提高中空玻璃節(jié)能的若干技術(shù)問題(一)

    一、引言
　　自七十年代發(fā)生石油危機(jī)以來，建筑節(jié)能產(chǎn)品的應(yīng)用成為國際建筑行業(yè)的主流，許多發(fā)達(dá)國家從產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)、技術(shù)指導(dǎo)、應(yīng)用推廣到立法等多方面引導(dǎo)、鼓勵和規(guī)范建筑、建材市場，節(jié)能型建材產(chǎn)品的應(yīng)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(guī)定不使用中空玻璃的新建樓房不批準(zhǔn)建設(shè)。我國自八十年代開始重視建筑節(jié)能工作，并相繼出臺了《建筑法》《能源法》《建筑節(jié)能九五計劃和2010年規(guī)劃》《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)管理規(guī)定》等相關(guān)法律法規(guī)，1996年7月，經(jīng)修改后的《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住部分）》(JCJ26-95)中明確規(guī)定，新設(shè)計的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要在1980-1981年的基礎(chǔ)上節(jié)能50%。同時各省市相繼頒布了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)實施細(xì)則和相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。如北京市頒布了《關(guān)于我市道路兩側(cè)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(shù)要求》等多項法規(guī)，明確規(guī)定了各類住宅的隔聲標(biāo)準(zhǔn)，又如1999年重慶市出臺了建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，要求外窗的傳熱系數(shù)K≤3.0wm²k，節(jié)能產(chǎn)品的使用進(jìn)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(jié)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(jù)有關(guān)部門預(yù)計，我國在2000年社會總能耗約20億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中建筑能耗在社會總能耗中，約占35%-40%，達(dá)7-8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，而建筑門窗、外墻的能耗約占建筑總能耗的50%，達(dá)3.5-4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，建筑門窗、外墻的能耗占社會總能耗的17%-20%，比例是相當(dāng)大的。根據(jù)發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗，經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)，生活水平越高，民用能源消費(fèi)越多。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，目前的這一比例仍會擴(kuò)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(chǎn)品的開發(fā)和推廣應(yīng)用提供了政策基礎(chǔ)。


　　二、中空玻璃的性能
　　在最近修改的中空玻璃標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)部的氣體是干燥的，使中空玻璃具有隔音、隔熱、防結(jié)露、降低冷輻射及增強(qiáng)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(dǎo)傳遞。


    輻射傳遞是能量通過射線以輻射的形式進(jìn)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(cè)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(chǎn)生空氣的對流，而造成能量的流失。造成這種現(xiàn)象的原因有幾個：一是玻璃與周邊的框架系統(tǒng)的密封不良，造成窗框內(nèi)外的氣體能夠直接進(jìn)行交換產(chǎn)生對流，導(dǎo)致能量的損失；二是中空玻璃的內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理，導(dǎo)致中空玻璃內(nèi)部的氣體因溫度差的作用產(chǎn)生對流，帶動能量進(jìn)行交換，從而產(chǎn)生能量的流失；三是構(gòu)成整個系統(tǒng)的窗的內(nèi)外溫度差較大，致使中空玻璃內(nèi)外的溫度差也較大，空氣借助冷輻射和熱傳導(dǎo)的作用，首先在中空玻璃的兩側(cè)產(chǎn)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(shè)計，可以降低氣體的對流，從而降低能量的對流損失。


    傳導(dǎo)傳遞是通過物體分子的運(yùn)動，帶動能量進(jìn)行運(yùn)動，而達(dá)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(dǎo)傳遞是通過玻璃和其內(nèi)部的空氣來完成的。我們知道，玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)是0.77W/m²k。而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)是0.028W/m2k，由此可見，玻璃的熱傳導(dǎo)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(dǎo)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(jié)露、降低冷輻射和安全性能
    由于中空玻璃內(nèi)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(nèi)部也不會產(chǎn)生凝露的現(xiàn)象，同時，在中空玻璃的外表面結(jié)露點也會升高。如當(dāng)室外風(fēng)速為5ms，室內(nèi)溫度20℃，相對濕度為60%時，5mm玻璃在室外溫度為8℃時開始結(jié)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(jié)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(jié)露。


    由于中空玻璃的隔熱性能較好，玻璃兩側(cè)的溫度差較大，還可以降低冷輻射的作用；當(dāng)室外溫度為-10℃時，室內(nèi)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(jié)構(gòu)中，當(dāng)室外溫度為-8℃，室內(nèi)溫度為20℃時，3mm普通單層玻璃冷輻射區(qū)域占室內(nèi)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(fēng)壓強(qiáng)度是普通單片玻璃的1.5倍。


    三、中空玻璃的結(jié)構(gòu)組成

    根據(jù)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(jié)構(gòu)也不盡相同。如在南方地區(qū)，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(jìn)入室內(nèi)，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(qū)，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(dá)到使用的目的。


    隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中空玻璃的產(chǎn)品品種也有了較多的發(fā)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(chǎn)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(chǎn)品，是構(gòu)成中空玻璃的基本成分；


　　密封劑－－對中空玻璃的、邊部進(jìn)行密封，確保盡可能少的水蒸氣進(jìn)入中空玻璃的內(nèi)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(nèi)部的所有水蒸氣吸附干凈，并吸附隨著時間的的推移而進(jìn)入中空玻璃內(nèi)部的水蒸氣，保證中空玻璃的壽命；


　　隔條－－控制中空玻璃的內(nèi)、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(gòu)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(chǎn)品的使用壽命影響較大；在考慮節(jié)能問題時，間隔條和密封膠的熱傳導(dǎo)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(chǎn)技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展歷程，其本身也在不斷完善，產(chǎn)品的隔熱、隔音性能，從最早的焊接法、熔接法到膠結(jié)鋁條法，產(chǎn)品的隔熱、隔音性能有了很大的提高。經(jīng)過七十年代的石油危機(jī)以后，人們發(fā)現(xiàn)，鋁條法產(chǎn)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(tǒng)的中空玻璃問世，這就是實唯高(Swiggle)膠條系統(tǒng)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(chǎn)品的市場應(yīng)用有了更廣闊的前景。

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