真空玻璃技術(shù)與應(yīng)用分析

【中玻網(wǎng)】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(huì)終端能耗的27.5%,單位建筑能耗是發(fā)達(dá)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(guān)國家經(jīng)濟(jì)安全大局,建筑門窗節(jié)能已成為世界各國研究攻關(guān)的要點(diǎn)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(chǎng)需求,迫切需要加強(qiáng)新穎建筑節(jié)能玻璃的開發(fā)研制,真空玻璃(vacuumglazing)技術(shù)則是建筑節(jié)能領(lǐng)域?qū)ΣＡнM(jìn)行深加工的一項(xiàng)高新技術(shù)。與普通玻璃和中空玻璃比較有種種優(yōu)勢(shì),真空玻璃隔熱保溫性能、防結(jié)露結(jié)霜性能、隔聲性能、抗風(fēng)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(yīng)對(duì)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(diǎn)
　　
　　本節(jié)基于熱量傳遞理論知識(shí),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(dǎo)、空氣對(duì)流和熱輻射。由于真空玻璃腔內(nèi)沒有空氣,既沒有直接傳導(dǎo)介質(zhì),也不能形成對(duì)流,這樣就把傳導(dǎo)和對(duì)流條件破壞,提高了真空玻璃的熱阻。一般地,生產(chǎn)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(nèi),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(nèi)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(duì)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(biāo)準(zhǔn))或K值(中國和歐洲標(biāo)準(zhǔn)),To為室外溫度,Ti為室內(nèi)溫度。傳熱系數(shù)含義是當(dāng)室內(nèi)外空氣溫差為1℃時(shí),單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的玻璃窗室內(nèi)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(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)�、單位時(shí)間內(nèi)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(dǎo)、對(duì)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(diǎn)
　　
　　真空玻璃具有如下性能特點(diǎn)。
　　
　　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(diào)的制熱制冷費(fèi)用同時(shí)還較大地提高了居室內(nèi)的舒適度。
　　
　　1.2.2隔聲抗噪
　　
　　由于真空玻璃結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn),即真空層的存在,沒有聲音傳遞介質(zhì)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(jīng)驗(yàn)隔聲窗(隔聲量RW=35dB左右)的隔聲效果還要好,可保持室內(nèi)寧靜空間,克服噪聲污染。
　　
　　1.2.3防結(jié)露
　　
　　真空玻璃的熱阻很大,真空腔內(nèi)無空氣,也無水汽分子,即使室內(nèi)外溫差達(dá)到50℃也不會(huì)出現(xiàn)結(jié)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(qiáng)度,提高安全性。
　　
　　2真空玻璃的關(guān)鍵技術(shù)與自支撐真空隔離結(jié)構(gòu)
　　
　　本節(jié)介紹制造真空玻璃的關(guān)鍵技術(shù)及難點(diǎn),提出凸點(diǎn)自支撐真空隔離結(jié)構(gòu),為其后的研究工作提供新思路基礎(chǔ)。