文章精选丨Low-E玻璃的技术发展历程及其展望

Low-E玻璃是一种表面涂有特殊镀膜的玻璃材料，可以有效阻隔太阳光中红外线的辐射热并且透过可见光，减少热量传输，具有保温、节能、高效的特点。本文系统性地回顾了Low-E玻璃的发展历程，浅析了当前其在我国建筑等领域中的地位，并对Low-E玻璃节能原理、种类与技术特点，包括单银、双银和三银Low-E膜层的性能差异和各种制备工艺的特点进行综合概述。最后，结合我国现行的相关政策和法规，分析了Low-E玻璃在我国的市场状况和未来发展潜力。不仅为Low-E玻璃行业提供了技术总结及展望，也为建筑行业、政策制定者和市场分析师提供了借鉴，具有较好的研究价值和实际应用意义。

 

Low-E玻璃发展历程

 

20世纪初，英国的J. Dewar发明了中空玻璃保温瓶，中空玻璃瓶的低对流、低热传导、低辐射传热等特性引发 人们关注，这成为了Low-E玻璃发明的重要标志。1959年，英国皮尔金顿公司研制成功浮法成型工艺并取得国家专.利，这种典型的浮法工艺之后在世界玻璃工艺占主导地位。随着工业化和规模化的进程，更多具有特定性能的玻璃材料被研发出来，满足了现代社会多方面的需求。20世纪60年代，德国W. C. Heraeus公司采用热蒸发工艺，开始生产覆盖有金膜的平板玻璃，这种玻璃主要用于豪华铁路车辆的窗户。1978年，美国英特佩公司第一次成功地将Low-E玻璃应用在建筑物上面。1990年左右，鉴于3次石油危机之后对传统能源的需求减少，加之工业发展的推动，以及磁控溅射工艺的应用，Low-E玻璃技术在全球范围内开始得到广泛采用并成为一种趋势，旨在提高能效、减少能源消耗，并为建筑行业提供更为环保的材料选择。

 

在这种行业发展下，我国也紧随国际步伐，开始重视并发展Low-E玻璃产业。2004年，我国Low-E玻璃产业尚处于起步阶段，受限于工艺技术的成熟度、产品质量的稳定性以及生产成本的经济性，当年Low-E玻璃只有350万 m² 的产量。随着技术的进步和市场的需求，到了2011年，这 一数字经历了爆发式的增长和质的飞跃，年平均增长率高 达364%，产量激增至约9 270万 m²，表现出强劲的市场潜力和发展势头，如图1所示。

 

2021年，我国Low-E玻璃产业迎来了新的发展高峰，新增了近10条生产线，总产能达到了5.5亿 m²，标志着我国在该领域的制造能力和市场规模潜力均已达到世界前列水平。在这样的市场环境中，高端市场呈现出较为稳定的竞争格局，台玻集团（以下简称 “台玻”）、信义玻璃控股有限公司、福耀玻璃工业集团股份有限公司（以下简称“福耀”）等行业巨头凭借其品牌影响力、技术实力和市场经验，稳居市场领导地位，市场集中度高，市场规模大。与此同时，低端市场的竞争则显得更为激烈。新兴企业如旗滨集团、山东金晶科技股份有限公司等， 凭借其在性价比上的显著优势，不断扩大市场份额，挑战传统巨头的市场地位。这种竞争态势不仅推动了产品价格的合理化，也促进了整个行业的技术创新和服务提升，为我国 Low-E玻璃产业的持续健康发展注入了活力。

 

随着人们环保意识的增强和建筑行业对节能材料的需求日益增长，Low-E玻璃作为一项关键的节能环保材料，其市场前景乐观。根据图1所示的统计及预测，在未来几年，我国将继续加大对建筑节能、绿色环保等方面的支持力度，这将为Low-E玻璃产业带来更多发展机遇，预计到2027年，我国Low-E玻璃市场规模将达到1 000亿元以上。这一趋势不仅展现了Low-E玻璃产业的强大生命力和市场潜力，更体现了我国在推动绿色发展、建设美丽中国方面的坚定决心和显著成就。

 

 

Low-E玻璃技术原理

 

Low-E玻璃是一种先进的建筑材料，它的核心特性在于其表面镀有的多层金属化合物膜。这一膜系的关键组成部分是银膜，它位于2层透明电介质薄膜之间，这些电介质通常由诸如二氧化钛（TiO₂）、氧化锌（ZnO）、二氧化锡（SnO₂）或氮化硅（Si₃N₄）等半导体材料构成。这种结构设计使得Low-E玻璃在多个方面展现出卓越性能。Low-E玻璃的低辐射涂层降低了辐射率，减少了热量损失，提升了节能效果。高透过率和低遮阳系数使其具有高可见光透过率和红外线反射率，确保了良好的采光并有效隔热，尤其是在中远红外线的反射上表现出色，反射率超过80%，从而在保温和隔热性能上表现优异。 

 

在自然界，热量传递包括热传导、对流和热辐射3种方式，这些方式在Low-E玻璃性能评价中也有所体现。Low-E玻璃因密度大和热传导系数低，能蓄积较多热量，有较大的热惯性。为减少对流热损失，Low-E玻璃设计采用多层结构增加空气层。同时，因为玻璃会以电磁波形式辐射能量，所以热辐射在Low-E玻璃中也十分重要。总而言之，Low-E玻璃通过优化其结构与材料性质，有效结合了热传导、对流和热辐射的原理，以达到更好的节能效果。

 

Low-E 玻璃的节能原理从两方面表现，一方面是Low-E膜可以减少玻璃两侧即室内和室外因温差而导致热量传递；另一方面是Low-E膜能够有效阻隔太阳光辐射，达到阻隔玻璃辐射热能的效果。夏季和冬季Low-E玻璃节能原理如图2所示。玻璃在室内外温差条件下的热传递过程可以概括为以下3个环节：首先，室外环境中的空气与玻璃表面发生热交换，这一过程被称为“室外热交换”；其次，热量通过玻璃材料自身的传导作用进行传递，这一过程称为“玻璃内传热”；最后，室内空气热量与玻璃表面热量进行交换，完成热量的传递循环。其中，低辐射镀膜中空玻璃广受欢迎，其空气的热导率仅为0.024 W/(m·K)， 这意味着其热阻很高，当空气被引入双层玻璃的空腔中时，它能显著减缓玻璃整体的热传递速度，有效阻断热量通过 传导方式的传递。
 

 

使用Low-E玻璃大幅度降低了室内与外界环境之间通过玻璃进行的热交换。在空调系统进行加热或冷却操作时，一旦室内温度达到预定值，空调能够保持较长时间的休眠模式，这样便减少了能源的消耗。我国部分地区窗户耗热量约占建筑物围护结构耗热量百分比如表1所示，说明窗户的保温性能具有重要的现实意义。

 

Low-E玻璃的应用不仅提升了居住和工作环境的舒适度，还有助于减少空调和暖气的使用，进而降低能源消耗和碳排放。从更广泛的角度来看，Low-E玻璃的应用对于节能减排具有很重要的现实意义。随着全球对可持续发展和环境保护的关注日益增加，这种高效能的建筑材料成为了推动绿色建筑和生态文明建设的重要力量。通过减少能源消耗，Low-E玻璃有助于减缓气候变化的影响，同时促进资源的合理利用和循环经济的发展。

 

Low-E玻璃种类

 

按照生产方式分类

根据生产工艺种类的不同，Low-E玻璃主要分为在线Low-E玻璃和离线Low-E玻璃两大类型。在线Low-E玻璃是在钢化玻璃生产过程中直接形成的，这种制作方法由于高温钢化过程的特性，可能会使膜层产生色差，并且由于工艺技术的限制，在线Low-E玻璃的品种相对单一。离线Low-E玻璃是在传统玻璃制造完成后，通过独立的镀膜工艺添加一层薄膜于玻璃表面，这使得离线Low-E玻璃在品种上更加多样化，能够根据不同地区的气候特征，定制不同透过率（高、中、低）的产品，以满足各种各样需求。 所以，目前Low-E玻璃的生产主要采用离线镀膜技术。此外，离线Low-E玻璃提供了银灰、浅灰、浅蓝以及无色透明等在内的多种色彩及搭配选择，甚至可以通过着色玻璃制作出绿色等其他颜色，从而为消费者提供更多样化的选择。在线与离线Low-E玻璃在生产工艺、产品品种、颜色选择以及应用上的详细对比具体如表2所示。

 

按照应用功能分类

Low-E玻璃根据其应用功能的不同，可分为高透型低辐射镀膜玻璃和遮阳型低辐射镀膜玻璃等。高透型低辐射镀膜玻璃以其低热传导系数和有效反射远红外热辐射为显著特点。在寒冷的冬季，它能有效地将室内的暖气、家电和人体散发的热量反射回室内，同时减少热量流失，从而达到显著的保温效果。遮阳型低辐射镀膜玻璃除了拥有高透型低辐射镀膜玻璃的优点外，还具备反射太阳中近红外热辐射的能力，这使得遮阳型低辐射镀膜玻璃在防晒、隔热方面表现更为出色，有助于减轻室内温度因太阳辐射而升高的情况，提高居住舒适度。

 

按照银层镀膜层数分类 

按照银层镀膜层数分为单银、双银、三银Low-E玻璃，从透光率、遮阳系数、膜层区别等方面说明其三者的区别，如表3所示。

单银、双银 Low-E 镀膜玻璃：单银Low-E镀膜玻璃通常包括至少1个功能层，也就是银层，并且还包含其他金属及化合物层，通常总共有 5 层膜层。双银Low-E镀膜玻璃含有2个功能层，也就是银层，以及附加的其他金属和化合物层，一般有9层膜层。不过 ，双银技术的工艺控制复杂度显著高于单银技术。一般情况下，镀膜玻璃不仅允许太阳热辐射通过，也会降低可见光的透过率。相比于单银Low-E玻璃，双银Low-E玻璃在阻挡太阳热辐射方面更为高效，在保持同等透光率的条件下，双银Low-E玻璃的遮阳系数更低，能够更有效地过滤太阳光并将其转化为冷光源。与单银Low-E玻璃相比，双银Low-E玻璃的传热系数更低，这进一步提升了Low-E玻璃作为外窗的保温能力，从而实现了冬暖夏凉的效果。不过，双银Low-E玻璃在使用过程中也面临一些问题，主要包括Low-E玻璃隔热和遮阳能力不够强大，膜层耐久性不够强，膜层会使玻璃呈现出一定的颜色，可能不符合某些建筑的审美要求，不当的清洁容易损坏膜层等问题，需要进一步提升镀膜技术。

三银 Low-E 镀膜玻璃：三银Low-E镀膜玻璃也是一种高性能的玻璃材料，与单银或双银Low-E玻璃相比，具有更强大的隔热和遮阳能力。典型的三银Low-E膜层结构材料包括TiO₂、锡酸锌（ZnSnOx）、SnO₂、 ZnO、二氧化硅（SiO₂）、五氧化二钽（Ta₂O₅）、三氧化二铋（Bi₂O₃）、氧化铝（Al₂O₃）、铝化锌（ZnAl）、五氧化二铌（Nb₂O₅）、Si₃N₄、掺铝氧化锌（AZO）、氧化锆（ ZrO₂）、氧化钒（VO₂）等。通过使用这些创新的三银Low-E镀膜材料，电介质层材料方面取得了显著的技术突破，显著降低了成本，并提升了产品在多个关键方面的性能。在三银Low-E镀膜玻璃的众多优点中，三银Low-E 镀膜玻璃的保温隔热性能表现出色。其采用的3层银膜结构可以有效反射太阳辐射和室内热量，减少建筑物内部的热损失，从而降低空调系统的能耗，达到节约电力的目的。这种玻璃还可以有效阻挡紫外线的穿透，保护室内家具和装饰不受到紫外线的破坏，延长室内物品的使用寿命。三银Low-E镀膜玻璃还具有出色的透光性，虽然它可以反射大部分的太阳光热量，但却不会减弱太阳光的亮度，因此可以保障室内的明亮度，提高建筑物的舒适性并美化视觉效果。这种三银镀膜玻璃还可以有效减少室内的镜面反射，降低室内的眩光感，从而提升室内环境的舒适度。此外，三银Low-E镀膜玻璃具备卓越的声学性能。一般会有多层中空结构可以有效地隔离噪声，提供更加安静舒适的屋内环境，有利于人们休息和学习，也可以尽量避免屋内的声音传出，提高屋内的隐私性。因此，在城市繁华地区和噪声污染比较严重的地方，这种低辐射玻璃特别受到青睐。总而言之，三银Low-E镀膜玻璃以其出色的保温隔热、高透光特性和良好的声学性能成为现代建筑物中的首.选玻璃材料。比如，台玻制备的可钢化三银玻璃因其出色的性能备受关注。它的大面积应用不仅提高了建筑物的节能性能，而且还能够改善室内环境质量，提供更加舒适、健康的生活和工作空间。随着社会生产力的发展、人们对节能要求的提升以及进一步满足市场需求等相关原因，三银Low-E玻璃的一些镀膜技术亟待提升，包括增强其耐久性、光学性能和热阻性能。这可以通过替换更耐腐蚀的材料和改进膜层结构来实现，以提高其抵抗损伤的能力。虽然增加镀膜层数可能会带来更高的成本，但随着其生产技术的成熟和规模化生产，制造成本有望降低，从而使得三银Low-E玻璃更加经济可行。结合智能玻璃技术的开发，可以创造出具有更多新功能的产品，进一步拓宽三银Low-E镀膜玻璃的应用领域。

 

Low-E玻璃制备工艺

 

镀膜玻璃技术经过多年迅速发展，现已形成一套成熟的技术与工艺体系。普遍采用的工艺技术有磁控溅射、 真空蒸镀、化学气相沉积、喷雾热解和溶胶-凝胶等。在这些方法中，真空磁控溅射技术较为先进，以其低能耗、环保和膜层质量优等优势，成为应用最普遍的涂覆技术，并且是研究焦点之一。 

 

磁控溅射法

磁控溅射是一种利用电场和磁场的协同作用，将正离子从靶材中轰击出来并沉积到基材表面的方法，原理示意图如图3所示。由于膜层在沉积过程中具有高能量，因此具有较强的附着力。具体来说该方法是利用低压气体的自持放电现象，通过在放电空间中加入磁场，使得电子在运动过程中受到洛伦兹力的作用，产生更多二次电子，从而提高对氩气的电离率，增加溅射速率，是目前镀膜公司的主流技术。如台玻、福耀等公司引进的真空磁控溅射生产线，大大提高了薄膜质量和镀膜效率。磁控溅射镀膜生产线通 常配置3～7个气氛区域和6～12个阴极。这种大规模配置使得气氛区的使用变得便捷，并且能够快速高效地切换到所需的阴极靶材，以满足不同用户对多样化膜系品 种的生产需求。然而，与其他涂覆工艺一样，它也存在一些缺陷，比如在玻璃钢化后再进行涂覆，通常很难承受高温， 因此对玻璃进行高温处理的难度较大。

 

真空蒸镀法 

真空蒸镀是指在特定的真空条件下，利用激光、电子束、电弧、电阻、射频感应等方式对即将镀膜的材料进行加热，使其气化为具有一定动能和势能的气态粒子，随着装置内真空度的提升，在真空状态下，气态粒子拥有更长的自由飞行路径，它们可以自由且迅速地移动到基片表面，并沉积形成薄膜。此方法示意图如图4所示。在这一过程中，部分气态粒子会附着在基片表面并形成晶核。随着镀膜材料的持续蒸发，晶核逐渐长大并最终相互连接，形成连续的薄膜，其余的气态粒子则与基片表面发生弹性碰撞，被反射后沉积在真空室体的内壁表面。这种技术对于制备高质量、均匀的镀膜玻璃具有重要意义。不过，真空蒸镀法也存在不足，比如不适用于高熔点材料，因为熔点高，蒸发太慢。

 

化学气相沉积法 

化学气相沉积（CVD）是一种通过气态反应物在加热的固体基板上进行化学反应，从而生成固态沉积物并形成固体材料的工艺，示意图如图5所示。这一过程在本质上是一种气态的原子级传质过程。目前，化学气相沉积技术已被广泛应用于多种领域，包括物质的提纯以及各种各样单晶、多晶或非晶态无机薄膜材料的制备。虽然化学气相沉积技术在发展上已较为成熟，但是其沉积速率通常不及磁控溅射镀膜技术。此外，参与沉积反应的原料和反 应产生的废气可能具有易燃、易爆或有毒的性质，因此对设备提出了耐腐蚀的要求。

 

喷雾热解法 

喷雾热解法是指将金属盐溶液以雾状形式喷入高温环境，迅速导致溶剂蒸发和金属盐的热分解反应，固相物质会析出，形成纳米级的粉末；另一种方法是将溶液喷入高温气氛中以实现干燥的目的，之后通过热处理来生成粉末，所形成的颗粒尺寸与喷雾过程中的工艺参数密切相关。喷雾热解法需要高温和真空环境，对设备和操作人员的要求较为严格，因此其经济成本和人力成本相对较高。

 

溶胶- 凝胶法 

溶胶-凝胶法是制备纳米粒子和薄膜的一种常用且有效的技术。它以高纯度、低合成温度（甚至可以在常温下进行）、易于掌握的化学计量比和短反应时间的特性而著名。特别是其生产流程比较简捷，不需要昂贵的特殊装置。溶胶-凝胶法可以用来制造薄膜、超细或球形粉末、陶瓷光纤、多孔无机膜、单片集成电路陶瓷或玻璃、多孔气凝胶材料、多功能复合材料、玻璃纤维和高熔点玻璃材料等。不过，由于溶胶-凝胶法的原材料金属醇盐成本较高，且所用的表面活性剂存在着一定的化学危害性，并且在干燥过程中也很容易释放大量空气和有机物，从而引起体积的收缩。 

 

综上所述，人们根据对不同Low-E玻璃的需求设计出不同的制备工艺，不同制备工艺对应的不同镀膜膜层具体如表4所示。

 

Low-E玻璃市场前景

 

随着全球普遍了解并接受“双碳”计划，建筑业的绿色改革已成为经济发展的必然。国际能源署的报告指出，全球能源消耗中30%来自建筑领域；同时，建筑业在全球电力消耗中的比例更是高达55%。建筑材料行业已成为我国减少碳排放的关键领域，为了加快实现“双碳”目标，玻璃行业的环保转型已是大势所趋。玻璃作为建筑中大量使用的原材料之一，也是高能耗的来源之一。目前，Low-E玻璃因其出色的节能、保温、隔热、抗风压、透光、安全、降噪等特点，可以有效节能并降低建筑物能源成本，在建筑领域得到广泛应用，成为重要建材之一。

 

总体而言，尽管我国的Low-E玻璃产业发展迅速，但对比发达国家仍有差距。在欧美地区、日本和韩国等发达国家，Low-E玻璃的普及率通常超过70%，而在我国， Low-E节能玻璃的市场占有率大约只有12%。这部分原因是长期以来我国主要依靠整体建筑技术的升级来满足节能标准，并未对某一单个产品做出强制应用要求，特别是在下游市场方面，仍有较大的发展潜力待挖掘。国内Low-E玻璃主要应用于大型公共建筑，而庞大的住宅和家居市场尚未得到充分开发。Low-E玻镀膜璃技术的迭代升级调整 了Low-E市场的供需关系，出现了更多创新的生产方法，如常温固化淋涂法、在线硬镀膜技术等。这些升级的工艺为国内Low-E玻璃行业创造了良好的发展环境。

 

我国政府对Low-E玻璃产业的发展也给予了极大的关注，这体现在多个层面的政策支持和技术规范制定上。首先，在宏观政策层面，政府已经将建筑节能和绿色环保相关政策上升为国家战略，出台了GB 55015—2021《建筑节能与可再生能源利用通用规范》和GB/T 50378—2019《绿色建筑评价标准》等规范，旨在促进包括Low-E玻璃在内的节能环保材料在建筑行业中的广泛应用。其次，地方政府也在积极响应中央政策，例如江苏省和上海市分别制定的《江苏省建筑节能管理办法》和《上 海市建筑节能条例》，这些法规条例进一步推动了Low-E玻璃等节能材料的普及和应用。在具体技术要求和产品标准方面，相关部门制定了一系列详细而可靠的标准和规范，如GB/T 41314—2022《建筑光伏组件用镀膜玻璃》、GB/T 18915.2—2002《镀膜玻璃 第2部分：低辐射镀膜玻璃》等。这些标准不但规定了Low-E玻璃在耐用性、透光性、光学性能等方面的技术指标，并且还保障了Low-E玻璃产品的质量，为其在建筑领域的良性发展提供了坚实的技术保障。总之，各级政府通过政策引导和标准制定双向发力，为Low-E玻璃行业的发展创造了许多便利条件，这些措施有助于推动整个建筑行业节能减排计划的实行，同时也是绿色、低碳、可持续发展理念的综合体现。 

 

除了Low-E玻璃快速发展，其他功能性玻璃也随技术的升级和人们生活水平的改善逐渐进入人们的视野中，如超低能耗玻璃、纳米抗氧化可刚镜、智能触摸屏玻璃、高透隔热玻璃、全息幻影成像玻璃、膜面反射镜、炫彩玻璃和减反玻璃等。这些特色玻璃不仅解决了人们生活和工作的需要，同时也给玻璃这个古老而又传统的材料带来更多活力和生机。

 

 

本文引用格式：张进康，杨晓林，孔德茹，等. 绿色节能低辐射（Low-E）玻璃的技术发展历程及其展望[J]. 绿色建筑，2025，17（5）：40-48.