真空玻璃的性能優(yōu)勢

1. 真空玻璃定義

真空玻璃是將兩片平板玻璃四周密閉起來，將其間隙抽成真空并密封排氣孔，兩片玻璃之間的間隙為 0.1～0.2mm。真空玻璃的兩片一般至少有一片是低輻射玻璃，這樣就將通過真空玻璃的傳導、對流和輻射方式散失的熱降到最低。其工作原理與玻璃保溫瓶的保溫隔熱原理相同。真空玻璃是玻璃工藝與材料科學、真空技術(shù)、物理測量技術(shù)、工業(yè)自動化及建筑科學等，多種學科、多種技術(shù)、多種工藝協(xié)作配合的碩果。真空玻璃的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

從原理上看真空玻璃可比喻為平板形保溫瓶，其與保溫瓶的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。兩者內(nèi)壁都鍍有低輻射膜，使輻射傳熱盡可能小。兩者不同點：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置“支撐物”方陣來承受約 10 t/m2 的大氣壓力，使玻璃之間保持間隔，形成真空層。“支撐物”方陣間距根據(jù)玻璃板的厚度及相關(guān)力學參數(shù)設計，在 20～50 mm 之間。為了減小支撐物“ 熱橋”形成的傳熱并使人眼難以分辨出支撐物的存在，支撐物直徑很小，目前產(chǎn)品中的支撐物直徑在0.3～0.5 mm之間，高度在 0.1～0.2 mm之間。

2 真空玻璃性能優(yōu)勢

Low-E 中空玻璃是市場上運用最為普遍的節(jié)能玻璃品種，中空玻璃利用了空氣導熱系數(shù)低的特點。從傳熱學上講空氣雖然導熱系數(shù)較小，但畢竟還是要進行熱傳導，其他氣體包括惰性氣體也一樣。中空玻璃由于氣體傳熱占主導地位，使提高 Low-E 玻璃性能來降低輻射熱的效果不明顯，用最好的 Low-E 玻璃(如輻射率在 0.02～0.04 之間)制造的中空玻璃，充以氬氣，K 值也只能作到 1.0～1.2 W/m2·K 左右。只有真空狀態(tài)才能消除氣體傳熱，使 Low-E 玻璃的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。

2.1 真空玻璃傳熱機理

真空玻璃與中空玻璃的結(jié)構(gòu)不同，所以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、支撐物傳熱及殘余氣體傳熱 3 部分構(gòu)成，而中空玻璃則由氣體傳熱(包括傳導和對流)和輻射傳熱構(gòu)成。

由此可見，要減小因溫差引起的傳熱，真空玻璃和中空玻璃都要減小輻射傳熱，有效的方法是采用鍍有低輻射膜的玻璃(Low-E 玻璃)，在兼顧其他光學性能要求的條件下，膜的發(fā)射率(也稱輻射率)越低越好。兩者的不同點是真空玻璃不但要確保殘余氣體傳熱小到可忽略的程度，還要盡可能減小支撐物的傳熱，中空玻璃則要盡可能減小氣體傳熱。為了減小氣體傳熱并兼顧隔聲性及厚度等因素，中空玻璃的空氣層厚度一般為 9～24 mm，以 12 mm 居多；要減小氣體傳熱，還可用大分子量的氣體(如惰性氣體：氬、氪、氙)來代替空氣，但即便如此，氣體傳熱仍占據(jù)主導地位。

真空玻璃最基本的品種是標準真空玻璃，即一塊浮法玻璃加上一塊低輻射鍍膜玻璃(Low-E 玻璃)。北京新立基公司的半鋼化標準真空玻璃的產(chǎn)品參數(shù)如表 1 所示，從表1 中可以看出，僅是標準真空玻璃 K 值就可以達到 1.0 W/m2·K 以下，如果使用輻射率0.06 的雙銀 Low-E 玻璃標準真空玻璃 K 值可達到 0.5 以下。目前，Guardian、ST.Gobain和Interpane 等廠商生產(chǎn)的鋼化 Low-E 玻璃的輻射率已達到0.02～0.04，如果使用該性能的 Low-E 玻璃，真空玻璃的性能會更好。

2.2 真空玻璃的安全性能保證

普通玻璃通過深加工處理，使玻璃表面形成壓應力層，玻璃強度會大大提高，可稱為強化玻璃。又依表面壓應力不同，分為鋼化玻璃和半鋼化玻璃兩個品種，其表面應力如表 2 所示。在圖 1 所示的真空玻璃結(jié)構(gòu)中，兩片玻璃不是普通玻璃而是半鋼化玻璃，則稱為“半鋼化真空玻璃”。

測試結(jié)果表明，按特定工藝制成的半鋼化玻璃的抗彎強度比普通玻璃高約 4 倍，雖然比鋼化玻璃略低，但不會發(fā)生自爆，對于高層門窗幕墻，使用半鋼化夾層玻璃，即使撞碎也不會有尖銳碎片傷人。因此，我國很多幕墻專家呼吁使用表面壓應力 50 MPa 左右的半鋼化夾層玻璃作為高層幕墻玻璃的首選，既有一定強度，又達到安全、可靠的目的。

真空玻璃產(chǎn)品系列除了標準真空玻璃外，還有真空+中空、真空+夾膠和中空+真空+夾膠等復合結(jié)構(gòu)。其中真空+中空有單面或者雙面中空，可以提高真空玻璃的隔熱性能和安全性能；真空+夾膠有單面或者雙面夾膠，主要提高真空玻璃的安全性能。例如把真空玻璃看成一片原片，使用鋼化玻璃或夾層玻璃在真空玻璃的 2 個面上分別合一層中空玻璃，形成中空+真空+中空的結(jié)構(gòu)，見圖 3。

把真空玻璃看成一片原片，在真空玻璃的 2 個面上分別合一層夾層玻璃，其結(jié)構(gòu)上等同于用兩片夾層玻璃制成的真空玻璃，見圖 4。

2.3 真空玻璃的節(jié)能效果分析

計算不同玻璃傳熱情況，真空玻璃以表 1 中序號 1 為例。按美國采暖制冷空調(diào)工程師協(xié)會(ASHRAE)標準計算，夏季室外溫度 31.7℃，室內(nèi)溫度 23.9℃。當太陽輻射通量 Φe 為 783 W/m2，3 mm玻璃透過率 τs=0.87，則此真空玻璃的相對增熱：

正號表示熱功率從室外傳向室內(nèi)，是“得熱”。此相對增熱中將近 98.8% 是太陽輻射(計算中的第二項)引起的。

按ASHRAE 標準，冬季夜間室外溫度 -17.8℃，室內(nèi)溫度 21.1℃，此時相對增熱

負號表示熱功率從室內(nèi)傳向室外，是“失熱”。

表 3 列出表 2 中兩種真空玻璃與中空玻璃及單片玻璃的夏季得熱和冬季失熱的數(shù)據(jù)(根據(jù) ASHRAE 標準計算)從表 3 數(shù)據(jù)可見，使用 Low-E 真空玻璃在冬季特別是寒冷地區(qū)優(yōu)勢明顯，是單玻能量損失的 1/8，是中空玻璃的 1/4，約是相同 Low-E 中空玻璃的 1/3，節(jié)能效果顯著。在陽光充足地區(qū)或陽光照射時間長的立面，夏季得熱仍較大，還需采用遮陽措施或采用遮陽系數(shù)更低的 Low-E 真空玻璃，如序號 2 單 Low-E 真空玻璃相比序號 2 能夠?qū)⑦M入室內(nèi)的熱量減少 1/2。

3 真空玻璃的其他特點

真空玻璃除了具有較低的傳熱系數(shù)、減少能量損失、降低建筑能耗外，還具有以下特點。

3.1 防結(jié)露性能好

由于真空玻璃傳熱系數(shù) K 值遠遠小于中空玻璃，所以能夠很好地阻止環(huán)境熱量傳遞至冷柜內(nèi)部，即真空玻璃具有“保冷”效果，從而能夠減少壓縮機啟動的次數(shù)，降低能耗。此外，真空玻璃具有很好的防結(jié)露性能，玻璃表面無需粘貼電熱膜，又進一步降低了能耗。

3.2 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。真空層是隔聲的，真空玻璃中由于有支撐物形成“聲橋”，使隔聲性能有所下降，但仍比普通玻璃好。半鋼化玻璃中支撐物數(shù)量大大減少，少于普通真空玻璃的四分之一。

3.3 使用范圍廣

由于間隔是真空，因而不存在中空玻璃水平放置時氣體熱導變化問題，不存在中空玻璃運到高原低氣壓地區(qū)的脹裂問題。

3.4 抗風壓強度高

由于兩片玻璃形成剛性聯(lián)結(jié)，抗風壓強度高于同等厚度玻璃構(gòu)成的中空玻璃。比如，4 mm 玻璃構(gòu)成的真空玻璃，抗風壓強度高于 8 mm 厚玻璃，是 4 mm 玻璃構(gòu)成的中空玻璃的一倍半以上

3.5 使用壽命長

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。