真空节能玻璃是两片平板玻璃中间由微小支撑物将其隔开,玻璃四周用钎焊材料加以封边,通过抽气口将中间的气体抽至真空,然后封闭抽气口保持真空层的特种玻璃。
真空节能玻璃是受到保温瓶的启示而研制的。1913年世界上第一个平板真空玻璃专利发布,科学家们相继进行了大量的探索,使真空玻璃技术得到较快发展。20世纪80年代,世界对真空玻璃的研制普遍重视起来,美国、英国、希腊和日本等国技术比较先进。
1998年我国建立真空玻璃研究所,随后研究的实用成果获得国家专利,2004年拥有自主知识产权的真空玻璃,通过了中国建材工业协会的科技成果鉴定,并开始在国内推广应用,同时得到欧美同行的认可。
(1)真空节能玻璃具有比中空玻璃更好的隔热、保温性能,其保温性能是中空玻璃的2倍,是单片普通玻璃的4倍。
(2)由于真空玻璃热阻高,具有更好的防结露结霜性能,在相同湿度条件下,真空玻璃结露温度更低,这对严寒地区的冬天采光极为有利。
(3)真空玻璃具有良好的隔声性能,在大多数声波频段,特别是中低频段,真空玻璃的防噪音性能优于中空玻璃。
(4)真空玻璃具有更好的抗风压性能,在同样面积、同样厚度条件下,真空玻璃抗风压性能等级明显高于中空玻璃。
(5)真空玻璃还具有持久、稳定、可靠的特性,在参照中空玻璃拟定的环境和寿命试验进行的紫外线照射试验、气候循环试验、高温高湿试验,真空玻璃内的支撑材料的寿命可达50年以上,高于其使用的建筑寿命。
(6)真空玻璃最薄只有6mm,现有住宅窗框原封不动即可安装,并可减少窗框材料,减轻窗户和建筑物的重量。
(7)真空玻璃属于玻璃深加工产品,其加工过程对水质和空气不产生任何污染,并且不产生噪声,对环境没有任何有害影响。
真空节能玻璃是一种新型玻璃深加工产品,它的隔热原理比较简单,从原理上看可将其比喻为平板形的保温瓶。真空节能玻璃与保温瓶相同点,夹层均为气压低于0.1Pa的真空和内壁涂有Low-E膜。因此,真空节能玻璃之所以能够节能,一是玻璃周边密封材料的作用和保温瓶瓶塞的作用相同,都是阻止空气的对流作用,因此真空双层玻璃的构造,最大限度地隔绝了热传导;两层玻璃夹层为气压低于10 -1 Pa的真空,使气体传热可忽略不计;二是内壁镀有Low-E膜,使辐射热大大降低。
研究表明,用两层3mm厚的玻璃制成的真空玻璃,与普通的双层中空玻璃相比,在一侧为50℃的高温条件下,真空玻璃的另一侧表面与室温基本相同,而普通双层中空玻璃的另一侧温度很高。这就充分说明真空节能玻璃具有良好的隔热性能,其节能效果是非常显著的。
真空节能玻璃是一种新型玻璃深加工产品,是将两片玻璃板洗净,在一片玻璃板上放置线状或格子状支撑物,然后再放上另一片玻璃板,将两片玻璃板的四周涂上玻璃钎焊料。在适当位置开孔,用真空泵抽真空,使两片玻璃间膛的真空压力达到0.001mmHg,即形成真空节能玻璃。真空玻璃的基本结构如图3-3所示。
图3-3 真空玻璃的基本结构
由于真空玻璃的结构不同,真空玻璃与中空玻璃的传热机理也有所不同。真空玻璃中心部位传热由辐射传热、支撑物传热及残余气体传热3部分构成,而中空玻璃则由气体传热(包括传导和对流)和辐射传热构成。
真空节能玻璃的性能有隔热性能、防结露性能、隔声性能、抗风压性能、耐久性能等。
真空节能玻璃的真空层消除了热传导,若再配合采用Low-E玻璃,还可以减少辐射传热,因此和中空玻璃相比,真空玻璃的隔热保温性能更好。表3-16为真空玻璃与中空玻璃隔热性能比较。
表3-16 真空玻璃与中空玻璃隔热性能比较
由于真空玻璃的隔热性能好,室内一侧玻璃表面温度不容易下降,所以即使室外温度很低,也不容易出现结露。表3-17为单片玻璃、中空玻璃和真空玻璃防结露性能比较。
表3-17 单片玻璃、中空玻璃和真空玻璃防结露性能比较
由于真空玻璃的特殊结构,对于声音的传播可大幅度地降低。材料试验证明,真空玻璃在大部分音域都比间隔6mm的中空玻璃隔声性能好,可使噪声降低30dB以上。
表3-18为真空玻璃与中空玻璃隔声性能比较。
表3-18 真空玻璃与中空玻璃隔音性能比较
真空玻璃是一种全新的产品,目前国内外还没有耐久性相应的测试标准,也没有相应的测试方法。目前暂参照中空玻璃国家标准中关于紫外线照射、气候循环、高温高湿度的试验方法进行测试,同时参照国家标准《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法》(GB 10294—2008)中的规定,以真空玻璃热阻的变化来考察其环境适应性。普通真空玻璃环境测试结果如表3-19所列。
表3-19 普通真空玻璃环境测试结果
真空玻璃中的两片玻璃是通过支撑物牢固地压在一起的,具有与同等厚度的单片玻璃相近的刚度,在一般情况下真空玻璃的抗风压能力是中空玻璃的1.5倍。
表3-20是某种真空玻璃、中空玻璃和单片玻璃允许载荷比较。
表3-20 真空玻璃、中空玻璃和单片玻璃允许载荷比较
根据现行的行业标准《真空玻璃》(JC/T 1079—2008)中的规定,本标准适用于建筑、家电和其他保温隔热、隔声等用途的真空玻璃,包括用于夹层、中空等复合制品中的真空玻璃。
(1)真空玻璃的分类方法 真空玻璃按其保温性能( K 值)不同,可为1类、2类和3类。
(2)真空玻璃的材料要求 构成真空玻璃的原片质量应符合《平板玻璃》(GB 11614—2009)中一等品以上(含一等品)的要求,其他材料的质量应符合相应标准的技术要求。
(3)真空玻璃的尺寸偏差 真空玻璃的尺寸偏差应符合表3-21中的规定。
表3-21 真空玻璃的尺寸偏差
真空玻璃的技术要求应符合表3-22中的规定。
表3-22 真空玻璃的技术要求
真空节能玻璃具有优异的保温隔热性能,其性能指标明显优于中空玻璃,一般的单片玻璃传热系数为6.0W/(m 2 ·K),中空玻璃传热系数为3.4 W/(m 2 ·K),真空玻璃的传热系数为1.2W/(m 2 ·K),一片只有6mm厚的真空玻璃隔热性能相当于370mm的实心黏土砖墙,隔声性能可达到五星级酒店的静音标准,可将室内噪声降至45dB以下,相当于四墙砖的水平。由于真空玻璃隔热性能优异,在建筑上应用可达到节能和环保的双重效果。
据统计,使用真空节能玻璃后空调节能可以达50%,与单层玻璃相比,每年每平方米幕墙、窗户可节约700MJ的能源,相当于一年节约192kW·h的电、1000t标准煤,是目前世界上节能效果最好的玻璃。
通过在日本的应用表明,真空玻璃内的支撑材料在涉及金属疲劳度方面的寿命可达50年以上,高于其使用的建筑寿命。真空玻璃最薄只有6mm,现有住宅窗框原封不动即可安装,并可减少窗框材料,减轻窗户和建筑物的质量。真空玻璃属于玻璃深加工产品,其加工过程对水质和空气不产生任何污染,并且不产生噪声,因此对环境不会造成有害影响。
真空玻璃的工业化、产业化对玻璃工业调整产品结构,提升生产设备技术水平,增加玻璃行业产品的科技含量,具有重大促进作用。真空玻璃与其他各种节能玻璃组成的“超级节能玻璃”,既能满足建筑师追求通透、大面积使用透明幕墙的艺术创意,又能使墙体的传热系数符合《公共建筑节能标准》的规定。