现代建筑的趋势是采用大面积玻璃甚至玻璃墙体,但单片玻璃在采光、减重、华丽方面的优点,却掩盖不住其采暖、制冷耗能大的致命弱点,中空玻璃是解决这一矛盾的重要途径。 中空玻璃是两层或多层平板玻璃由灌注了干燥剂的铝框用丁基波和聚硫胶黏结而成。另外还有采用空腔内抽真空或充氩气,而不只是干燥空气。
中空玻璃的最大优点是节能与环保,现代建筑能耗主要是空调和照明,前者占55%,后者占23%,玻璃是建筑外墙中最薄、最易传热的材料。中空玻璃由于铝框内的干燥剂通过框上面缝隙使玻璃空腔内空气长期保持干燥,所以隔温性能极好。由于这种玻璃由多层玻璃和空腔结构组成,所以它还具有高度隔声的功能。
此外,在室内外温差过大的情况下,传统单层玻璃会结霜。中空玻璃则由于与室内空气接触的内层玻璃受空气隔层影响,即使外层接触温度很低,也不会因温差在玻璃表面结霜。中空玻璃的抗风压强度是传统单片玻璃的15倍。
我国对中空玻璃的应用较晚,发展速度也不算太快。据不完全统计,1995年我国市场中空玻璃的用量约为7×10 5 m 2 ,直到1997年,市场用量一直在4.5×10 6 m 2 左右徘徊,1998年市场用量约为3×10 6 m 2 ,1999年达到5×10 6 m 2 ,到2000年已经达到9×10 6 m 2 ,市场用量几乎以翻番的速度递增。随着国家对节能产品推广的重视,2016年我国中空玻璃的产量已达到1.1×10 7 m 2 。
根据预测,今后10年,我国城镇建成并投入使用权的民用建筑每年至少为8×10 8 m 2 。另外,目前我国约有3.7×10 10 m 2 的既有建筑需更新改造,也在一定程度上扩大了对中空玻璃的需求,中空玻璃产品的市场应用已经进入了飞速发展的时期。
国家现行标准《中空玻璃》(GB/T 11944—2012)中对中空玻璃定义:两片或多片玻璃以有效支撑均匀隔开并周边黏结密封,使玻璃层间形成有干燥气体空间的制品。这个定义包括四个方面的含义:一是中空玻璃由两片或多片玻璃构成,二是中空玻璃的结构是密封结构,三是中空玻璃空腹中的气体必须是干燥的,四是中空玻璃内必须含有干燥剂。合格的中空玻璃使用寿命至少应为15年。
工程实践证明,中空玻璃具有以下3个明显的作用。
(1)由于玻璃之间空气层的热导率很低,仅为单片玻璃热交换量的2/3,因此具有明显的保温节能作用,是一种节能性能优良的建筑材料。
(2)由于中空玻璃的保温性能好,内外两层玻璃的温差尽管比较大,干燥的空气层不会使外层玻璃表面结露,因此具有良好的防结露作用。
(3)试验证明,一般的中空玻璃可以降低噪声30~40dB,能给人们创造一个安静的生活和工作环境,中空玻璃的这种隔音作用受到越来越多用户青睐。
中空玻璃按中空腔不同可以分为双层中空玻璃和多层中空玻璃,双层中空玻璃是由两片平板玻璃和一个空腔构成,多层中空玻璃是由多片玻璃和两个以上中空腔构成。中空腔越多,隔热和隔声的效果越好,但制造成本增加。按生产方法不同可以分为熔接中空玻璃、焊接中空玻璃和胶接中空玻璃3种。
在建筑工程中中空玻璃常按照制作方法和功能不同进行分类,一般可分为普通中空玻璃、功能复合中空玻璃和点式多功能复合中空玻璃。
普通中空玻璃是由两片普通浮法玻璃原片组合而成,玻璃之间又充填了干燥剂的铝合金隔框,铝合金隔框与玻璃间用丁基胶黏结密封后再用聚硫胶或结构胶密封,使玻璃之间空气高度干燥。中空玻璃内的密封空气,在铝框内灌充的高效分子筛吸附剂作用下,成为导热系数很低的干燥空气,从而构成一道隔热、隔声屏障。若在该空间中充入惰性气体,还可进一步提高产品的隔热、隔音性能。
功能复合中空玻璃用二层或多层钢化、夹层、双钢化夹层及其他加工玻璃组合而成,在强调保温、隔热、节能的基础上,增加安全性能和使用期限。可广泛用于大型建筑的外墙、门窗,天顶,降低建筑能耗,起到安全、环保、节能的目的。功能复合中空玻璃特别适合高档场所或特殊区域(寒冷、噪声大、不安全)使用。
根据钢化玻璃、钢化夹层玻璃特点,将不同种类安全玻璃基片,按照点式玻璃幕墙的作业标准、运用特殊工艺、特殊材料,制作成点式多功能复合中空玻璃。
能量的辐射传递是通过射线以辐射的形式进行传递,这种射线包括可见光、红外线和紫外线等的辐射。如果合理配置玻璃原片和合理的中空玻璃间隔层厚度,可以最大限度地降低能量通过辐射形式传递,从而降低能量的损失。
能量的对流传递是由于在玻璃两侧具有温度差,产生空气的对流而造成能量的损失。中空玻璃的结构是密封的,空气层中的气体是干燥的,所以不能形成对流传递,从而可避免或降低能量的对流损失。
能量的传导传递是通过物体分子的运动,带动能量进行运动,而达到传递的目的。普通玻璃的热导率是0.75W/(m·K)左右,而空气的热导率是0.028W/(m·K),热导率很低的空气夹在玻璃之间并加以密封,这是中空玻璃隔热的最主要原因。
在建筑工程中使用中空玻璃首先注重它的使用功能,第一是保温隔热效果,第二是隔声效果,第三是防结露效果。所以中空玻璃适用于有恒温要求的建筑物,如住宅、办公楼、医院、旅馆、商店等。在建筑工程中中空玻璃主要用于需要采暖、需要空调、防止噪声、防止结露及需要无直射阳光等建筑物。
按节能要求使用中空玻璃时,主要注意以下4个方面。
(1)使用间隔层中充入隔热气体的中空玻璃 在中空玻璃内部充入隔热气体,可以大大提高节能效率,通常是充入氩气。在间隔层中充入氩气,不仅可以减少热传导损失,而且可以减少对流损失。
(2)使用低传导率的间隔框中空玻璃 中空玻璃的间隔框是造成热量流失的关键环节。应用低传导率的间隔框中空玻璃,其好处是可以提高中空玻璃内玻璃底部表面的温度,以便更有效地减少在玻璃表面的结露。
(3)使用节能玻璃为基片的中空玻璃 根据不同地区、不同朝向,选择不同的节能玻璃作为中空玻璃制作基片,如Low-E玻璃、阳光控制镀膜玻璃、夹层玻璃等。
(4)使用隔热性能好的门窗框材料 中空玻璃最终要装入门窗框才能使用,但门窗框材料是整个门窗能量流失的薄弱环节,所以中空玻璃能否达到节能目的,关键是与之配套的门窗框材料,是否选择最低传导热损失的材料。
对中空玻璃性能要求,主要包括节能性能、降低冷辐射性能、隔声性能、防结露性能、安全性能和其他性能等方面。各种性能的具体要求如下。
(1)中空玻璃的节能性能 中空玻璃有许多优越的性能,其中最主要的是节能性能。在严寒的冬季和炎热的夏季,玻璃幕墙和门窗是建筑物耗能的主要部位,由于中空玻璃的传热系数低,可减少建筑物采暖和制冷的能源消耗。
(2)中空玻璃的降低冷辐射性能 由于中空玻璃的隔热性能较好,中空玻璃两侧可以形成较大温差,因而可以使冷辐射降低。如当室外温度为-10℃时,单层玻璃的室内窗前温度为-2℃,而中空玻璃室内窗前温度可达13℃。
(3)中空玻璃的隔声性能 有关资料表明:使用单片玻璃可降低噪声20~22dB,而使用双层中空玻璃可降低噪声30dB左右。如果采用厚度不对称的玻璃原片、在间隔层中充入特殊惰性气体,中空玻璃可降低噪声达45dB。
(4)中空玻璃的防结露性能 由于中空玻璃内部存在着吸附水分子的干燥剂,气体是干燥的,在温度降低时,中空玻璃内部应不会产生凝露现象,并使其外表面的结露点升高。
(5)中空玻璃的安全性能 在使用相同厚度玻璃的情况下,中空玻璃的抗风压强度是普通单片玻璃的1.5倍;在夏天单片玻璃受太阳直射,玻璃内外有温差,当温差过大时,玻璃就会热爆裂,中空玻璃不存在这种现象。
(6)中空玻璃的其他性能 用中空玻璃代替部分砖墙或混凝土墙,不仅可以增加采光面积,减少照明的费用,增加室内的舒适感,而且可以减轻建筑物的重量,简化建筑物结构。
我国于1986年颁布了《中空玻璃测试方法》(GB/T 7020—1986),于1989年颁布了《中空玻璃》(GB/T 11944—1989)的标准。为了适应我国中空玻璃迅速发展的形势,于2002年对原中空玻璃的标准进了修订,并将原来的两个标准《中空玻璃测试方法》和《中空玻璃》,合并为《中空玻璃》(GB/T 11944—2002)。
在新的标准《中空玻璃》(GB/T 11944—2002)中,增加了对密封性能试验、露点试验、气候循环耐久性试验的环境条件;耐紫外线辐射性能增加了对原片玻璃的错位胶条蠕变等缺陷的要求;同时将气候循环耐久性能和高温高湿耐久性能分开进行判断。
对于中空玻璃的质量要求,主要包括材料要求、尺寸偏差、外观质量、密封性能、露点性能、耐紫外线照射性能、气候循环耐久性能和高温高湿耐久性能等。
(1)材料要求 玻璃可采用浮法玻璃、夹层玻璃、钢化玻璃、幕墙用钢化玻璃和半钢化玻璃、着色玻璃、镀膜玻璃和压花玻璃等。浮法玻璃应符合《平板玻璃》(GB 11614—2009)中的规定,夹层玻璃应符合《建筑用安全玻璃 第3部分:夹层玻璃》(GB 15763.3—2009)中的规定,幕墙用钢化玻璃和半钢化玻璃应符合《建筑用安全玻璃 第2部分:钢化玻璃》(GB 15763.2—2005)中的规定,其他品种的玻璃应符合相应标准的规定。
对于所用的密封胶,应满足以下要求:中空玻璃用弹性密封胶应符合JC/T 486的规定;中空玻璃用塑性密封胶应符合相关的规定。中空玻璃所用的胶条,应采用塑性密封胶制成的含有干燥剂和波浪形铝带的胶条,其性能应符合相应标准。中空玻璃使用金属间隔框时,应去污或进行化学处理。中空玻璃所用的干燥剂,其质量、性能应符合相应标准。
(2)尺寸偏差 中空玻璃的长度和宽度的允许偏差如表3-8所列,中空玻璃的厚度允许偏差如表3-9所列。
表3-8 中空玻璃的长度和宽度的允许偏差
表3-9 中空玻璃的厚度允许偏差
注:中空玻璃的公称厚度为玻璃原片的公称厚度与间隔层厚度之和。
正方形和矩形中空玻璃对角线之差,应不大于对角线平均长度的0.2%。中空玻璃的胶层厚度,单道密封胶层厚度为10mm±2mm,双道密封外层密封胶层厚度为5~7mm。其他规格和类型的尺寸偏差由供需双方协商决定。
(3)外观质量 中空玻璃不得有妨碍透视的污迹、夹杂物及密封胶飞溅现象。
(4)密封性能 20块4mm+12mm+4mm试样全部满足以下2条规定为合格:①在试验压力低于环境气压10kPa±0.5kPa下,初始偏差必须≥0.8mm;②在该气压下保持2.5h后,厚度偏差的减少应不超过初始偏差的15%。
20块5mm+9mm+5mm试样全部满足以下两条规定为合格:①在试验压力低于环境气压10kPa±0.5kPa下,初始偏差必须≥0.5mm;②在该气压下保持2.5h后,厚度偏差的减少应不超过初始偏差的15%。其他厚度的样品由供需双方商定。
(5)露点性能 20块中空玻璃的试样露点均≤-40℃为合格。
(6)耐紫外线照射性能 2块试样紫外线照射168h,试样内表面上均无结雾或污染的痕迹、玻璃原片无明显错位和产生胶条蠕变为合格。如果有1块或2块试样不合格,可另取2块备用试样重新试验,2块试样均满足要求为合格。
(7)气候循环耐久性能 试样经循环后进行露点测试,4块中空玻璃的试样露点均≤-40℃为合格。
(8)高温高湿耐久性能 试样经循环后进行露点测试,8块中空玻璃的试样露点均≤-40℃为合格。