真空玻璃技術與應用分析

【中玻網】作為工業(yè)、交通、建筑三大能耗之一,中國的建筑能耗已占全社會終端能耗的27.5%,單位建筑能耗是發(fā)達國家的2～3倍。中國的建筑95%左右都是高能耗建筑,尤其是大型公共建筑能耗一直處于較高水平,而其中約50%～80%通過門窗采暖或制冷散失。
　　
　　能源安全事關國家經濟安全大局,建筑門窗節(jié)能已成為世界各國研究攻關的要點課題。國家的能源狀況、建筑節(jié)能的壓力、節(jié)能玻璃的市場需求,迫切需要加強新穎建筑節(jié)能玻璃的開發(fā)研制,真空玻璃(vacuumglazing)技術則是建筑節(jié)能領域對玻璃進行深加工的一項高新技術。與普通玻璃和中空玻璃比較有種種優(yōu)勢,真空玻璃隔熱保溫性能、防結露結霜性能、隔聲性能、抗風壓性能等熱工性能優(yōu)異,環(huán)保節(jié)能降耗效果明顯,是新一代應對氣候變化的節(jié)能玻璃。
　　
　　1真空玻璃的工作原理與性能特點
　　
　　本節(jié)基于熱量傳遞理論知識,分析真空玻璃工作原理及性能。
　　
　　1.1真空玻璃的工作原理
　　
　　熱量傳遞有三條途徑,即直接傳導、空氣對流和熱輻射。由于真空玻璃腔內沒有空氣,既沒有直接傳導介質,也不能形成對流,這樣就把傳導和對流條件破壞,提高了真空玻璃的熱阻。一般地,生產真空玻璃的兩片玻璃中,一片是LOW-E膜玻璃,其金屬膜在真空腔內,既不能氧化、保證使用壽命,又使其反射紅外線的效率得到充分發(fā)揮,從而又有效地降低了輻射熱傳播。
　　
　　通過建筑物玻璃傳熱的途徑主要有兩部分:一是由室內外溫差引起的傳熱Qg,二是太陽輻射引入的傳熱Qf,二者之和稱為相對增熱,用RHG(Relative Heat Gain)表示：
　　
　　RHG=Qg+Qf=U(To-Ti)+Sc×SHGF(1)
　　
　　式(1)中,U為傳熱系數(shù),也稱U值(美國標準)或K值(中國和歐洲標準),To為室外溫度,Ti為室內溫度。傳熱系數(shù)含義是當室內外空氣溫差為1℃時,單位時間內通過單位面積的玻璃窗室內外空氣間傳遞的熱量,中國法定單位為公制單位Wm-2·K-1。Sc為遮陽系數(shù),其含義是透過玻璃的太陽輻射總透射比g與3mm厚普通平板玻璃的太陽輻射總透射比τs的比值,即Sc=g/τs。Sc越高說明透過的太陽輻射比例越高。SHGF(SolarHeatGainFactor)為太陽輻射得熱因子,其含義是當時當?shù)�、單位時間內透過3mm厚普通玻璃的太陽輻射能量,單位是Wm-2。
　　
　　如圖1所示,真空玻璃是將兩片玻璃四周密閉起來,將其間隙抽成真空并密封排氣孔,兩片玻璃之間留有間隙(如0.1～0.2mm),將通過真空玻璃的傳導、對流和輻射方式散失的熱量降到較低,其工作原理與保溫瓶的保溫隔熱原理相同。

　　1.2真空玻璃的性能特點
　　
　　真空玻璃具有如下性能特點。
　　
　　1.2.1保溫隔熱
　　
　　真空玻璃門窗(傳熱系數(shù)K=0.8～1.5W·m-2·K-1)比中空玻璃門窗(傳熱系數(shù)K=2.2～3.0W·m-2·K-1)節(jié)能提高了兩倍以上。使用真空玻璃門窗后,節(jié)省了空調的制熱制冷費用同時還較大地提高了居室內的舒適度。
　　
　　1.2.2隔聲抗噪
　　
　　由于真空玻璃結構上的特點,即真空層的存在,沒有聲音傳遞介質就阻隔了聲音的傳遞,其隔聲性能(真空玻璃整窗系統(tǒng)隔聲量RW=39～45dB)比有經驗隔聲窗(隔聲量RW=35dB左右)的隔聲效果還要好,可保持室內寧靜空間,克服噪聲污染。
　　
　　1.2.3防結露
　　
　　真空玻璃的熱阻很大,真空腔內無空氣,也無水汽分子,即使室內外溫差達到50℃也不會出現(xiàn)結露現(xiàn)象,令視野清晰開闊。
　　
　　1.2.4安全性能好
　　
　　從安全角度考慮,真空玻璃門窗外層可作鋼化、夾膠等安全玻璃,以增加強度,提高安全性。
　　
　　2真空玻璃的關鍵技術與自支撐真空隔離結構
　　
　　本節(jié)介紹制造真空玻璃的關鍵技術及難點,提出凸點自支撐真空隔離結構,為其后的研究工作提供新思路基礎。