真空玻璃在節能外窗中的應用

【中玻網】一、前言
　　
　　外窗是建筑圍護結構節能的較薄弱環節，通過外窗散失的熱量占到建筑外圍護結構熱量損失的一半左右，因此外窗是建筑節能的關鍵。“十二五”期間，北京市發布了《居住建筑節能設計標準》（DB11/891-2012），對建筑提出了節能75％的要求，建筑外窗的傳熱系數限值由“十一五”期間的2.8W/(m2·K)降低至1.5—2.0W/(m2·K)，對節能外窗的研發提出了要求。為此，北京市建設工程物資協會籌備了科研研所、大專院校、企業等聯合研發K值為1.5—2.0W/(m2·K)的高節能建筑外窗產品。
　　
　　玻璃占據外窗面積70％以上，成為外窗節能的要點。真空玻璃采用真空技術，可有效降低兩片玻璃之間的輻射換熱，因而具備更高的節能效果，成為繼普通中空玻璃、Low-E低輻射中空玻璃之后進一步降低外窗傳熱系數時的必然選擇。
　　
　　本文在對中歐建筑外窗節能標準研究的基礎上，結合真空玻璃的特點，通過軟件模擬得到了不同種類型材真空玻璃窗的傳熱系數值，并研究了真空玻璃窗的節能效果，對真空玻璃的合理選用具有重要意義。
　　
　　二、中歐建筑外窗節能標準對比研究
　　
　　早在20世紀70年代石油危機之后，北歐國家就制定了嚴格的建筑節能法規。當時瑞典規定外窗的傳熱系數限值為2.0W/(m2·K)，芬蘭為2.1W/(m2·K)；德國早在1994年就要求外窗傳熱系數達到1.8W/(m2·K)，到2009年時要求外窗的傳熱系數為1.3W/(m2·K)，2013年達到1.0W/(m2·K)以下，德國各階段建筑節能法規的外窗傳熱系數限值見表1。

　　從總的建筑節能指標來說，我國的建筑節能工作經歷了節能30％、50％和65％三個階段，對比的基準為1986年建造的房屋。以北京地區為例，基準建筑的外窗K值限值為6.4W/(m2·K)，即20世紀80年代的水平，單層玻璃外窗即可實現；建筑節能50％時，外窗K值要求為3.2W/(m2·K)，中空玻璃成為必選配置，目前已成為北京地區的標準配置；建筑節能65％時，外窗K值限值為2.8W/(m2·K)，部分產品需要配備Low-E玻璃才能達到要求。根據我國建筑門窗節能性能標識產品保溫性能統計結果可以看到，目前我國絕大多數采用Low-E中空玻璃的鋁合金窗產品K值為2.0~2.8W/(m2·K)，塑料窗K值為1.8~2.6W/(m2·K)。北京地區建筑外窗保溫性能K值限值2013年提高2.0W/(m2·K)，相當于德國20世紀90年代的水平，但是目前市場上的主流產品的節能技術已難以滿足此要求。
　　
　　建筑外窗的熱量損失主要通過玻璃、型材及玻璃邊緣傳遞，占據整窗面積70％的玻璃成為外窗節能的關鍵。可以看出，隨著節能標準的提高，外窗的玻璃配置發生了根本的變化，由單層玻璃到中空玻璃，再到Low-E中空玻璃；目前，Low-E中空玻璃已很難滿足新節能標準的要求，必然要求更新、更高節能的玻璃系統，真空玻璃正是符合這一趨勢的高節能外窗產品。
　　
　　三、真空玻璃性能研究
　　
　　真空玻璃由兩塊平板玻璃構成，玻璃板之間用高度為0.1~0.2mm的支撐物隔開，其中一片玻璃上留有抽氣孔，四周使用玻璃焊料將兩片玻璃封接起來，真空排氣后用金屬片將抽氣口封住形成真空腔，如圖1所示。

　　為了進一步降低兩片玻璃之間的輻射換熱，真空玻璃通常選用一片低輻射膜玻璃。真空玻璃也可以通過中空或夾膠的方式與另外一片玻璃組合，稱為“復合真空玻璃”。Low-E真空玻璃與其它玻璃相比具有更高的隔熱保溫、隔聲、防結露性能，如下：
　　
　　隔熱保溫性能：真空玻璃與中空玻璃產品傳熱系數計算值如表2所示。

　　從表中可以看出，真空玻璃隨著Low-E玻璃輻射率的降低，傳熱系數逐漸降低，較低可達到0.47W/(m2·K)，遠低于中空玻璃。同時，真空玻璃還具有水平安裝時傳熱系數不變的優勢，而中空玻璃水平安裝后K值增加約30％。