提高中空玻璃節能的若干技術問題(一)

    一、引言
　　自七十年代發生石油危機以來，建筑節能產品的應用成為國際建筑行業的主流，許多發達國家從產品技術開發、技術指導、應用推廣到立法等多方面引導、鼓勵和規范建筑、建材市場，節能型建材產品的應用有了廣闊的空間。在美國，中空玻璃門窗的使用量占所有玻璃窗用量的82%，而德國政府自七十年代后期即立法，明確規定不使用中空玻璃的新建樓房不批準建設。我國自八十年代開始重視建筑節能工作，并相繼出臺了《建筑法》《能源法》《建筑節能九五計劃和2010年規劃》《民用建筑節能設計標準管理規定》等相關法律法規，1996年7月，經修改后的《民用建筑節能設計標準(采暖居住部分）》(JCJ26-95)中明確規定，新設計的建筑節能標準要在1980-1981年的基礎上節能50%。同時各省市相繼頒布了相應的標準實施細則和相關的標準。如北京市頒布了《關于我市道路兩側新建筑采用隔聲窗的通知》《提高建筑門窗使用功能的若干技術要求》等多項法規，明確規定了各類住宅的隔聲標準，又如1999年重慶市出臺了建筑節能設計標準，要求外窗的傳熱系數K≤3.0wm²k，節能產品的使用進入了一個新的時期。


  對于整幢建筑來說，門窗的面積占建筑面積的比例超過20%，玻璃在其約占70%以上，而從節能角度來講，整個建筑的能量損失中，約50%是在門窗上的能量損失。據有關部門預計，我國在2000年社會總能耗約20億噸標準煤，其中建筑能耗在社會總能耗中，約占35%-40%，達7-8億噸標準煤，而建筑門窗、外墻的能耗約占建筑總能耗的50%，達3.5-4億噸標準煤，建筑門窗、外墻的能耗占社會總能耗的17%-20%，比例是相當大的。根據發達國家的經驗，經濟越發達，生活水平越高，民用能源消費越多。隨著我國經濟的發展，目前的這一比例仍會擴大。因而，降低建筑門窗、外墻的能耗，提高建筑門窗、外墻的隔熱性、氣密性是我們面臨的緊迫問題，這就為中空玻璃產品的開發和推廣應用提供了政策基礎。


　　二、中空玻璃的性能
　　在最近修改的中空玻璃標準中，中空玻璃的定義為：兩片或多片玻璃以有效支撐均勻隔開并周邊粘接密封，使玻璃層間形成有干燥氣體空間的制品。因中空玻璃內部的氣體是干燥的，使中空玻璃具有隔音、隔熱、防結露、降低冷輻射及增強玻璃的安全性等功能。


　　1、中空玻璃的隔熱、隔音原理

    眾所周知，能量的傳遞有三種方式：即輻射傳遞、對流傳遞和傳導傳遞。


    輻射傳遞是能量通過射線以輻射的形式進行的傳遞，這種射線包括可見光、紅外線和紫外線等的輻射，就象太陽光線的傳遞一樣。合理配置的中空玻璃和合理的中空玻璃間隔層厚度，可以最大限度的降低能量通過輻射形式的傳遞，從而降低能量的損失。


    對流傳遞是由于在玻璃的兩側具有溫度差，造成空氣在冷的一面下降而在熱的一面上升，產生空氣的對流，而造成能量的流失。造成這種現象的原因有幾個：一是玻璃與周邊的框架系統的密封不良，造成窗框內外的氣體能夠直接進行交換產生對流，導致能量的損失；二是中空玻璃的內部空間結構設計的不合理，導致中空玻璃內部的氣體因溫度差的作用產生對流，帶動能量進行交換，從而產生能量的流失；三是構成整個系統的窗的內外溫度差較大，致使中空玻璃內外的溫度差也較大，空氣借助冷輻射和熱傳導的作用，首先在中空玻璃的兩側產生對流，然后通過中空玻璃整體傳遞過去，形成能量的流失。合理的中空玻璃設計，可以降低氣體的對流，從而降低能量的對流損失。


    傳導傳遞是通過物體分子的運動，帶動能量進行運動，而達到傳遞的目的，就象用鐵鍋作飯和用電烙鐵焊東西一樣，而中空玻璃對能量的傳導傳遞是通過玻璃和其內部的空氣來完成的。我們知道，玻璃的導熱系數是0.77W/m²k。而空氣的導熱系數是0.028W/m2k，由此可見，玻璃的熱傳導率是空氣的27倍，而空氣中的水分子等活性分子的存在，是影響中空玻璃能量的傳導傳遞和對流傳遞性能的主要因素，因而提高中空玻璃的密封性能，是提高中空玻璃隔熱性能的重要因素。


    2、中空玻璃的防結露、降低冷輻射和安全性能
    由于中空玻璃內部存在著可以吸附水分子的干燥劑，氣體是干燥的，在溫度降低時，中空玻璃的內部也不會產生凝露的現象，同時，在中空玻璃的外表面結露點也會升高。如當室外風速為5ms，室內溫度20℃，相對濕度為60%時，5mm玻璃在室外溫度為8℃時開始結露，而16mm(5+6+5)中空玻璃在同樣條件下，室外溫度為-2℃時才上結露，27mm(5+6+5+6+5)三層中空玻璃在室外溫度為-11℃時才開始結露。


    由于中空玻璃的隔熱性能較好，玻璃兩側的溫度差較大，還可以降低冷輻射的作用；當室外溫度為-10℃時，室內單層玻璃窗前的溫度為-2℃而中空玻璃窗前的溫度是13℃；在相同的房屋結構中，當室外溫度為-8℃，室內溫度為20℃時，3mm普通單層玻璃冷輻射區域占室內空間的67.4%，而采用雙層中空玻璃(3+6+3)則為13.4%。


    使用中空玻璃，可以提高玻璃的安全性能，在使用相同厚度的原片玻璃的情況下，中空玻璃的抗風壓強度是普通單片玻璃的1.5倍。


    三、中空玻璃的結構組成

    根據中空玻璃使用地點的不同，使用目的不同，中空玻璃所用的原材料和結構也不盡相同。如在南方地區，全年的氣溫較高，光照時間較長，在使用中空玻璃時，較多的考慮是控制外部的熱量能夠較少地進入室內，在選擇中空玻璃的原片時，會更多地考慮使用鍍膜玻璃；在北方地區，使用中空玻璃的主要目的是采暖和保溫，所以就會較多地考慮選用透明玻璃作中空玻璃的原片。而在需要控制噪音的地方，就需要采用三層或充氣的中空玻璃，以達到使用的目的。


    隨著經濟的發展，中空玻璃的產品品種也有了較多的發展，采用的原材料的品種也隨著增加。如幕墻用中空玻璃；汽車、火車用中空玻璃；電器用中空玻璃；裝飾用中空玻璃(包括鑲嵌用中空玻璃、彩晶立線中空玻璃)等等。所有這些產品，雖然由于用途不同，使用的原材料不盡相同，但基本組成是相同的，即：


　　玻璃－－所有的平板玻璃及其深加工產品，是構成中空玻璃的基本成分；


　　密封劑－－對中空玻璃的、邊部進行密封，確保盡可能少的水蒸氣進入中空玻璃的內部，延長中空下班的失效時間；


　　干燥劑－－保證將密封在中空玻璃內部的所有水蒸氣吸附干凈，并吸附隨著時間的的推移而進入中空玻璃內部的水蒸氣，保證中空玻璃的壽命；


　　隔條－－控制中空玻璃的內、外兩片玻璃的間距，并控制外部的水蒸氣在這一部分被完全隔絕，保證中空玻璃具有合理的空間層厚度和使用壽命。


　　從上面我們可以看出：在構成中空玻璃的所有原材料中，密封劑和干燥劑性能的的好壞，對中空玻璃產品的使用壽命影響較大；在考慮節能問題時，間隔條和密封膠的熱傳導性能的好壞將直接影響中空玻璃的邊部隔熱性能，從而影響門窗整體的隔熱性能。中空玻璃生產技術經過幾十年的發展歷程，其本身也在不斷完善，產品的隔熱、隔音性能，從最早的焊接法、熔接法到膠結鋁條法，產品的隔熱、隔音性能有了很大的提高。經過七十年代的石油危機以后，人們發現，鋁條法產品的邊部隔熱性能較差，必須加以改善，才能提高中空玻璃整體的隔熱性能。到八十年代初期，世界上第一個暖邊系統的中空玻璃問世，這就是實唯高(Swiggle)膠條系統中空玻璃。這種中空玻璃，邊緣隔熱性能得到了改善，因為膠條的密封性能得到了提高，使用壽命更長，中空玻璃的整體隔熱效果更好，使中空玻璃產品的市場應用有了更廣闊的前景。

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