陳玉梅，李成安
(中國建筑科學研究院物理所，北京 100044)

        摘要：真空玻璃是在兩層玻璃中抽真空，兩塊玻璃四周用特殊材料燒熔密封而成。它基本上清理了玻璃間氣體對流及導熱傳熱，其保溫性、密封性和耐久性優(yōu)良。真空玻璃采用低輻射膜后，窗戶保溫性能大大提高，節(jié)能效果明顯。在真空玻璃上采用單面低輻射鍍膜或雙面低輻射鍍膜，真空玻璃塑鋼窗的傳熱系數分別由未鍍膜的2．23W／(m2·K)下降為1．56、1．29W／( ·K)。
       關鍵詞：真空玻璃；低輻射玻璃；建筑節(jié)能；中空玻璃；建筑窗

        在建筑圍護結構中，窗戶是主要組成部分之一，也是耗能大戶。它不但具有采光、通風、裝飾等功能，更重要的是應當具有較好的保溫隔熱性能。然而，我國窗戶的保溫性能總體水平與國外有非常大的差距，北歐和北美國家窗戶傳熱系數一般小于2．0 w／(m2·K)，有的達到1．1～1．2 W／(m2·K)。目前，我國除采用低輻射中空玻璃的PVC塑料雙層窗(框間距100 ram)傳熱系數小于2．0 w／(ms·K)外，其它類型窗很少達到這樣的要求，其原因是窗玻璃耗能大。因此，改善玻璃的光、熱性能，是提高窗戶保溫隔熱性能的重要途徑之一。由于我國各地氣候差別很大，應根據氣候條件來確定窗戶的保溫隔熱指標，并采取相應的技術措施。
        1 國內玻璃保溫性能現狀
        我國已研制了鍍膜玻璃、熱反射玻璃、夾層玻璃、中空玻璃、低輻射中空玻璃和充特殊氣體的低輻射中空玻璃等，以提高玻璃保溫隔熱性能。表1列出幾種不同類型玻璃保溫性能實測值。

        由表1可知：
        (1)同為單層玻璃，熱反射鍍膜玻璃和低輻射玻璃比浮法玻璃的傳熱系數分別降低23％和59％。
        (2)夾層玻璃和低輻射夾層玻璃的保溫性能差別不大，但傳熱系數比浮法玻璃低12％～14％。
        (3)低輻射玻璃比低輻射夾層玻璃的傳熱系數低42％，而低輻射中空玻璃的保溫性能較佳，表明低輻射膜夾在兩層玻璃之間無作用。這是因為膜層已直接成為熱傳導固態(tài)介質，其輻射熱絕緣系被直接傳導熱絕緣系數短路，而不能發(fā)揮低輻射效能。
       (4)中空玻璃的保溫性能明顯高于單層和夾層玻璃。
        (5)在規(guī)格相同的條件下：
       低輻射中空玻璃的保溫性能優(yōu)于中空玻璃；低輻射中空玻璃傳熱系數隨膜的輻射率降低而降低；
低輻射中空玻璃內充特殊氣體后，傳熱系數較小，節(jié)能效果較佳。從目前大量檢驗結果來看，低輻射中空玻璃充填特殊氣體后，傳熱系數較低為1．40 W／(1TI2·14)。若采用PVC塑料做窗框，就能滿足嚴寒地區(qū)使用要求。
       2 真空玻璃
       2．1 真空玻璃性能分析
      (1)試驗方法：真空玻璃是一種新產品，目前國內外無相應標準。而它又不同于中空玻璃，因此不能完全按中空玻璃試驗方法進行。在試驗項目上，我們主要參考國家標準《中空玻璃)GB 11944—89的性能要求，試驗方法參照GB 7020、GB 13477及GB 16766等標準進行。試件分別經高溫一高濕、低溫及浸水一紫外光照射處理后，采用處理前后熱絕緣系數變化值進行比對，以衡量其耐久性。
       (2)試驗標準條件：t=23±2℃，中=60％±5％。
       (3)真空玻璃性能測試結果及分析
       ①規(guī)格：3c+0．1+3c，檢驗依據GB 10294及GB 7020。試件在標準條件下放置7 d，測熱絕緣系數為0．214( ·K)／w(平均溫度t=13℃)，相對偏差一1．9％；高溫一高濕試驗：試件在 ：95％，(52±2)℃下加熱(140±1)min，然后在(25±2)℃冷卻(40±1)rain，循環(huán)250次后，在標準條件下放置7 d，測得熱絕緣系數為0，210(m2·K)／W(平均溫度t：13℃)，相對偏差為一1．9％。
        ②規(guī)格：3c+0．1+3c，檢驗依據：GB 10294及GB 13477等標準。試件在標準條件下放置7 d，測得熱絕緣系數為0．216(m2·K)／W(平均溫度t=13℃)，相對偏差0．46％；耐低溫試驗：試件在t=(一23±2)℃下放置500 h后，在標準條件下放置7 d，測得熱絕緣系數為0．217(m2·K)／W，相對偏差為0．46％。
         ③規(guī)格：4c+0．1+4c，檢驗依據：GB 10294及GB16776。試件在標準條件下放置7 d，測得熱絕緣系數為0．223(m2·K)／W(平均溫度t=14℃)，相對偏差一I．3％；浸水一紫外光照射試驗：試件在紫外線老化箱中放置600 h后，在標準條件下放置7 d，測得熱絕緣系數為0．220(m2·K)／W，相對偏差為一1．3％。
        ④規(guī)格：1500mmx600mmx6．2mm，依據GB／T7106測試，抗風壓性能為I級。
        ⑤低輻射真空玻璃熱絕緣系數值(見表2)

         同時，低輻射真空玻璃的保溫性能優(yōu)于低輻射中空玻璃。這是因為，在中空玻璃中氣體傳熱仍然存在，使總熱絕緣系數值減小。
        (4)采用單、雙面低輻射真空玻璃及低輻射真空+中空組合玻璃其保溫性能大大提高。按GB 50176《民用建筑熱工設計規(guī)范》取內、外表面換熱熱絕緣系數進行計算，傳熱系數分別為1．66 W／(m2·K)、1．24 W／(m2·K)、1．37 W／(m2·K)，能滿足嚴寒地區(qū)節(jié)能保溫的要求。
         (5)真空玻璃其厚度雖然只有6．2 mm左右，但抗風壓性能卻達到I級，能滿足工程使用要求。
        2．2 平開真空玻璃鍍塑鋁框保溫窗
        在一20℃以下嚴寒地區(qū)采用普通雙層玻璃和中空玻璃時，結露現象非常嚴重。為了提高窗的保溫性能，解決的辦法：一是采用三層窗，在歐洲正大量推行三層密封平開窗，國內現已有廠家開始生產采用三層密封、三層玻璃、主型材四腔室的型材，為采用三層窗創(chuàng)造了條件；二是采用低輻射中空玻璃和低輻射中空玻璃內充特殊氣體；三是采用低輻射真空玻璃和低輻射真空+中空組合玻璃

        上述3種方法各有優(yōu)缺點，但從耐久性、成本及施工等方面比較，采用低輻射真空玻璃其優(yōu)越性更大。表4為平開真空玻璃鍍塑鋁框保溫窗的檢驗結果。

          3 真空玻璃的節(jié)能效果
         試驗表明，真空玻璃具有良好的保溫性能，如果在建筑物上采用真空玻璃，其節(jié)能效果如何?我們以實測熱絕緣系數為依據，采用塑鋼窗框，計算北京地區(qū)80住一2—4(為磚混結構)通用設計耗熱量指標。比較幾種窗型的節(jié)能效果(見表5)，從而可以看出真空玻璃保溫性能的優(yōu)越性。

       注：(1)中空玻璃和真空玻璃塑鋼窗的框窗比均為0．37；(2)建筑物外墻、屋頂、樓梯間內墻、地面等圍護結構都相同；(3)建筑節(jié)能率是與未采取節(jié)能措施建筑耗熱量指標31．68 W／m 相比較。

       由表5司知：
       (1)與采用雙層玻璃相比，采用真空玻璃后，窗戶的傳熱系數由4．0、I(m2·K)下降到2．23 W／(m2·K)。窗戶的傳熱耗熱占建筑物總耗熱比例由20．37％下降為13％。建筑物節(jié)能率由36．2％提高到42．7％。以100萬m2建筑為例，單是窗戶采用真空玻璃塑鋼窗，每年節(jié)約采暖能耗就達1220t標煤。
        (2)與中空玻璃相比，真空玻璃傳熱耗熱占建筑物總耗熱的比例，由15．1％下降到13．0％，建筑物節(jié)能率由41％上升到42．7％，以100萬m2建筑為例，窗戶玻璃由中空玻璃改用真空玻璃，每年節(jié)約采暖能耗達320 t標煤。
       (3)窗戶耗熱由傳熱耗熱和空氣滲透熱耗熱兩部分組成，盡管采用真空玻璃提高了玻璃保溫性能，但窗戶耗熱占建筑物總耗熱的比例仍高達33％以上。其原因是窗戶空氣滲透耗熱量大，占總耗熱量20％以上。在冬季，窗戶密閉，建筑物主要通過門窗縫隙與室外進行空氣交換，以保持空氣的衛(wèi)生質量，而這種交換不可避免地將室內熱量帶出室外。采用密封條增加門窗密封性，雖能減少滲透耗熱，但減少是有限的，計算中換氣次數為0．5次已是非常大較限，否則會嚴重影響室內空氣衛(wèi)生質量。因此，減少滲透耗熱，采取通風措施，增加窗戶密閉性才是可取的。
        (4)真空玻璃采用低輻射膜后，窗戶保溫性能大大提高，節(jié)能效果明顯。在真空玻璃上采用單面低幅射鍍膜或雙面低幅射鍍膜，該塑鋼窗的傳熱系數分別由未鍍膜的2．23 w／(m2·K)下降為1．56w／(m2·K)或1．29W／(m2·K)。如果仍以80住一2—4磚混建筑為例，窗戶改用單面低幅射真空玻璃塑鋼窗，使窗戶傳熱耗熱下降至10％以下，建筑物耗熱量指標也分別由18．16W／m2下降到17．39W／m2、17．08w／m2。建筑物節(jié)能率分別由42．7％提高到45．1％和46．1％。由此可見，采用真空玻璃可大幅度地提高窗戶保溫性能及建筑節(jié)能效果，為我國建筑節(jié)能趕上先進國家水平創(chuàng)
造了條件。
        4 提高真空玻璃性能的幾點建議
        (1)真空玻璃由于間層抽真空，因而氣體導熱及對流傳熱基本清理，輻射成為主要傳熱形式。因此，降低輻射傳熱是提高真空玻璃保溫性能的重要途徑之一。降低輻射傳熱有2種方法：一是采用低輻射膜：試驗證明真空玻璃采用低輻射膜后，膜的作用得到充分發(fā)揮，其保溫性能大大提高，并隨膜的輻射率降低而提高；二是采用多層真空玻璃組合形式：例如采用兩層真空玻璃組合后，雙層真空玻璃的當量輻射系數是單層真空玻璃的1／2，而厚度為9．2 mm，小于中空玻璃厚度，但熱絕緣系數值成倍增加，將比中空玻璃熱絕緣系數大2～3倍。因此，采用多層真空玻璃也是提高玻璃保溫性能的有效途徑。
        (2)我國地域遼闊，各地區(qū)氣候差異很大，窗玻璃的使用功能應適應各地區(qū)的使用要求。以保溫為主的嚴寒地區(qū)，應充分利用太陽輻射熱，可采用低輻射真空玻璃。對于夏熱冬暖以隔熱為主的地區(qū)，應減少太陽輻射熱進入室內，可采用鍍有陽光控制膜的真空玻璃，但要考慮窗戶的采光要求。所以，不同地區(qū)使用鍍膜真空玻璃時，應根據膜的光、熱性能進行選擇，采用不同的組合方式，以達到較佳效果。
        (3)增加間層的厚度，不僅可以改善隔聲性能，其保溫性能也將得到提高。
       (4)采用兩塊厚度不同的玻璃，以改善采用同等厚度玻璃吻合頻率處隔聲量下降的現象，從而提高窗玻璃隔聲量。

       (5)窗戶或幕墻是采暖和空調中的耗能大戶，據統(tǒng)計，在有空調的建筑物總能耗中，空調能耗占60％以上，其原因是窗玻璃的保溫隔熱性能差。為此，國內外一直在研究如何改進窗戶的保溫隔熱性能。例如，國內近幾年來弓l進了國外先進的鍍膜技術，在玻璃表面上鍍膜，以解決房間夏天得熱和冬天失熱的問題。但這種方法還存在一定局限性，在冬冷夏熱地區(qū)難以達到較佳節(jié)能效果。美國在2O世紀90年代初開始研究“智能玻璃”，這種采用電致變色原理工作的“智能玻璃”經過長期的試驗研究，已于2000年秋在美國正式投入生產。
        5 結語
        我國氣候的主要特點是冬寒夏熱，致使采暖空調能耗很大。從新世紀開始，我國將進入一體建設小康社會。在增進國民健康、提高舒適性的前提下有效利用能源、合理使用資源、減少溫室氣體排放、保護人類生存環(huán)境已是大勢所趨，人心所向。真空玻璃具有的性能和良好的性能價格比，必將得到社會和市場的廣泛認可，發(fā)展前景十分廣闊。