惰性氣體在中空玻璃中的應(yīng)用與質(zhì)量控制

【中玻網(wǎng)】隨著國家節(jié)能政策越來越強(qiáng)有力的落實(shí)，建筑節(jié)能要求也逐步提高。建筑用玻璃也隨之出現(xiàn)向高性能中空玻璃升級(jí)換代的發(fā)展趨勢，除正在不斷推廣的低輻射鍍膜中空玻璃外，新出現(xiàn)了一種在中間層充入氬氣、氦氣等惰性氣體的充氣中空玻璃。惰性氣體相對(duì)于空氣而言，密度大，導(dǎo)熱系數(shù)小，故可減慢中間層的熱對(duì)流，減少氣體的導(dǎo)熱性，從而降低中空玻璃的傳熱系數(shù)，有助于改善中空玻璃的保溫性能和節(jié)能效果。
　　
　　中間層充入惰性氣體有利于改善中空玻璃的保溫性能，但充進(jìn)的惰性氣體種類、氣體濃度、濃度保持率等對(duì)保溫性能的改善程度都有影響。本文從不同惰性氣體的性能比較、氣體濃度與保溫性能的關(guān)系以及惰性氣體濃度和濃度保持率的測試等方面，對(duì)惰性氣體在中空玻璃中的應(yīng)用與質(zhì)量控制進(jìn)行研究。
　　
　　1惰性氣體的應(yīng)用
　　
　　惰性氣體包括氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)和氡(Rn)，惰性氣體均為無色、無臭、無害、氣態(tài)的單原子分子，處于周期表中零族，外層電子已達(dá)飽和，活性較小。
　　
　　1.1不同種類氣體性能比較
　　
　　用于中空玻璃的惰性氣體有氬氣、氪氣和氙氣。它們共同的特點(diǎn)是性能穩(wěn)定、不活潑，并比空氣密度大、導(dǎo)熱小。這3種惰性氣體在氣溫0℃、壓強(qiáng)101.325kPa時(shí)密度分別是1.78kg/m3、2.86kg/m3和4.56kg/m3(同樣條件下空氣密度是1.29kg/m3)，導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.0163W/(m·K)、0.0087W/(m·K)、0.0052W/(m·K)(同樣條件下空氣導(dǎo)熱系數(shù)為0.0241W/(m·K)。
　　
　　3種氣體中，氬氣在空氣中含量較好豐富。按體積分?jǐn)?shù)計(jì)算，氬氣約占空氣的0.93%，是應(yīng)用較好廣泛也是市場上較好便宜的惰性氣體之一。氬氣填充的中空玻璃具有耐紫外線的作用，同時(shí)不影響室內(nèi)光線。氪氣在空氣中含量為1.14×10-4%，其穩(wěn)定性和反應(yīng)性和氬氣類似，熱效能相比氬氣高1/3，但是價(jià)格較昂貴。氙氣是空氣中5種稀有氣體里含量較好少的一種，含量僅有0.09×10-4%。氙氣的穩(wěn)定性和反應(yīng)性也與氬氣類似，熱效能比氬氣高1/2，但自然狀態(tài)下的氙氣非常非常少，提純價(jià)格高。
　　
　　3種氣體相對(duì)于空氣的物理性能比較，以及在相同充氣含量情況下對(duì)同種配置的中空玻璃傳熱系數(shù)的影響，見表1。
　　
　　由以上對(duì)比可得出以下結(jié)論：
　　
　　(1)氬氣、氪氣和氙氣的密度比空氣大，導(dǎo)熱性比空氣低，有利于大幅改善中空玻璃的傳熱性能。
　　
　　(2)氪氣和氙氣比氬氣分別高1/3和1/2的熱效能，即在相同充氣含量情況下要達(dá)到相同傳熱系數(shù)要求，充氪氣和氙氣的中空玻璃中間層可僅為充氬氣的中空玻璃中間層厚度的2/3到1/2。
　　
　　(3)中空玻璃中間層充氬氣情況下，傳熱系數(shù)比中間層為空氣的情況下降5.96%，充氪氣和氙氣的效果則更加明顯，傳熱系數(shù)比中間層為空氣的情況下降7.99%和9.26%。
　　
　　以上3種惰性氣體都具有明顯改善中空玻璃傳熱性能的作用，其中氬氣在空氣中含量較高，充氣成本較低，以性價(jià)比高的優(yōu)勢成為目前中空玻璃充氣應(yīng)用較好為廣泛的氣體；氪氣提取成本較氬氣相對(duì)昂貴，未在建筑玻璃行業(yè)廣泛應(yīng)用，僅在中空玻璃中間層厚度要求較小但傳熱性能要求又高的情況下使用；氙氣在自然狀態(tài)下的含量非常非常少，提純價(jià)格很高，因而即便對(duì)中空玻璃傳熱性能的幫助
　　
　　比氬氣和氪氣都好，但很少用于中空玻璃的制作。
　　
　　1.2氣體濃度與保溫性能的關(guān)系
　　
　　由以上討論可知，氬氣以其突出的性價(jià)比優(yōu)勢成為中空玻璃充氣應(yīng)用較好為廣泛的氣體。以下將通過3種不同配置的中空玻璃，對(duì)不同含量氬氣充氣的情況下傳熱系數(shù)的比較，討論充氣氣體濃度對(duì)中空玻璃性能的影響。不同配置的中空玻璃分別為(4mm白玻+12mm氣體層+4mm白玻)、(4mm在線Low-E+12mm氣體層+4mm白玻)以及(4mm離線Low-E+12mm氣體層+4mm白玻)。每種玻璃分別在充氬氣濃度從0～高標(biāo)準(zhǔn)、每隔5%遞增的情況下計(jì)算傳熱系數(shù)，所得結(jié)果見圖1。
　　
　　由以上結(jié)果可得：
　　
　　(1)氬氣濃度越高，中空玻璃的傳熱系數(shù)越小，保溫性能越好。
　　
　　(2)相同氬氣濃度下，充氣對(duì)鍍膜玻璃傳熱系數(shù)的改善比普通中空玻璃更明顯。
　　
　　目前，建筑玻璃行業(yè)內(nèi)，綜合考慮充氣改善中空玻璃保溫性能的效果以及充氣中空玻璃的使用壽命，一般認(rèn)為充氣中空玻璃的初始惰性氣體含量應(yīng)不小于90%。