Kính hai lớp và kính ba lớp: Cái nào tốt hơn cho tòa nhà của bạn?

Câu hỏi về kính hai lớp và kính ba lớp xuất hiện trong hầu hết mọi cuộc trò chuyện về thông số kỹ thuật của tòa nhà tiết kiệm năng lượng và câu trả lời có vẻ ít rõ ràng hơn. Kính ba lớp có hiệu suất tản nhiệt tốt hơn kính hai lớp - điều đó hoàn toàn đúng. Nhưng liệu hiệu suất tốt hơn đó có biện minh cho chi phí cao hơn, trọng lượng lớn hơn và khả năng truyền ánh sáng giảm đôi chút hay không còn phụ thuộc vào khí hậu, loại công trình, tải sưởi ấm và làm mát cũng như tiêu chuẩn hiệu suất năng lượng mục tiêu được theo đuổi. Để có được sự lựa chọn đúng đắn này đòi hỏi phải hiểu ý nghĩa thực sự của các con số và ý nghĩa của chúng đối với dự án cụ thể hiện tại.

Cách nhiệt như thế nào Kính Đơn vị làm việc

Cả kính hai lớp và kính ba lớp đều là các đơn vị kính cách nhiệt (IGU) - cụm gồm hai hoặc nhiều tấm kính được ngăn cách bằng các thanh đệm và được bịt kín để tạo ra một hoặc nhiều khoang chứa đầy không khí hoặc khí. Khoang kín làm giảm đáng kể sự truyền nhiệt so với một tấm kính đơn vì không khí tĩnh hoặc khí trong khoang có độ dẫn nhiệt rất thấp và khi khoang đủ rộng sẽ ngăn chặn sự truyền nhiệt đối lưu giữa các tấm bên trong và bên ngoài.

Một thiết bị lắp kính hai lớp có một khoang giữa hai tấm kính. Một khối kính ba lớp có hai khoang và ba tấm kính. Khoang bổ sung trong kính ba lớp cung cấp rào cản nhiệt thứ hai, đó là lý do tại sao hiệu suất nhiệt của nó vượt trội hơn. Sự cải thiện hiệu suất từ ​​gấp đôi lên gấp ba là có thật và có thể đo lường được, nhưng nó tuân theo hiệu quả giảm dần: khoang đầu tiên mang lại sự cải thiện hiệu suất lớn nhất so với kính đơn; khoang thứ hai mang lại sự cải tiến nhỏ hơn so với kính hai lớp; khung thứ tư giả định sẽ mang lại lợi ích gia tăng thậm chí còn nhỏ hơn.

Chỉ số hiệu suất chính: Giá trị U

Giá trị U (cũng được viết là Ug cho giá trị giữa kính hoặc Uw cho toàn bộ cửa sổ bao gồm khung) đo sự truyền nhiệt qua kính tính bằng watt trên mét vuông trên kelvin chênh lệch nhiệt độ (W/m2·K). Giá trị U thấp hơn có nghĩa là cách nhiệt tốt hơn - ít nhiệt thoát qua kính trên mỗi độ chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong và bên ngoài.

Là một điểm tham chiếu, một ô kính trong suốt duy nhất có giá trị U ở giữa ô khoảng 5,8 W/m2·K. Phạm vi hiệu suất điển hình cho các đơn vị kính cách nhiệt:

Sự cải thiện giá trị U từ kính hai lớp tiêu chuẩn (2,8 W/m²·K) đến kính hai lớp Low-E với argon (1,2 W/m2·K) lớn hơn đáng kể so với cải tiến hơn nữa từ kính hai lớp Low-E đến kính ba lớp (0,8 W/m2·K). Đây là lý do cốt lõi tại sao kính hai lớp được chỉ định phù hợp — với lớp phủ Low-E và chất độn argon — là thông số kỹ thuật phù hợp cho nhiều tòa nhà và vùng khí hậu hơn nhiều so với kính hai lớp trần và tại sao trường hợp lắp kính ba lớp lại hấp dẫn nhất ở những vùng có khí hậu lạnh nhất và các tòa nhà có hiệu suất cao nhất.

Hiệu suất âm thanh

Cách nhiệt và cách âm có liên quan nhưng không giống nhau trong IGU và mối quan hệ giữa loại kính và cách âm ít đơn giản hơn so với so sánh hiệu suất nhiệt.

Đối với kính hai lớp và kính ba lớp tiêu chuẩn với các tấm có độ dày bằng nhau, tấm kính thứ ba trong kính ba lớp sẽ tăng thêm khối lượng cho tổ hợp, giúp cải thiện khả năng cách âm ở tần số trung và cao. Tuy nhiên, khoang bổ sung cũng tạo ra tần số cộng hưởng bổ sung và ở tần số gần cộng hưởng này, khả năng cách âm trên thực tế có thể thấp hơn đối với bộ kính ba lớp so với bộ kính hai lớp có tổng độ dày kính tương đương.

Để có hiệu suất âm thanh tối đa, cách tiếp cận hiệu quả nhất trong IGU là sử dụng các tấm có độ dày khác nhau (kính không đối xứng) theo cấu hình đôi hoặc ba - tần số cộng hưởng khác nhau của hai độ dày tấm sẽ ngăn chặn sự trùng hợp ngẫu nhiên xảy ra khi cả hai tấm cộng hưởng ở cùng một tần số. Một tấm kính hai lớp 6mm 10mm có argon và khoang 32mm thường sẽ hoạt động tốt hơn một tấm kính ba lớp 4mm 4mm 4mm thông thường về khả năng cách âm, mặc dù chỉ có hai tấm.

Đối với các dự án mà hiệu suất âm thanh là yếu tố chính điều khiển (các tòa nhà gần đường, đường sắt hoặc sân bay), việc chỉ định kính cách âm - kính nhiều lớp có lớp xen kẽ làm giảm độ rung - trong cấu hình kính hai lớp không đối xứng thường hiệu quả hơn trên mỗi đơn vị chi phí so với kính ba lớp. Các yêu cầu về âm thanh và nhiệt phải được đánh giá riêng biệt và xác định thông số kỹ thuật tốt nhất cho từng loại, thay vì cho rằng kính ba lớp tự động mang lại hiệu suất kết hợp tốt nhất.

Trọng lượng và ý nghĩa cấu trúc

Kính ba lớp nặng hơn đáng kể so với kính hai lớp đối với cùng kích thước khung. Một đơn vị kính ba lớp tiêu chuẩn với ba tấm 4mm và hai khoang 16mm có tổng độ dày khoảng 44mm và trọng lượng đơn vị khoảng 30 kg/m2 cho riêng kính. Một thiết bị kính hai lớp tương đương có hai tấm 4mm và một khoang 16mm dày khoảng 36mm và nặng khoảng 20 kg/m2. Sự khác biệt trọng lượng này có ý nghĩa thực tế:

Khung cửa sổ và phần cứng phải được đánh giá phù hợp với trọng lượng cao hơn của các thiết bị lắp kính ba lớp. Phần cứng lắp kính hai lớp tiêu chuẩn — bản lề, tay cầm, cơ chế nghiêng và xoay — thường không đủ cho các thiết bị lắp kính ba lớp có cùng kích thước và phải được chỉ định phù hợp. Điều này làm tăng thêm tổng chi phí cửa sổ vượt quá chi phí đơn vị kính.

Hệ thống kết cấu kính và hệ thống tường rèm phải tính đến tĩnh tải bổ sung. Trong các bức tường kính cao tầng, nơi trọng lượng kính tích lũy tải hệ thống kết cấu lên nhiều tầng, trọng lượng bổ sung của kính ba lớp trên mỗi đơn vị có thể chuyển thành những hàm ý về cấu trúc có ý nghĩa cần được xem xét kỹ thuật.

Đối với các cửa kính rất lớn - phổ biến trong kiến ​​trúc thương mại hiện đại - việc xử lý và lắp đặt các khối kính ba lớp nặng đòi hỏi phải có thêm thiết bị và nhân công, làm tăng thêm chi phí lắp đặt ngoài chi phí vật liệu.

Truyền ánh sáng

Mỗi ô kính bổ sung làm giảm sự truyền ánh sáng một lượng nhỏ nhưng có thể đo lường được. Một tấm kính nổi trong suốt điển hình truyền khoảng 88–90% ánh sáng khả kiến. Mỗi giao diện kính-không khí (bề mặt kính) hấp thụ và phản xạ một phần nhỏ ánh sáng tới. Một bộ kính ba lớp có ba tấm kính trong suốt có khả năng truyền ánh sáng khả kiến ​​thấp hơn khoảng 2–4% so với bộ kính hai lớp tương đương, tùy thuộc vào loại lớp phủ Low-E được sử dụng. Trong các tòa nhà có diện tích lắp kính lớn nơi ánh sáng ban ngày là giá trị kiến ​​trúc chính - môi trường bán lẻ, bảo tàng, tòa nhà văn phòng với thiết kế chiếu sáng tự nhiên - việc giảm này có thể phù hợp với mục đích thiết kế. Đối với cửa sổ dân cư ở các vĩ độ phía bắc, nơi mong muốn thu được năng lượng mặt trời tối đa vào mùa đông, hệ số hấp thu nhiệt mặt trời (SHGC) giảm của kính ba lớp có thể làm giảm nhẹ khả năng sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời thụ động, điều này phần nào bù đắp cho lợi ích cách nhiệt.

Khi kính ba lớp là sự lựa chọn đúng đắn

Việc lắp kính ba lớp được chứng minh rõ ràng nhất ở những vùng có khí hậu lạnh (số ngày sưởi ấm trên khoảng 3.000 ổ cứng), nơi mức tiết kiệm năng lượng sưởi ấm trong suốt vòng đời của tòa nhà đủ lớn để bù đắp chi phí. Các thị trường Bắc Âu và Bắc Âu (Scandinavia, Phần Lan, Đức, Bắc Ba Lan) đã áp dụng kính ba lớp làm tiêu chuẩn cho xây dựng nhà ở; Vì lý do này, môi trường khí hậu và chi phí năng lượng làm cho nền kinh tế hoạt động.

Các tiêu chuẩn xây dựng nhà thụ động và sử dụng năng lượng ròng bằng 0 thường yêu cầu lắp kính ba lớp vì giá trị U của toàn bộ cửa sổ là 0,8 W/m2·K hoặc cao hơn mà các tiêu chuẩn này chỉ định là rất khó đạt được với kính hai lớp, bất kể tối ưu hóa lớp phủ và lớp phủ. Nếu tòa nhà đang hướng tới chứng nhận hiệu suất năng lượng cụ thể yêu cầu giá trị U của cửa sổ dưới 1,0 W/m2·K, thì lắp kính ba lớp có thể là con đường thực tế để đáp ứng tiêu chuẩn.

Đối với các tòa nhà thương mại ở vùng khí hậu ôn đới (hầu hết Tây Âu, khí hậu lục địa ôn hòa), kính hai lớp hiệu suất cao với lớp phủ Low-E và chất độn argon đạt được hiệu suất nhiệt (Ug ≈ 1,0–1,2 W/m2·K) đáp ứng hầu hết các mã năng lượng hiện tại và mang lại hiệu quả hoàn vốn kinh tế tốt. Kính ba lớp trong những bối cảnh này đôi khi được chỉ định để tạo uy tín, sự khác biệt về mặt tiếp thị hoặc để đạt được hiệu suất phù hợp trong tương lai trước các quy định ngày càng nghiêm ngặt, nhưng mức tiết kiệm năng lượng cận biên là khiêm tốn so với chi phí tăng thêm ở mức giá năng lượng hiện tại.

Ở vùng khí hậu nóng (Trung Đông, vùng nhiệt đới), mối quan tâm hàng đầu là tăng nhiệt mặt trời hơn là mất nhiệt vào mùa đông và hệ số tăng nhiệt mặt trời (SHGC) và việc lựa chọn lớp phủ Low-E thích hợp quan trọng hơn chênh lệch giá trị U nhiệt giữa kính hai lớp và kính ba lớp. Ở những vùng khí hậu này, kính hai lớp kiểm soát năng lượng mặt trời hiệu suất cao thường là khoản đầu tư tốt hơn so với kính ba lớp, mang lại lợi ích bổ sung tối thiểu cho các tòa nhà thiên về làm mát.

Câu hỏi thường gặp

Kính ba lớp có luôn giúp kiểm soát sự ngưng tụ tốt hơn so với kính hai lớp không?

Có, trong thời tiết lạnh - nhưng mức độ cải thiện phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt kính bên trong. Sự ngưng tụ hình thành trên bề mặt kính khi nhiệt độ bề mặt giảm xuống dưới điểm sương của không khí bên trong. Kính ba lớp duy trì nhiệt độ bề mặt kính bên trong cao hơn so với kính hai lớp vì giá trị U thấp hơn, có nghĩa là bề mặt bên trong vẫn ở trên điểm sương ở nhiệt độ bên ngoài thấp hơn. Đối với các tòa nhà ở vùng khí hậu rất lạnh, nơi hiện tượng ngưng tụ trên cửa sổ lắp kính hai lớp là một vấn đề thực tế — đặc biệt là ở những khu vực có độ ẩm cao như bể bơi, nhà bếp thương mại và các tòa nhà dân cư đông đúc — nhiệt độ bề mặt bên trong cao hơn của kính ba lớp giúp giảm đáng kể sự ngưng tụ hơi nước. Ở những vùng có khí hậu ôn hòa, nơi nhiệt độ bề mặt bên trong của kính hai lớp đã cao hơn nhiều so với điểm sương trong nhà thông thường, sự khác biệt về hiệu suất ngưng tụ là không đáng kể trên thực tế.

Có thể sử dụng kính hai lớp và kính ba lớp trong cùng một mặt tiền tòa nhà không?

Có, và điều này thường xảy ra ở các dự án có hướng hoặc vị trí mặt tiền khác nhau có yêu cầu hiệu suất khác nhau. Kính hướng về phía Nam trong điều kiện khí hậu lạnh được hưởng lợi từ hệ số hấp thụ nhiệt mặt trời cao hơn để tối đa hóa mức hấp thụ năng lượng mặt trời thụ động, điều này có thể dễ dàng đạt được hơn ở cấu hình kính hai lớp với lớp phủ Low-E thích hợp so với cấu hình kính ba lớp, trong đó tấm kính bổ sung làm giảm SHGC. Kính hướng Bắc trong cùng một tòa nhà được hưởng lợi nhiều hơn từ khả năng cách nhiệt của kính ba lớp mà không bị ảnh hưởng bởi năng lượng mặt trời. Các thông số kỹ thuật hỗn hợp trong một mặt tiền yêu cầu chi tiết cẩn thận để đảm bảo các độ dày đơn vị khác nhau tương thích với độ sâu giảm kính của hệ thống khung và phải xác minh tính đồng nhất trực quan của màu kính và độ phản xạ - các cấu hình lớp phủ khác nhau có thể tạo ra sự khác biệt về màu sắc và phản xạ giữa các đơn vị ảnh hưởng đến diện mạo của mặt tiền.

Thời gian hoàn vốn để nâng cấp từ kính hai lớp lên kính ba lớp là bao lâu?

Thời gian hoàn vốn phụ thuộc vào chi phí bổ sung của kính gấp ba lần, chi phí năng lượng cục bộ, số ngày sưởi ấm tại địa điểm và diện tích cửa sổ trong tòa nhà. Theo hướng dẫn chung ở các vùng khí hậu Bắc Âu với chi phí năng lượng là €0,15–0,20/kWh: nâng cấp từ kính hai lớp tiêu chuẩn (Ug ≈ 2,8) lên kính ba lớp (Ug ≈ 0,7) trong một ngôi nhà cách nhiệt tốt với kính 30 mét vuông có thể tiết kiệm 300–500 kWh năng lượng sưởi ấm mỗi năm, trị giá €45–100 mỗi năm. Nếu phí bảo hiểm cho kính hai lớp (bao gồm khung và lắp đặt) là 3.000–6.000 € cho cùng một ngôi nhà thì thời gian hoàn vốn đơn giản là 30–60 năm, thường dài hơn tuổi thọ sử dụng của cửa sổ. Tính kinh tế được cải thiện đáng kể khi so sánh kính ba lớp với kính hai lớp hiệu suất thấp (không có Low-E, không nạp khí) và khi tòa nhà ở vùng có khí hậu lạnh hơn với số ngày có nhiệt độ sưởi ấm cao hơn và chi phí năng lượng cao hơn. Kính hai lớp Low-E hiệu suất cao thường mang lại hiệu quả kinh tế tốt hơn cho hầu hết các dự án có khí hậu ôn đới; kính ba lớp là hợp lý khi tiêu chuẩn xây dựng yêu cầu hoặc nơi khí hậu đủ lạnh để chuyển khoản hoàn vốn sang phạm vi chấp nhận được.