提高中空玻璃节能的若干技术问题

一、引言
　　自七十年代发生石油危机以来，建筑节能产品的应用成为国际建筑行业的主流，许多发达国家从产品技术开发、技术指导、应用推广到立法等多方面引导、鼓励和规范建筑、建材市场，节能型建材产品的应用有了广阔的空间。在美国，中空玻璃门窗的使用量占所有玻璃窗用量的82%，而德国政府自七十年代后期即立法，明确规定不使用中空玻璃的新建楼房不批准建设。我国自八十年代开始重视建筑节能工作，并相继出台了《建筑法》《能源法》《建筑节能九五计划和2010年规划》《民用建筑节能设计标准管理规定》等相关法律法规，1996年7月，经修改后的《民用建筑节能设计标准(采暖居住部分)》(JCJ26-95)中明确规定，新设计的建筑节能标准要在1980-1981年的基础上节能50%。同时各省市相继颁布了相应的标准实施细则和相关的标准。如北京市颁布了《关于我市道路两侧新建筑采用隔声窗的通知》《提高建筑门窗使用功能的若干技术要求》等多项法规，明确规定了各类住宅的隔声标准，又如1999年重庆市出台了建筑节能设计标准，要求外窗的传热系数K≤3.0wm2k，节能产品的使用进入了一个新的时期。

　　对于整幢建筑来说，门窗的面积占建筑面积的比例超过20%，玻璃在其约占70%以上，而从节能角度来讲，整个建筑的能量损失中，约50%是在门窗上的能量损失。据有关部门预计，我国在2000年社会总能耗约20亿吨标准煤，其中建筑能耗在社会总能耗中，约占35%-40%，达7-8亿吨标准煤，而建筑门窗、外墙的能耗约占建筑总能耗的50%，达3.5-4亿吨标准煤，建筑门窗、外墙的能耗占社会总能耗的17%-20%，比例是相当大的。根据发达国家的经验，经济越发达，生活水平越高，民用能源消费越多。随着我国经济的发展，目前的这一比例仍会扩大。因而，降低建筑门窗、外墙的能耗，提高建筑门窗、外墙的隔热性、气密性是我们面临的紧迫问题，这就为中空玻璃产品的开发和推广应用提供了政策基础。

　　二、中空玻璃的性能
　　在最近修改的中空玻璃标准中，中空玻璃的定义为：两片或多片玻璃以有效支撑均匀隔开并周边粘接密封，使玻璃层间形成有干燥气体空间的制品。因中空玻璃内部的气体是干燥的，使中空玻璃具有隔音、隔热、防结露、降低冷辐射及增强玻璃的安全性等功能。

　　1、中空玻璃的隔热、隔音原理
　　众所周知，能量的传递有三种方式：即辐射传递、对流传递和传导传递。
　　辐射传递是能量通过射线以辐射的形式进行的传递，这种射线包括可见光、红外线和紫外线等的辐射，就象太阳光线的传递一样。合理配置的中空玻璃和合理的中空玻璃间隔层厚度，可以最大限度的降低能量通过辐射形式的传递，从而降低能量的损失。
　　对流传递是由于在玻璃的两侧具有温度差，造成空气在冷的一面下降而在热的一面上升，产生空气的对流，而造成能量的流失。造成这种现象的原因有几个：一是玻璃与周边的框架系统的密封不良，造成窗框内外的气体能够直接进行交换产生对流，导致能量的损失;二是中空玻璃的内部空间结构设计的不合理，导致中空玻璃内部的气体因温度差的作用产生对流，带动能量进行交换，从而产生能量的流失;三是构成整个系统的窗的内外温度差较大，致使中空玻璃内外的温度差也较大，空气借助冷辐射和热传导的作用，首先在中空玻璃的两侧产生对流，然后通过中空玻璃整体传递过去，形成能量的流失。合理的中空玻璃设计，可以降低气体的对流，从而降低能量的对流损失。

　传导传递是通过物体分子的运动，带动能量进行运动，而达到传递的目的，就象用铁锅作饭和用电烙铁焊东西一样，而中空玻璃对能量的传导传递是通过玻璃和其内部的空气来完成的。我们知道，玻璃的导热系数是0.77W/m2k。而空气的导热系数是0.028W/m2k，由此可见，玻璃的热传导率是空气的27倍，而空气中的水分子等活性分子的存在，是影响中空玻璃能量的传导传递和对流传递性能的主要因素，因而提高中空玻璃的密封性能，是提高中空玻璃隔热性能的重要因素。

　　2、中空玻璃的防结露、降低冷辐射和安全性能
　　由于中空玻璃内部存在着可以吸附水分子的干燥剂，气体是干燥的，在温度降低时，中空玻璃的内部也不会产生凝露的现象，同时，在中空玻璃的外表面结露点也会升高。如当室外风速为5ms，室内温度20℃，相对湿度为60%时，5mm玻璃在室外温度为8℃时开始结露，而16mm(5+6+5)中空玻璃在同样条件下，室外温度为-2℃时才上结露，27mm(5+6+5+6+5)三层中空玻璃在室外温度为-11℃时才开始结露。
　　由于中空玻璃的隔热性能较好，玻璃两侧的温度差较大，还可以降低冷辐射的作用;当室外温度为-10℃时，室内单层玻璃窗前的温度为-2℃而中空玻璃窗前的温度是13℃;在相同的房屋结构中，当室外温度为-8℃，室内温度为20℃时，3mm普通单层玻璃冷辐射区域占室内空间的67.4%，而采用双层中空玻璃(3+6+3)则为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况下，中空玻璃的抗风压强度是普通单片玻璃的1.5倍。

　　三、中空玻璃的结构组成
　　根据中空玻璃使用地点的不同，使用目的不同，中空玻璃所用的原材料和结构也不尽相同。如在南方地区，全年的气温较高，光照时间较长，在使用中空玻璃时，较多的考虑是控制外部的热量能够较少地进入室内，在选择中空玻璃的原片时，会更多地考虑使用镀膜玻璃;在北方地区，使用中空玻璃的主要目的是采暖和保温，所以就会较多地考虑选用透明玻璃作中空玻璃的原片。而在需要控制噪音的地方，就需要采用三层或充气的中空玻璃，以达到使用的目的。

　　随着经济的发展，中空玻璃的产品品种也有了较多的发展，采用的原材料的品种也随着增加。如幕墙用中空玻璃;汽车、火车用中空玻璃;电器用中空玻璃;装饰用中空玻璃(包括镶嵌用中空玻璃、彩晶立线中空玻璃)等等。所有这些产品，虽然由于用途不同，使用的原材料不尽相同，但基本组成是相同的，即：

　　玻璃--所有的平板玻璃及其深加工产品，是构成中空玻璃的基本成分;
　　密封剂--对中空玻璃的、边部进行密封，确保尽可能少的水蒸气进入中空玻璃的内部，延长中空下班的失效时间;
　　干燥剂--保证将密封在中空玻璃内部的所有水蒸气吸附干净，并吸附随着时间的的推移而进入中空玻璃内部的水蒸气，保证中空玻璃的寿命;
　　隔条--控制中空玻璃的内、外两片玻璃的间距，并控制外部的水蒸气在这一部分被完全隔绝，保证中空玻璃具有合理的空间层厚度和使用寿命。

　　从上面我们可以看出：在构成中空玻璃的所有原材料中，密封剂和干燥剂性能的的好坏，对中空玻璃产品的使用寿命影响较大;在考虑节能问题时，间隔条和密封胶的热传导性能的好坏将直接影响中空玻璃的边部隔热性能，从而影响门窗整体隔热性能。中空玻璃生产技术经过几十年的发展历程，其本身也在不断完善，产品的隔热、隔音性能，从最早的焊接法、熔接法到胶结铝条法，产品的隔热、隔音性能有了很大的提高。经过七十年代的石油危机以后，人们发现，铝条法产品的边部隔热性能较差，必须加以改善，才能提高中空玻璃整体的隔热性能。到八十年代初期，世界上第一个暖边系统的中空玻璃问世，这就是实唯高(Swiggle)胶条系统中空玻璃。这种中空玻璃，边缘隔热性能得到了改善，因为胶条的密封性能得到了提高，使用寿命更长，中空玻璃的整体隔热效果更好，使中空玻璃产品的市场应用有了更广阔的前景。