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真空玻璃与节能

        摘要：真空玻璃 是在两层玻璃中抽真空，两块玻璃四周用特殊材料烧熔密封而成。它基本上消除了玻璃间气体对流及导热传热，其保温性、密封性和耐久性优良。真空玻璃采用低辐射膜后，窗户保温性能大大提高，节能效果明显。在真空玻璃上采用单面低辐射镀膜或双面低辐射镀膜，真空玻璃塑钢窗的传热系数分别由未镀膜的2．23W／(m2·K)下降为1．56、1．29W／( ·K)。
       关键词：真空玻璃；低辐射玻璃；建筑节能；中空玻璃；建筑窗
        在建筑围护结构中，窗户是主要组成部分之一，也是耗能大户。它不但具有采光、通风、装饰等功能，更重要的是应当具有较好的保温隔热性能。然而，我国窗户的保温性能总体水平与国外有较大的差距，北欧和北美国家窗户传热系数一般小于2．0 w／(m2·K)，有的达到1．1～1．2 W／(m2·K)。目前，我国除采用低辐射中空玻璃的PVC塑料双层窗(框间距100 ram)传热系数小于2．0 w／(ms·K)外，其它类型窗很少达到这样的要求，其原因是窗玻璃耗能大。因此，改善玻璃的光、热性能，是提高窗户保温隔热性能的重要途径之一。由于我国各地气候差别很大，应根据气候条件来确定窗户的保温隔热指标，并采取相应的技术措施。
        1 国内玻璃保温性能现状
        我国已研制了镀膜玻璃、热反射玻璃、夹层玻璃、中空玻璃、低辐射中空玻璃和充特殊气体的低辐射中空玻璃等，以提高玻璃保温隔热性能。表1列出几种不同类型玻璃保温性能实测值。

        由表1可知：
        (1)同为单层玻璃，热反射镀膜玻璃和低辐射玻璃比浮法玻璃的传热系数分别降低23％和59％。
        (2)夹层玻璃和低辐射夹层玻璃的保温性能差别不大，但传热系数比浮法玻璃低12％～14％。
        (3)低辐射玻璃比低辐射夹层玻璃的传热系数低42％，而低辐射中空玻璃的保温性能最佳，表明低辐射膜夹在两层玻璃之间无作用。这是因为膜层已直接成为热传导固态介质，其辐射热绝缘系被直接传导热绝缘系数短路，而不能发挥低辐射效能。
       (4)中空玻璃的保温性能明显高于单层和夹层玻璃。
        (5)在规格相同的条件下：
       低辐射中空玻璃的保温性能优于中空玻璃；低辐射中空玻璃传热系数随膜的辐射率降低而降低；
低辐射中空玻璃内充特殊气体后，传热系数最小，节能效果最佳。从目前大量检测结果来看，低辐射中空玻璃充填特殊气体后，传热系数最低为1．40 W／(1TI2·14)。若采用PVC塑料做窗框，就能满足严寒地区使用要求。
       2 真空玻璃
       2．1 真空玻璃性能分析
      (1)试验方法：真空玻璃是一种新产品，目前国内外无相应标准。而它又不同于中空玻璃，因此不能完全按中空玻璃试验方法进行。在试验项目上，我们主要参考国家标准《中空玻璃)GB 11944—89的性能要求，试验方法参照GB 7020、GB 13477及GB 16766等标准进行。试件分别经高温一高湿、低温及浸水一紫外光照射处理后，采用处理前后热绝缘系数变化值进行比对，以衡量其耐久性。
       (2)试验标准条件：t=23±2℃，中=60％±5％。
       (3)真空玻璃性能测试结果及分析
       ①规格：3c+0．1+3c，检测依据GB 10294及GB 7020。试件在标准条件下放置7 d，测热绝缘系数为0．214( ·K)／w(平均温度t=13℃)，相对偏差一1．9％；高温一高湿试验：试件在 ：95％，(52±2)℃下加热(140±1)min，然后在(25±2)℃冷却(40±1)rain，循环250次后，在标准条件下放置7 d，测得热绝缘系数为0，210(m2·K)／W(平均温度t：13℃)，相对偏差为一1．9％。
        ②规格：3c+0．1+3c，检测依据：GB 10294及GB 13477等标准。试件在标准条件下放置7 d，测得热绝缘系数为0．216(m2·K)／W(平均温度t=13℃)，相对偏差0．46％；耐低温试验：试件在t=(一23±2)℃下放置500 h后，在标准条件下放置7 d，测得热绝缘系数为0．217(m2·K)／W，相对偏差为0．46％。
         ③规格：4c+0．1+4c，检测依据：GB 10294及GB16776。试件在标准条件下放置7 d，测得热绝缘系数为0．223(m2·K)／W(平均温度t=14℃)，相对偏差一I．3％；浸水一紫外光照射试验：试件在紫外线老化箱中放置600 h后，在标准条件下放置7 d，测得热绝缘系数为0．220(m2·K)／W，相对偏差为一1．3％。
        ④规格：1500mmx600mmx6．2mm，依据GB／T7106测试，抗风压性能为I级。
        ⑤低辐射真空玻璃热绝缘系数值(见表2)

         同时，低辐射真空玻璃的保温性能优于低辐射中空玻璃。这是因为，在中空玻璃中气体传热仍然存在，使总热绝缘系数值减小。
        (4)采用单、双面低辐射真空玻璃及低辐射真空+中空组合玻璃其保温性能大大提高。按GB 50176《民用建筑热工设计规范》取内、外表面换热热绝缘系数进行计算，传热系数分别为1．66 W／(m2·K)、1．24 W／(m2·K)、1．37 W／(m2·K)，能满足严寒地区节能保温的要求。
         (5)真空玻璃其厚度虽然只有6．2 mm左右，但抗风压性能却达到I级，能满足工程使用要求。
        2．2 平开真空玻璃镀塑铝 框保温窗
        在一20℃以下严寒地区采用普通双层玻璃和中空玻璃时，结露现象非常严重。为了提高窗的保温性能，解决的办法：一是采用三层窗，在欧洲正大量推行三层密封平开窗，国内现已有厂家开始生产采用三层密封、三层玻璃、主型材四腔室的型材，为采用三层窗创造了条件；二是采用低辐射中空玻璃和低辐射中空玻璃内充特殊气体；三是采用低辐射真空玻璃和低辐射真空+中空组合玻璃
        上述3种方法各有优缺点，但从耐久性、成本及施工等方面比较，采用低辐射真空玻璃其优越性更大。表4为平开真空玻璃镀塑铝框保温窗的检测结果。

          3 真空玻璃的节能效果
         试验表明，真空玻璃具有良好的保温性能，如果在建筑物上采用真空玻璃，其节能效果如何?我们以实测热绝缘系数为依据，采用塑钢窗框，计算北京地区80住一2—4(为砖混结构)通用设计耗热量指标。比较几种窗型的节能效果(见表5)，从而可以看出真空玻璃保温性能的优越性。

        注：(1)中空玻璃和真空玻璃塑钢窗的框窗比均为0．37；(2)建筑物外墙、屋顶、楼梯间内墙、地面等围护结构都相同；(3)建筑节能率是与未采取节能措施建筑耗热量指标31．68 W／m 相比较。
       由表5司知：
       (1)与采用双层玻璃相比，采用真空玻璃后，窗户的传热系数由4．0、I(m2·K)下降到2．23 W／(m2·K)。窗户的传热耗热占建筑物总耗热比例由20．37％下降为13％。建筑物节能率由36．2％提高到42．7％。以100万m2建筑为例，单是窗户采用真空玻璃塑钢窗，每年节约采暖能耗就达1220t标煤。
        (2)与中空玻璃相比，真空玻璃传热耗热占建筑物总耗热的比例，由15．1％下降到13．0％，建筑物节能率由41％上升到42．7％，以100万m2建筑为例，窗户玻璃由中空玻璃改用真空玻璃，每年节约采暖能耗达320 t标煤。
       (3)窗户耗热由传热耗热和空气渗透热耗热两部分组成，尽管采用真空玻璃提高了玻璃保温性能，但窗户耗热占建筑物总耗热的比例仍高达33％以上。其原因是窗户空气渗透耗热量大，占总耗热量20％以上。在冬季，窗户密闭，建筑物主要通过门窗缝隙与室外进行空气交换，以保持空气的卫生质量，而这种交换不可避免地将室内热量带出室外。采用密封条增加门窗密封性，虽能减少渗透耗热，但减少是有限的，计算中换气次数为0．5次已是最大极限，否则会严重影响室内空气卫生质量。因此，减少渗透耗热，采取通风措施，增加窗户密闭性才是可取的。
        (4)真空玻璃采用低辐射膜后，窗户保温性能大大提高，节能效果明显。在真空玻璃上采用单面低幅射镀膜或双面低幅射镀膜，该塑钢窗的传热系数分别由未镀膜的2．23 w／(m2·K)下降为1．56w／(m2·K)或1．29W／(m2·K)。如果仍以80住一2—4砖混建筑为例，窗户改用单面低幅射真空玻璃塑钢窗，使窗户传热耗热下降至10％以下，建筑物耗热量指标也分别由18．16W／m2下降到17．39W／m2、17．08w／m2。建筑物节能率分别由42．7％提高到45．1％和46．1％。由此可见，采用真空玻璃可大幅度地提高窗户保温性能及建筑节能效果，为我国建筑节能赶上先进国家水平创
造了条件。
        4 提高真空玻璃性能的几点建议
        (1)真空玻璃由于间层抽真空，因而气体导热及对流传热基本消除，辐射成为主要传热形式。因此，降低辐射传热是提高真空玻璃保温性能的重要途径之一。降低辐射传热有2种方法：一是采用低辐射膜：试验证明真空玻璃采用低辐射膜后，膜的作用得到充分发挥，其保温性能大大提高，并随膜的辐射率降低而提高；二是采用多层真空玻璃组合形式：例如采用两层真空玻璃组合后，双层真空玻璃的当量辐射系数是单层真空玻璃的1／2，而厚度为9．2 mm，小于中空玻璃厚度，但热绝缘系数值成倍增加，将比中空玻璃热绝缘系数大2～3倍。因此，采用多层真空玻璃也是提高玻璃保温性能的有效途径。
        (2)我国地域辽阔，各地区气候差异很大，窗玻璃的使用功能应适应各地区的使用要求。以保温为主的严寒地区，应充分利用太阳辐射热，可采用低辐射真空玻璃。对于夏热冬暖以隔热为主的地区，应减少太阳辐射热进入室内，可采用镀有阳光控制膜的真空玻璃，但要考虑窗户的采光要求。所以，不同地区使用镀膜真空玻璃时，应根据膜的光、热性能进行选择，采用不同的组合方式，以达到最佳效果。
        (3)增加间层的厚度，不仅可以改善隔声性能，其保温性能也将得到提高。
       (4)采用两块厚度不同的玻璃，以改善采用同等厚度玻璃吻合频率处隔声量下降的现象，从而提高窗玻璃隔声量。
       (5)窗户或幕墙是采暖和空调中的耗能大户，据统计，在有空调的建筑物总能耗中，空调能耗占60％以上，其原因是窗玻璃的保温隔热性能差。为此，国内外一直在研究如何改进窗户的保温隔热性能。例如，国内近几年来弓l进了国外先进的镀膜技术，在玻璃表面上镀膜，以解决房间夏天得热和冬天失热的问题。但这种方法还存在一定局限性，在冬冷夏热地区难以达到最佳节能效果。美国在2O世纪90年代初开始研究“智能玻璃”，这种采用电致变色原理工作的“智能玻璃”经过长期的试验研究，已于2000年秋在美国正式投入生产。
        5 结语
        我国气候的主要特点是冬寒夏热，致使采暖空调能耗很大。从新世纪开始，我国将进入全面建设小康社会。在增进国民健康、提高舒适性的前提下有效利用能源、合理使用资源、减少温室气体排放、保护人类生存环境已是大势所趋，人心所向。真空玻璃具有优异的性能和良好的性能价格比，必将得到社会和市场的广泛认可，发展前景十分广阔。