剖析：中空玻璃節(jié)能原理及實際運用問題

　　隨著我國基礎設施和城鎮(zhèn)建設的快速發(fā)展，對建筑節(jié)能的要求越來越高，其中中空玻璃（詞條“中空玻璃”由行業(yè)大百科提供）產品在建筑節(jié)能中發(fā)揮著重要的作用，中空玻璃的質量問題也越來越受到關注。隨著人們生活水平的日益提高，加工玻璃的應用越來越被人們所重視，中空玻璃以其獨特的隔熱、節(jié)能特性被廣泛使用。但由于許多消費者對中空玻璃的性能和特點缺乏深入的了解，在選擇和應用時不盡合理，本文詳細介紹安全節(jié)能的中空玻璃及其選用方面的有關問題。

　　1. 中空玻璃的結構組成和節(jié)能原理

　　中空玻璃是由兩片或多片玻璃加工產品。四周用高強度氣密性復合膠粘劑（詞條“復合膠粘劑”由行業(yè)大百科提供）將玻璃及鋁合金框和橡皮條、玻璃條粘結、密封，中間充入干燥氣體，還可以涂上各種顏色或不同性能的薄膜，框內充以干燥劑，以保證玻璃原片間空氣的干燥度。中空玻璃的邊緣是用密封膠嚴格密封的，中空玻璃內腔有干燥的空氣或充有惰性氣體，該部分氣體被長期密封在腔內，無法與外界空氣進行對流，中空玻璃兩邊的熱量不會因為玻璃間氣體的對流而帶走熱量。空氣是熱的不良導體，用密封氣體隔開的兩層玻璃相互熱傳導很少，從而起到良好的隔熱作用。在中空玻璃兩邊出現(xiàn)較大溫差時，單片玻璃的兩個表面不會有很大的溫差，因此不會產生結霜、結露（詞條“結露”由行業(yè)大百科提供）的現(xiàn)象。由于中空玻璃良好的熱絕緣性能，國外稱它為“隔熱玻璃”。

　　中空玻璃和普通雙層玻璃有著本質的區(qū)別。兩者最本質的區(qū)別是前者密封，后者不密封。正是由于雙層玻璃的不密封使得灰塵、水汽很容易進入玻璃內腔，水汽遇冷結霜、遇熱結露，附著在玻璃內表面的灰塵永遠不能清除，安裝使用不久，就會使窗戶的玻璃模糊一片，污穢不堪。當然，雙層玻璃在一定程度上也能起一定的隔音、隔熱作用，但性能卻和中空玻璃相差甚遠。中空玻璃不是真空玻璃，中空玻璃內腔氣體的壓力基本與外界一致，否則非常容易造成玻璃的破碎。真空玻璃是將兩片玻璃四周密閉起來，將其間隙抽成真空，兩片玻璃之間的間隙為0.1～0.2mm，中間用粒子隔開。真空玻璃的兩片玻璃有一片是膜面向里的低輻射玻璃，降低兩片玻璃之間的輻射換熱，這樣通過真空玻璃散失的熱能降低到最低，其隔熱原理與保溫瓶的保溫隔熱原理相同。

　　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構也不盡相同。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入室內，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，以達到使用的目的。隨著經濟的發(fā)展，中空玻璃的產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：

　　(1)各種玻璃，包括各種白玻，各種顏色玻璃、鍍膜玻璃及各種二次加工的玻璃如鋼化玻璃、夾層玻璃（詞條“夾層玻璃”由行業(yè)大百科提供）等等;所有的平板玻璃及其深加工產品，是構成中空玻璃的基本成分。

　　(2)中間間隔氣體，包括干燥的空氣和一些特殊惰性氣體如氬氣、氪氣及六氟化硫，一般根據(jù)需要和產品品種不同，充入的惰性氣體也不同。氬氣和氪氣主要起隔熱作用而六氟化硫主要起隔音作用;密封劑對中空玻璃的、邊部進行密封，確保盡可能少的水蒸氣進入中空玻璃的內部，延長中空的失效時間;干燥劑保證將密封在中空玻璃內部的所有水蒸氣吸附干凈，并吸附隨著時間的的推移而進入中空玻璃內部的水蒸氣，保證中空玻璃的壽命;隔條控制中空玻璃的內、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。

　　(3)邊部密封系統(tǒng)，世界上流行的中空玻璃基本是由于膠結中空玻璃產品比較適合于工業(yè)化生產，所以世界上流行的中空玻璃基本是膠接中空玻璃，膠結中空玻璃有冷邊密封系統(tǒng)——主要是以傳統(tǒng)的鋁條法產品為代表和暖邊密封系統(tǒng)——以swiggle膠條法為代表之分;任何一種形式的中空玻璃都可以使用同樣的原片玻璃及間隔氣體，而因為邊部密封系統(tǒng)不同，就產生了冷邊密封系統(tǒng)和暖邊密封系統(tǒng)中空玻璃之間的差異。這兩種產品使用的材料品種和最終的節(jié)能效果是不同的。傳統(tǒng)的鋁條法中空玻璃使用的材料品種多，生產工序復雜，造成生產效率低下，需要的人工多，產品質量受人的因素制約很大，質量控制及生產管理成本較高。

　　由上述可以看出：在構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。中空玻璃生產技術經過多年的發(fā)展歷程，其本身也在不斷完善，產品的隔熱、隔音性能，從最早的焊接法、熔接法到膠結鋁條法，產品的隔熱、隔音性能有了很大的提高。

　　由于采用的邊部材料導熱性（詞條“導熱性”由行業(yè)大百科提供）能較好，造成中空玻璃在隔熱性能、產品使用壽命及產品失效率等方面存在著問題。而暖邊swiggle膠條密封系統(tǒng)在保持中空玻璃性能的同時，極大地改善了中空玻璃邊部的節(jié)能效果使中空玻璃邊部的溫度明顯高出5℃左右，既可以減少在北方地區(qū)室內表面的結露又可以降低在南方地區(qū)的邊部熱應力，減少玻璃自爆的可能，因而被行業(yè)公認為最成熟的暖邊密封系統(tǒng)，開創(chuàng)了中空玻璃暖邊密封系統(tǒng)之先河。

　　熱量的傳遞方式有三種即對流傳熱（詞條“對流傳熱”由行業(yè)大百科提供）、熱傳導和輻射傳熱。對流傳熱是由于氣體中存在溫度差，導致氣體產生對流，帶動能量進行傳遞;熱傳導是由于分子運動而進行的能量傳遞;輻射（詞條“輻射”由行業(yè)大百科提供）傳熱是能量以射線即紅外線直接傳遞。作為中空玻璃，其隔熱性能主要因其內部氣體處于一個封閉的空間，氣體不產生對流，而且空氣的導熱系數(shù)為0.028W/m·K是玻璃的導熱（詞條“導熱”由行業(yè)大百科提供）系數(shù)為0.77W/m·K的1/27，因而，對流傳熱和傳導傳熱在中空玻璃的能量傳遞中，占較小的比例。要提高中空玻璃的隔熱性能，一般來講是增大空間層的厚度，和使用導熱系數(shù)低的氣體置換中空玻璃內部的空氣，這樣可減少傳導傳熱，但空間層太大，又會產生氣體的對流，增加對流傳熱，合理的空間層間隙應該是12mm左右;要降低輻射傳熱，一般是通過使用陽光控制尤其是低輻射玻璃，來控制各種射線透過，達到降低輻射傳熱的目的。

　　我國中空玻璃產品結構大致可分為兩大類：普通型和復合型(特殊型)。普通型：以浮法白玻為基片，以一個氣室為主的中空玻璃結構。這類結構的產品具有中空玻璃的三大基本功能：節(jié)能、隔音降噪、防霜露;復合型：采用鍍膜玻璃、安全玻璃、絲網印刷玻璃、離子著色浮法玻璃、Low-E玻璃等基片，以一個氣室為主的中空玻璃結構。這類結構產品，除了具有中空玻璃的三個基本功能外，還增加了安全性、裝飾美化之功能。

　　2. 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、對流傳遞和傳導傳遞。輻射傳遞是能量通過射線以輻射的形式進行的傳遞，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，造成窗框內外的氣體能夠直接進行交換產生對流，導致能量的損失;二是中空玻璃的內部空間結構設計的不合理，導致中空玻璃內部的氣體因溫度差的作用產生對流，帶動能量進行交換，從而產生能量的流失;三是構成整個系統(tǒng)內外溫度差較大，致使中空玻璃內外的溫度差也較大，空氣借助冷輻射和熱傳導的作用，首先在中空玻璃的兩側產生對流，然后通過中空玻璃整體傳遞過去，形成能量的流失。合理的中空玻璃設計，可以降低氣體的對流，從而降低能量的對流損失。傳導傳遞是通過物體分子的運動，帶動能量進行運動，而達到傳遞的目的。聲音是人耳感覺到的，可聞波段的聲波(20～16000HZ范圍內的機械波)，其強弱用聲級表示，單位為分貝(dB)。衡量隔音性能的指標是計權隔聲量Rw，或傳聲級(STC)，單位均為分貝dB。

　　中空玻璃對能量的傳導傳遞是通過玻璃和其內部的空氣來完成的。玻璃的導熱系數(shù)是0.77W/m2·K。而空氣的導熱系數(shù)是0.028W/m2·K，由此可見，玻璃的熱傳導率是空氣的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。中空玻璃是將玻璃用空氣隔離成兩個剛體，會使聲音震動的傳遞間斷并被部分吸收，這會進一步降低透過聲波的聲級。中空玻璃的隔音性能與玻璃的厚度、間隔層中氣體的成分、間隔層的數(shù)量和厚度有關。中空玻璃的主要功能是隔熱隔聲，所以，又稱為絕緣玻璃。一般可降低噪聲30～40dB;且防結霜性能好，結箱溫度比普通玻璃低15℃左右。傳熱系數(shù)為3.09W/m2·K，而普通玻璃(3mm厚)的傳熱系數(shù)則為7.19W/m2·K，耗熱量為中空玻璃的兩倍。優(yōu)質的中空玻璃壽命可達25年之久。

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