Dependence of emissivity on angle for coated and uncoated glass and the calculation of radiant energy exchange in double-glazed units

Abstract

The calculation of heat transfer by radiation between the inner surfaces of a double-glazed unit requires information on the variation of emissivity with angle for each surface. It is difficult and very time-consuming to obtain the information experimentally. Current practice is to obtain the normal emissivity indirectly by a reflectivity measurement and to multiply this by a factor to obtain the hemispherical emissivity. The factor increases with decreasing normal emissivity. Although there is some theoretical justification for the factors used, they need to be examined in some detail, especially when coated surfaces are involved. Using equations for the optics of multilayer thin films and published values for the optical constants of the layer materials, the angular dependence of emissivity has been calculated for glass coated in various ways, including some which simulate commercial coatings. It is shown that the currently used factors are likely to be satisfactory for the current commercial coatings. However, for sputtered coatings containing a silver layer, much higher factors are predicted if the silver layer were to have the same optical constants as carefully prepared, vacuum-evaporated silver. As new coatings and different methods of manufacture are developed, the current factors may need to be revised. Die Berechnung des Wärmeüberganges durch Strahlung zwischen den inneren Oberflächen von Doppelglasscheiben setzt Kenntnisse über die für jede Oberfläche winkelabhängige Emissionsänderung voraus. Da es schwierig und sehr zeitaufwendig ist, experimentelle Daten zu erhalten, wird üblicherweise das normale Emissionsvermögen durch indirekte Reflexionsmessung bestimmt und zur Ermittlung des hemisphärischen Emissionsvermögens mit einem Faktor multipliziert. Der Faktor nimmt mit abnehmendem Emissionsvermögen zu. Obwohl es eine theoretische Berechtigung für die verwendeten Faktoren gibt, müssen diese näher untersucht werden, insbesondere wenn beschichtete Oberflächen beteiligt sind. Unter Verwendung der für die Optik dünner Mehrfachschichten entwickelten Gleichungen und veröffentlichter optischer Konstanten von Schichtwerkstoffen wird die Winkelabhängigkeit des Emissionsvermögens für unterschiedlich beschichtete Gläser berechnet, wobei auch Gläser einbezogen sind, deren Beschichtungen den handelsüblichen ähneln. Es wird gezeigt, daß die derzeit verwendeten Faktoren wahrscheinlich für die handelsübliche Beschichtung genügen. Für die durch Kathodenzerstäubung aufgebrachten Schichten, die eine Silberschicht enthalten, werden jedoch viel höhere Faktoren vorhergesagt, falls die Silberschicht dieselben optischen Konstanten haben sollte wie bei sorgfähig vorbereitetem vakuumaufgedampftem Silber. Da neue Beschichtungen und verschiedene Verfahren entwickelt worden sind, müßten die z. Z. verwendeten Faktoren überprüft werden.