性能提升提供了一种新方法。本文即从纳米隔热涂膜玻璃的节能原理、性能优势及特点方面进行分析，以期为建筑节能玻璃的选材提供指导。
1 纳米隔热涂膜玻璃的节能原理
太阳辐射的主要能量集中在0.2~2 μm 的波长范围内，其中各波段能量占太阳总辐射能的比重见表1。
由表1 可知，可见光与红外光波段能量约占整个太阳辐射能量的90%以上，因此，减少近红外区段和可见光区段的太阳辐射能量进入室内是夏季建筑节能的重要手段。与此同时，建筑玻璃本身的透明性决定了玻璃除应具有较好的节能效果以外，还应具备增强室内自然采光的功能，因此，在阻隔红外线进入室内的同时必须保证必要的可见光透过，才不至于因采光损失造成室内照明能耗的增加。因此，最理想的夏季节能方式应为高透遮阳。
能量的传递方式有辐射、传导和对流3种，在建筑围护结构中，热量通过玻璃的进出同样也包括以上三种方式。纳米隔热涂膜玻璃节能机理主要是利用涂膜中均匀分布的纳米半导体合金粉体对太阳光谱的选择透过性，即反射、吸收太阳光谱中的红外线而不阻挡可见光透过。因此保证室内可见光充分透过的同时，减少太阳辐射热量进入室内。纳米隔热涂膜玻璃与普通玻璃相比，对太阳光谱选择透过性如图1。在波长0.76~2.5μm 的范围内，纳米隔热涂膜玻璃具有较强的红外阻隔作用;而在可见光波长范围内，透过率高达80%，与普通玻璃相差不大，从而保证了可见光的透过。
2 几种节能玻璃热工性能模拟计算
本文采用美国劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)开发的windows6.3 和optics5 软件，选取中国玻璃数据库中典型节能玻璃与纳米隔热涂膜玻璃进行光学热工性能对比分析。首先按照JGJ/T151-2008《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》的规定设定模拟计算的边界条件。
2.1 冬季计算标准条件
室内空气温度Tin=20℃，室外空气温度Tout=0℃;
室内对流换热系数hc,in=3.6W/(m2·K)，室外对流换热系数hc,out=20W/(m2·K);
室内平均辐射温度Trm,in=Tin，室外平均辐射温度Trm,out=Tout;
太阳辐射照度Is=300W/m2。
2.2 夏季计算标准条件
室内空气温度Tin=25℃，室外空气温度Tout=30℃;
室内对流换热系数hc,in=2.5W/(m2·K)，室外对流传热系数hc,out=16W/(m2·K);
室内平均辐射温度Trm,in=Tin，室外平均辐射温度Trm,out=Tout;
太阳辐射照度Is=500W/m2。
计算传热系数时应采用冬季标准计算条件，同时取Is=0W/m2。计算遮阳系数、太阳能总透射比应采用夏季标准计算条件。
分别计算不同种类单片玻璃的光学热工性能，所选样品规格依次为：①5 mm 普通玻璃;②5 mm 纳米隔热涂膜玻璃II 型(记作TMII);③5 mm 热反射玻璃（词条“反射玻璃”由行业大百科提供）即阳光控制玻璃;④5 mm 吸热玻璃;⑤5 mmLow-E 玻璃，模拟计算其可见光透射比、太阳能总透射比、传热系数、遮阳系数，从而对比分析不同节能玻璃的光学性能(见表2)。
由表2 可以看出：①各种节能玻璃的可见光透射比与遮阳系数的变化趋势一致，即随着遮阳系数的降低，其可见光透射比值也降低。②对于热反射玻璃和吸热玻璃，两者的遮阳系数均在0.6 左右，与纳米隔热涂膜玻璃遮阳效果相较并无太大优势，但前两者的可见光透射比值分别为涂膜玻璃的68.5%和34.2%，说明这两类玻璃不能实现遮阳与高透的兼顾，在阻挡热量进入的同时增加了室内照明负荷，综合节能效果显著降低。③涂膜玻璃与普通玻璃进行比较可知，涂膜玻璃遮阳系数是普通白玻的68%，可见光的损耗相当于在普通玻璃基础上降低22%。因此涂膜玻璃作为单片玻璃使用时，具有透明和节能兼顾的作用。④针对纳米隔热涂膜玻璃高透遮阳的特点，特别适合在有遮阳要求的广大南方地区进行推广和使用。
对于夏热冬冷及寒冷的北方地区，可以通过纳米涂膜中空玻璃的形式来弥补其在传热系数上的不足。选取下列中空玻璃配置进行模拟计算：(1)5TMI+9A+5;(2)5TMII+9A+5;(3)5TMIII+9A+5;(4)5+9A+5;(5)5Low-E+9A+5;(6)5TMI+9A+5+9A+5;(7)5TMII+9A+5+9A+5;(8)5TMIII+9A+5+9A+5(TM表示纳米隔热涂膜玻璃，I、II、III 分别为涂膜型号)。分别模拟计算各种配置的可见光透射比、太阳能总透射比、传热系数、遮阳系数，从而对比各种中空玻璃的光学热工性能，结果见表3。
由表3 可知，①比较可见光透射比及太阳能总透射比的值，3 种型号的涂膜中空双玻甚至三玻普遍高于Low-E中空双玻，因而有利于冬季太阳辐射热能的进入。②通过采用涂膜三玻配置可有效降低窗玻璃的传热系数，使得在保温效果上不逊色于Low-e 中空玻璃。③纳米隔热涂膜玻璃通过合理配置，可适用于夏热冬冷地区及寒冷的北方地区。
3 纳米隔热涂膜玻璃节能效果测试
以太阳为光源测试纳米隔热涂膜玻璃与普通玻璃的实际隔热效果，测试装置如图2 所示。
测试时间为2013 年9 月7 日12:00-16:00，在室外采用太阳作为测试光源，分别用3mm 纳米隔热涂膜玻璃与普通玻璃进行温度变化对比测试，温度自记仪每5min 记录1 次。
测试结果：如图2 所示，在同等条件下，覆盖纳米隔热涂膜玻璃的箱体温度升高明显较普通玻璃一侧缓慢，充分证明纳米隔热涂膜玻璃对太阳辐射热能具有明显的阻隔作用，在室内温度达到平衡时，纳米隔热涂膜玻璃室内腔体的温度比普通玻璃一侧低8℃左右。
4 纳米隔热涂膜玻璃节能量计算
以北京某政府建筑窗玻璃应用纳米隔热涂膜中空玻璃为例，该工程应用玻璃面积1429m2。通过使用纳米隔热涂膜中空玻璃，窗玻璃的遮阳系数从0.88 降至0.54，考虑到由于纳米隔热涂膜玻璃的使用导致冬季太阳辐照能量的吸收有损失，对夏季节能效果和冬季的能量损失分别进行计算。
(1)冬季计算条件：冬季采暖期为11 月至次年2 月共125 d，采暖季日照时间为8 h/d，共计1000 h;冬季逐时太阳辐照强度在东、南、西三向的平均值为79.3W/m2(依照北京居住建筑节能设计规范规定)。
(2)夏季计算条件：空调季5~8 月共122d，每天10h共1220h，夏季太阳逐时辐照强度在东、南、西三面的平均值为421.73W/m2(依据中国气象年鉴数据计算得)。基于上述条件计算得到该工程应用纳米隔热涂膜玻璃后的综合节能量，结果见表4。
由表可知，即便考虑到冬季太阳辐照能量吸收的损失，夏季节能量仍远远大于冬季热量损失量，全年理论节能量为2.05×105kW·h，综合节能效果显著。
5 结论
(1) 纳米隔热涂膜玻璃具有良好的可见光透过率和红外线阻隔率，是一种优异的遮阳型节能玻璃。与其他种类的节能玻璃相比，在夏季遮阳方面具有明显的优势，适合在南方地区进行推广使用。
(2) 纳米隔热涂膜玻璃与普通玻璃相比，遮阳系数可降低至普通玻璃的68%以下，在实验室条件下进行模拟对比测试，温度达到平衡时两者腔体内温差可以达到8℃，具有明显的隔热效果。
(3) 对于有遮阳需求和保温需求的北方地区，建议采用纳米隔热涂膜中空双玻或者三玻配置，玻璃自身传热系数可降低至2.0W/(m2·K)，既可满足对夏季遮阳的要求，又能弥补冬季热工性能的不足。
