Kính cách nhiệt là gì?

Kính cách nhiệt là loại kính hoặc hệ kính được thiết kế để giảm thiểu dòng truyền nhiệt qua bề mặt kính, được đặc trưng bởi hệ số truyền nhiệt U-value thấp. Trong xây dựng, thuật ngữ này bao gồm cả kính đơn có lớp phủ đặc biệt lẫn hệ kính nhiều lớp như kính hộp IGU (Insulating Glass Unit).

Nguyên lý vật lý của cách nhiệt trong kính

Nhiệt năng truyền qua kính theo ba cơ chế: dẫn nhiệt (conduction) qua vật liệu rắn, đối lưu (convection) của không khí hoặc khí trơ bên trong, và bức xạ nhiệt (radiation) hồng ngoại từ bề mặt nóng sang bề mặt lạnh hơn. Kính cách nhiệt hoạt động bằng cách hạn chế cả ba cơ chế này.

Kính float đơn dẫn nhiệt tốt vì thủy tinh có hệ số dẫn nhiệt λ ≈ 1 W/(m·K). Để giảm dẫn nhiệt, cần tạo ra khoảng cách không khí hoặc khí trơ (cơ chế IGU), hoặc phủ lớp có emissivity thấp để chặn bức xạ nhiệt hồng ngoại (cơ chế Low-E).

U-value — chỉ số định lượng khả năng cách nhiệt

U-value (hệ số truyền nhiệt) đo lường lượng nhiệt năng truyền qua 1 m² kính trong 1 giây khi chênh lệch nhiệt độ hai phía là 1 K, đơn vị W/(m²·K). U-value càng thấp thì khả năng cách nhiệt càng tốt:

• Kính đơn float 6mm: U ≈ 5,8 W/(m²·K) — cách nhiệt kém
• Kính hộp IGU 4/12A/4: U ≈ 2,7 W/(m²·K) — trung bình
• IGU Low-E 4/12Ar/4: U ≈ 1,1–1,4 W/(m²·K) — tốt
• IGU ba lớp (triple): U ≈ 0,6–0,8 W/(m²·K) — rất tốt

QCVN 09:2017 về tiết kiệm năng lượng trong công trình xây dựng quy định giá trị U-value tối đa cho vách kính và cửa sổ tùy theo vùng khí hậu, làm cơ sở pháp lý để lựa chọn kính cho công trình tại Việt Nam.

Phân biệt “kính cách nhiệt” và “kính hộp IGU”

Trong thực tế kỹ thuật, hai thuật ngữ này thường bị dùng hoán đổi nhưng có nghĩa khác nhau. Kính hộp IGU là một cấu tạo cụ thể gồm hai hoặc ba lớp kính ghép cùng thanh cách (spacer) và khoang khí/khí Ar kín. Kính cách nhiệt là khái niệm rộng hơn, bao gồm bất kỳ sản phẩm kính nào có U-value thấp hơn kính đơn thông thường — có thể là IGU, kính Low-E đơn lớp, hoặc kính chân không.

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng cách nhiệt của kính

Chiều dày kính: Tăng độ dày kính chỉ cải thiện cách nhiệt không đáng kể vì λ của thủy tinh khá cao. Tăng từ 6mm lên 12mm chỉ giảm U-value khoảng 0,1 W/(m²·K). Khoang khí: Khoang dày 12–16mm là tối ưu; dày hơn gây đối lưu ngược làm giảm hiệu quả. Loại khí: Khí Argon (Ar) dẫn nhiệt thấp hơn không khí 34%, khí Krypton (Kr) hiệu quả hơn nữa nhưng đắt tiền hơn nhiều.

Emissivity (ε) bề mặt: Bề mặt thủy tinh thường có ε ≈ 0,84 — nghĩa là bức xạ 84% năng lượng nhiệt. Lớp phủ Low-E có thể giảm ε xuống 0,03–0,1, hạn chế đáng kể phần bức xạ nhiệt trong tổng tổn thất nhiệt qua kính.

Bức xạ nhiệt — cơ chế thống trị trong kính

Trong kính hộp IGU tiêu chuẩn không có lớp phủ Low-E, bức xạ nhiệt chiếm khoảng 60–70% tổng tổn thất nhiệt qua kính. Đây là lý do kính hộp IGU kết hợp lớp phủ Low-E đạt U-value thấp hơn nhiều so với IGU thông thường cùng cấu tạo: IGU 4/12A/4 không Low-E đạt U ≈ 2,7 W/(m²·K), trong khi cùng cấu tạo nhưng có Low-E đạt U ≈ 1,1–1,4 W/(m²·K).

Thuật ngữ liên quan

U-value (Hệ số truyền nhiệt)

Đơn vị W/(m²·K); thấp = cách nhiệt tốt. Xem bài Hệ số U-value kính.

SHGC (Solar Heat Gain Coefficient)

Hệ số thu nhiệt mặt trời; khác với U-value — đo nhiệt từ bức xạ mặt trời, không phải nhiệt dẫn qua kính. Xem bài SHGC kính.

IGU (Insulating Glass Unit)

Kính hộp cách nhiệt — cấu tạo 2-3 lớp kính + spacer + khoang khí kín.

Low-E (Low Emissivity)

Kính có lớp phủ oxide bạc hoặc kim loại mỏng giảm bức xạ nhiệt hồng ngoại.

Spacer (Thanh cách)

Thanh nhôm hoặc polymer tạo khoảng cách giữa các lớp kính trong IGU; loại warm-edge giảm cầu nhiệt tại cạnh.

Emissivity (ε)

Khả năng phát bức xạ nhiệt của bề mặt; kính thường ε=0,84; Low-E ε=0,03–0,2.