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真空玻璃是新型玻璃深加工產(chǎn)品，是我國玻璃工業(yè)中為數(shù)不多的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的前沿產(chǎn)品，它的研發(fā)推廣符合我國鼓勵自主創(chuàng)新的政策，也符合國家大力提倡的節(jié)能政策，具有良好的發(fā)展?jié)摿颓熬啊?br />
從原理上看真空玻璃可比喻為平板形保溫瓶，二者相同點是兩層玻璃的夾層均為氣壓低于10-1pa的真空，使氣體傳熱可忽略不計；二者內(nèi)壁都鍍有低輻射膜，使輻射傳熱盡可能小。二者不同點：一是真空玻璃用于門窗必須透明或透光，不能像保溫瓶一樣鍍不透明銀膜，鍍的是不同種類的透明低輻射膜；二是從可均衡抗壓的圓筒型或球型保溫瓶變成平板，必須在兩層玻璃之間設(shè)置“支撐物”方陣來承受每平方米約10噸的大氣壓，使玻璃之間保持間隔，形成真空層。“支撐物”方陣間距根據(jù)玻璃板的厚度及力學(xué)參數(shù)設(shè)計，在20mm-40mm之間。為了減小支撐物“熱橋”形成的傳熱并使人眼難以分辨，支撐物直徑很小，目前的產(chǎn)品中的支撐物直徑在0.3mm-0.5之mm間，高度在0.1mm-0.2mm之間。真空玻璃的結(jié)構(gòu)如圖1所示
由于結(jié)構(gòu)不同，真空玻璃與中空玻璃的傳熱機理也有所不同。圖2為簡化的傳熱示意圖，真空玻璃中心部位傳熱由輻射傳熱和支撐物傳熱構(gòu)成，其中忽略了殘余氣體傳熱。而中空玻璃則由氣體傳熱（包括傳導(dǎo)和對流）和輻射傳熱構(gòu)成。
表1所列的是目前國內(nèi)市場可用于真空玻璃生產(chǎn)的三種low-E玻璃，此三種low-E玻璃上鍍有“在線”Low-E膜或帶保護層的“離線”“硬”Low-E膜，二者均可耐500℃高溫。
表2給出以上三種Low-E玻璃制成的四種真空玻璃的傳熱系數(shù)計算結(jié)果。
一般均勻材料用導(dǎo)熱系數(shù)(熱導(dǎo)率)λ表征其導(dǎo)熱性能。其定義為：在穩(wěn)態(tài)條件下，1m厚的物體，兩側(cè)表面溫度差為1K時，單位時間內(nèi)通過1m2 面積傳遞的熱量。我國法定單位為Wm-1K-1。
真空玻璃不是均勻連續(xù)材料，是一薄片結(jié)構(gòu)。為了便于與其它保溫材料比較其性能，常引用“表觀導(dǎo)熱系數(shù)”或稱“折算導(dǎo)熱系數(shù)”的概念。其含義可想象成將許多片真空玻璃疊合到1m厚時，其導(dǎo)熱系數(shù)的值。實際上根據(jù)下式即可方便地算出表觀導(dǎo)熱系數(shù)
式中C為真空玻璃熱導(dǎo)，單位為Wm-2K-1
式中d為真空玻璃厚度，單位為m
由此可算出表2中4種真空玻璃的表觀導(dǎo)熱系數(shù)列于同一表最后一欄中。
表3 列出幾種常見建筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)
對比可知，真空玻璃由于特別薄，故表觀導(dǎo)熱系數(shù)遠低于一般保溫材料，也比我國GB4272-92標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)界定值0.12Wm-1K-1 小十多倍，說明它是性能極優(yōu)良的保溫隔熱體。
如果以表3中紅磚墻為例形象地比喻，不難算出表2中序號1至4的4種真空玻璃分別相當(dāng)于厚為0.60m,0.66m,0.86m和1.10m紅磚墻的保溫性能。
由于中空玻璃的氣體傳熱超過真空玻璃的支撐物傳熱，所以在玻璃原片類型相同條件下，真空玻璃的傳熱系數(shù)總是低于中空玻璃。表4序號1至4給出表2中同樣4組玻璃制成的普通中空玻璃的參數(shù)，序號5－8則是同樣4組玻璃制成充氬氣中空玻璃的參數(shù)。
*12A 表示12mm空氣 4L表示4mm Low-E玻璃
12Ar表示12mm氬氣 4表示4mm白玻
*表內(nèi)參數(shù)均為用window4.1軟件計算值
由表2和表4的結(jié)果對比可知，真空玻璃的K值比中空玻璃低得多，而且還兼有下列優(yōu)點：
1．由于熱阻高，防結(jié)露結(jié)霜性能更好。
2．由于間隔是真空，因而具有下列優(yōu)點：
隔聲性能好，特別是低頻段隔聲性能優(yōu)于同樣厚度玻璃構(gòu)成的中空玻璃
不存在中空玻璃存在的內(nèi)結(jié)霧結(jié)露問題
不存在中空玻璃水平放置時氣體熱導(dǎo)變化問題
不存在中空玻璃運到高原低氣壓地區(qū)的脹裂問題
3． 由于兩片玻璃形成剛性連結(jié)，抗風(fēng)壓強度高于同等厚度玻璃構(gòu)成的中空玻璃。比如，4mm玻璃構(gòu)成的 真空玻璃，抗風(fēng)壓強度高于8mm厚玻璃，是兩片4mm 玻璃構(gòu)成的中空玻璃的一倍半以上。
4． 由于是全玻璃材料密封，內(nèi)部又加有吸氣劑，所用的Low-E膜是“硬膜”，不是易氧化變質(zhì)變色的離線“ 軟膜”，只要制造工藝和設(shè)備先進，真空玻璃使用壽命遠比用有機材料密封的中空玻璃長得多。
5． 厚度比中空玻璃薄一倍以上，不僅可節(jié)省窗框材料，而且可以當(dāng)成一片玻璃配合其它玻璃深加工技術(shù) 組合成夾層真空、“真空+中空”、“自潔真空”等具有各種性能的“組合真空玻璃”。這種與其它深加工技術(shù) 的兼容性，不僅可促進其它技術(shù)的發(fā)展，同時也正好可彌補真空玻璃的不足之處。例如目前還不能制造 鋼化真空玻璃，但可利用組合技術(shù)來解決安全性問題。
因此，真空玻璃的特點使其具有綜合性能優(yōu)勢。
上面提到的組合真空玻璃種類很多，現(xiàn)已研發(fā)成功或正在研發(fā)的如：
1．真空夾層玻璃
目前，已生產(chǎn)或正研發(fā)的夾層玻璃有兩種，如圖5所示
圖3所示的是單面夾層結(jié)構(gòu)，也可以做成雙面夾層結(jié)構(gòu)， EVA膜（也稱EN膜）厚度約為0.4和0.7mm兩種。聚碳酸酯板厚度約為1.2mm。附加玻璃板在2.5mm到5mm之間選用，也可用鋼化玻璃。其特點是安全性和防盜性，同時其傳熱系數(shù)、隔聲及抗風(fēng)壓等性能也優(yōu)于真空玻璃原片，總厚度也比較薄。由于玻璃和夾膠層的熱導(dǎo)較大，對熱阻貢獻較小，因而真空夾層玻璃的傳熱系數(shù)只比真空玻璃略小，但隔聲性能會有較大提高。
2．“真空+中空”組合真空玻璃
其結(jié)構(gòu)如圖4所示
此種結(jié)構(gòu)相當(dāng)于把真空玻璃當(dāng)成一片玻璃再與附加玻璃板合成中空，附加玻璃板厚度一般選5或6mm的鋼化玻璃，放在建筑物外側(cè)，也可以做成“中空+真空+中空”的雙面中空組合形式。
此類組合除解決安全性外，其隔熱隔聲性能也都有提高。特別是附加玻璃板也選用
Low－E鋼化玻璃時更使傳熱系數(shù)降低。
計算這種組合玻璃時首先要從原理上認識到，在我們所討論的溫度和溫差范圍內(nèi)，熱輻射波長是在遠紅外4—40μm波段，鈉鈣玻璃對此波段的電磁輻射基本上不透明，所以在計算三塊以上玻璃的輻射熱阻時，不必考慮透過第一塊的輻射對第三塊的影響，只要分段計算再相加即可，所以如果“真空+中空”組合的總熱阻為R組合，可寫成 ?。?R組合=R+R中空
式中R是真空玻璃的熱阻
R中空 是用兩塊與附加玻璃板等厚的玻璃制成的中空玻璃的熱阻
算出的R組合只多算了一片玻璃的熱阻，誤差很小。
例如，用表2中序號3的真空玻璃與表4中序號3 的中空玻璃組合成4L+0.15V+4+12A+4L的“真空+中空”玻璃時，R組合=（1.06+0.385）W-1m2K=1.45W-1m2K
由此可計算出K值為0.63 Wm-2K-1.
北京天恒大廈及清華大學(xué)超低能耗示范樓等建筑都使用了“中空+真空+中空”結(jié)構(gòu),都達到K值<1的目標(biāo)。其隔聲量也都達到36dB以上水平。
3．“真空夾層+中空”結(jié)構(gòu)
此結(jié)構(gòu)如圖5所示。
此種結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)與上述“真空+中空”相近，但此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點除傳熱系數(shù)低并解決了安全性之外，厚度比“中空+真空+中空”薄，而且由于真空玻璃兩側(cè)不對稱，減小了聲音傳播的共振，使隔聲性能提高。
曾為北京某音樂教學(xué)樓制作了樣品，為6+0.38EVA+4L+0.15V+4+12A+6結(jié)構(gòu)，總厚度32.5mm,經(jīng)清華大學(xué)建筑物理實驗室實測計權(quán)隔聲量為42dB，離玻璃幕墻國家標(biāo)準(zhǔn)計權(quán)隔聲量最高級只差3dB。傳熱系數(shù)可在0.7-0.9Wm-2k-1之間，由LOW-E玻璃的選取來確定。
4．雙真空層真空玻璃
其結(jié)構(gòu)如圖6所示
曾為北京某音樂教學(xué)樓制作了樣品，為6+0.38EVA+4L+0.15V+4+12A+6結(jié)構(gòu)，總厚度32.5mm,經(jīng)清華大學(xué)建筑物理實驗室實測計權(quán)隔聲量為42dB，離玻璃幕墻國家標(biāo)準(zhǔn)計權(quán)隔聲量最高級只差3dB。傳熱系數(shù)可在0.7-0.9Wm-2k-1之間，由LOW-E玻璃的選取來確定。
4．雙真空層真空玻璃
其結(jié)構(gòu)如圖6所示
依據(jù)前面2中提到的原理，此種結(jié)構(gòu)的總熱阻可看成兩片真空玻璃熱阻之和，如果是相同結(jié)構(gòu)的真空玻璃，總熱阻則為單一真空玻璃的兩倍
即 R雙真空=2R
式中R是單一真空玻璃的熱阻
例如仍以表2序號3 的真空玻璃為例，構(gòu)成如圖6A“4L+0.15V+4+0.15V+4L”或如圖B“4L+0.15V+4L+0.15V+4”的雙真空玻璃.
則R雙真空=2×1.06W-1m2K=2.12 W-1m2K
可算出K值為0.44 Wm-2K-1
應(yīng)該說明,圖6中A和B兩種結(jié)構(gòu)中Low-E膜的位置不同,不影響K值,只影響實際使用時三片玻璃的溫度分布。
雙真空玻璃的熱阻高,K值低,而且很薄,可做到約9mm厚,也可以制成雙真空層夾層安全玻璃,具有很好的發(fā)展?jié)摿Α?br /> 隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，新材料、新工藝、新技術(shù)不斷出現(xiàn)，真空玻璃本身的質(zhì)量將會不斷提高。生產(chǎn)工藝和設(shè)備也將不斷更新，產(chǎn)量會不斷擴大，成本也會不斷降低。組合真空玻璃的品種也會不斷增多。國內(nèi)外的研究表明，對大多數(shù)地區(qū)而言，建筑物圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)應(yīng)至少達到1Wm-2k-1的水平，過去大量使用的總厚度約390mm的37磚墻（外加砂漿）的傳熱系數(shù)約為1.7 Wm-2k-1 ，總厚度約410mm的37空心磚墻（外加厚砂漿）的傳熱系數(shù)已接近1 Wm-2k-1 。各種新型墻體的傳熱系數(shù)已可降到0.4至0.8 Wm-2k-1之間。而門窗則是建筑圍護結(jié)構(gòu)的能耗大戶。單片5mm白玻的傳熱系數(shù)約為6.1 Wm-2k-1，比墻體差6倍以上，形象地比喻，每一扇非節(jié)能窗的能耗就相當(dāng)于點著一盞數(shù)十瓦的長明燈在長年累月地消耗能量。三十多年前，在第一次石油危機之后，國外科學(xué)家就提出研制傳熱系數(shù)小于1的玻璃窗，稱之為“超級玻璃窗”（Superwindows）。真空玻璃的出現(xiàn)，使這一設(shè)想成為輕易之舉，雙真空玻璃的出現(xiàn)，更將使我們進入“超級真空玻璃窗”階段。
即 R雙真空=2R
式中R是單一真空玻璃的熱阻
例如仍以表2序號3 的真空玻璃為例，構(gòu)成如圖6A“4L+0.15V+4+0.15V+4L”或如圖B“4L+0.15V+4L+0.15V+4”的雙真空玻璃.
則R雙真空=2×1.06W-1m2K=2.12 W-1m2K
可算出K值為0.44 Wm-2K-1
應(yīng)該說明,圖6中A和B兩種結(jié)構(gòu)中Low-E膜的位置不同,不影響K值,只影響實際使用時三片玻璃的溫度分布。
雙真空玻璃的熱阻高,K值低,而且很薄,可做到約9mm厚,也可以制成雙真空層夾層安全玻璃,具有很好的發(fā)展?jié)摿Α?br /> 隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，新材料、新工藝、新技術(shù)不斷出現(xiàn)，真空玻璃本身的質(zhì)量將會不斷提高。生產(chǎn)工藝和設(shè)備也將不斷更新，產(chǎn)量會不斷擴大，成本也會不斷降低。組合真空玻璃的品種也會不斷增多。國內(nèi)外的研究表明，對大多數(shù)地區(qū)而言，建筑物圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)應(yīng)至少達到1Wm-2k-1的水平，過去大量使用的總厚度約390mm的37磚墻（外加砂漿）的傳熱系數(shù)約為1.7 Wm-2k-1 ，總厚度約410mm的37空心磚墻（外加厚砂漿）的傳熱系數(shù)已接近1 Wm-2k-1 。各種新型墻體的傳熱系數(shù)已可降到0.4至0.8 Wm-2k-1之間。而門窗則是建筑圍護結(jié)構(gòu)的能耗大戶。單片5mm白玻的傳熱系數(shù)約為6.1 Wm-2k-1，比墻體差6倍以上，形象地比喻，每一扇非節(jié)能窗的能耗就相當(dāng)于點著一盞數(shù)十瓦的長明燈在長年累月地消耗能量。三十多年前，在第一次石油危機之后，國外科學(xué)家就提出研制傳熱系數(shù)小于1的玻璃窗，稱之為“超級玻璃窗”（Superwindows）。真空玻璃的出現(xiàn)，使這一設(shè)想成為輕易之舉，雙真空玻璃的出現(xiàn)，更將使我們進入“超級真空玻璃窗”階段。
