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真空玻璃vs中空玻璃:用在门窗上,他们的区别与优点你都知道吗

        一、真空玻璃的起源
 
        不少朋友已经知道,真空玻璃是基于真空杜瓦瓶,也就是我们家用真空玻璃保温瓶的原理发展而来的,那么,就让我们先了解一下杜瓦瓶的前世今生。
 
        1892年剑桥大学教授詹姆士•杜瓦发明了杜瓦瓶,这是一个双层玻璃容器,两层玻璃胆壁都涂满银,然后把两层玻璃间的空气抽掉,形成真空。由于真空能防止对流和传导散热, 银质涂层可以防止辐射散热,因此,杜瓦瓶内物质的温度不易发生变化。据此,他总结出了真空绝热的两项基本原则:通过高真空消除绝大部分热量对流和传导;通过高反射涂层降低辐射传热。这成为真空玻璃高保温性能的基本原理。 
        沿着杜瓦开辟的道路,1913年卓勒在其专利首次提出了真空玻璃的概念。之后,从20世纪80年代起,世界对真空玻璃的研发逐渐活跃起来。从1985年开始,美国克罗拉多太阳能研究所由D.K.Benson教授领导的真空玻璃研究组,创立了很多值得后人借鉴的技术理论、思路和实验室数据。根据这些研究成果,悉尼大学应用物理系R·E·Collins教授领导的研究组进一步改进工艺,并于1989年试制出样品。紧接着,世界上首块1m×1m的平板真空玻璃样品与1993年在悉尼大学问世。
 
        1994年,日本板硝子株式会社(NSG)购买了悉尼大学的专利使用权,并于1997年正式生产出真空玻璃产品。1998年,中国真空玻璃开始发展,但直到2008年,中国制定了世界上第一个真空玻璃行业标准JC-T1079-2008后,真空玻璃的“庐山真面目”才快速地被国人所知晓。
 
        二、真空玻璃的主要性能
 
       【真空玻璃中的三种热传递】
 
        热量传递通过传导、对流、辐射三种方式进行。
 
        ①热传导:热从物体温度较高的部分沿着物体传到温度较低的部分,叫做传导。在气体中,热传导过程往往和对流同时发生。
 
        ②热对流:液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程。对流是液体和气体中热传递的特有方式,气体的对流现象比液体明显。
 
        ③热辐射:物体因自身的温度而具有向外发射能量的本领,这种热传递的方式叫做热辐射。热辐射虽然也是热传递的一种方式,但它和热传导、对流不同。它能不依靠媒质把热量直接从一个系统传给另一系统。热辐射以电磁辐射的形式发出能量,温度越高,辐射越强。
 
       【真空玻璃的保温隔热不结露性能】
       真空玻璃中间的真空层将气体的传导和对流传递的热量降至很低,以至于可以忽略不计。因此,真空玻璃比中空玻璃具有更好的保温隔热性能。真空玻璃优异的隔热保温性能具体表征的技术参数是传热系数—U值,其表示热量通过玻璃中心部位而不考虑边缘效应,稳态条件下,玻璃两面单位空气温度差时,单位时间通过单位面积的热量,U值的单位是:W/(㎡•K)。而真空玻璃的真空层内无空气,更无水汽分子,密封极严,热阻大,到了冬天不会产生结露现象。 
 
       备注:0.8W/(㎡•K)指一般真空玻璃,不特指V玻0.4W/(㎡•K)。
      【真空玻璃的隔声降噪性能】
 
     声音的传播需要介质,无论是固体、液体还是气体都可以传声,但没有介质的真空环境下,声音却是无法传播的,因此真空玻璃的真空层有效的阻隔了声音的传播。真空玻璃在中低频表现出良好的隔声性能,在100-5000Hz(包含低、中、高频)的计权隔声量比中空玻璃高2dB;在100-1000Hz(包含低、中频)的计权隔声量计算中,真空玻璃计权隔声量比中空玻璃高4dB,夹层玻璃和真空玻璃在中低频表现相近,都明显高于中空玻璃。真空玻璃在低频段隔声量较高,这主要是因为真空玻璃的四边是刚性连接,所以较其他形式的玻璃抗变形能力强、劲度大。低频段的隔声量受劲度大小的影响,劲度越大,隔声性能越好。在低频段,随着频率的增加隔声量略有减少,这是劲度和质量共同作用的结果。
 
       三、真空玻璃的U值、K值、R值
 
       真空玻璃具有优异的隔热保温性能和和良好的隔声降噪性能,并且已经开始在国内外得到广泛的应用。在对比真空玻璃的隔热性能时,国内和国外的业界所用的表述有所不同,中国和欧洲用K值,美国用U值,还有的用R值。那么U值、K值、R值三者到底有什么区别呢?
 
       U值和K值的概念和定义完全相同, 都是衡量材料传热性能的物理量,即传热系数。真空玻璃的 U 值和 K 值都定义为:在标准条件下,真空玻璃两侧在一定的温差下,单位时间通过单位面积传递到另一侧的热量。U值和K值的公制单位都是W/㎡·K。
 
       但U值与K值又不完全相同,其不同在于,各自所采用的测试标准所要求的边界条件是不一样的。中国K值的测试依据是中国GB10294标准,欧洲K值的测试依据是欧洲EN673标准,美国U值的测试依据是美国ASHRAE标准,且美国ASHRAE标准将U值的测试条件分为冬、夏季两种。
 
       三种传热系数的测试条件对比如下表所示:
       所以,同一片真空玻璃,采用不同的标准测得的传热系数,在数值上具有不同的结果。
 
       欧美国家习惯使用英制单位,传热系数U值(或K值)的英制单位是 BTU/h·ft2·℉。
 
       传热系数(U值或K值)的公制单位和英制单位之间的换算关系为:
 
       1 BTU/h·ft2·℉=5.678 W/㎡·K   或 1 W/㎡·K =0.176 BTU/h·ft2·℉ 
 
       欧美国家习惯于使用玻璃的热阻值(R值)来对比不同玻璃材料的隔热性能。
 
       热阻值R,是用来反映隔热材料阻止热量穿过的能力。材料的热阻值R越大,其阻止热量穿过的能力就越强,就越适合作为保温材料。
 
     热阻值R与传热系数U值(或K值)互为倒数关系,即:
 
       U=1/R  或 R=1/U
 
       热阻值R的公制单位是 ㎡·K/W,英制单位是:ft2·h·°F/BTU。

       下表列举了几个U值数据的公制、英制及相应热阻值R(英制)的对应关系:
       四、全钢化真空玻璃
 
     (1)完全钢化:
 
       全钢化真空玻璃。真空玻璃采用独有低温封接技术,完整保留钢化玻璃高强度、抗冲击等安全特性。表面应力分布均匀,任意一点应力均超过90MPa,完全达到钢化玻璃应力要求。
     (2)真正节能:
 
       保温性能是中空玻璃的2-4倍。拥有高真空内腔,使气体传热可以忽略,同时采用高性能Low-E玻璃,大幅抑制辐射传热,保证真空玻璃的传热系数(U值)低至0.4W/(m2·K)。同时,保温隔热性能是中空玻璃的2-4倍,是单片玻璃的6-10倍,独立使用即可达到国际被动房对门窗传热系数的要求。
 
     (3)超长寿命:
 
       真空玻璃预期寿命可达25年以上。采用柔性密封材料,在室内外温差较大的环境下,削弱了玻璃板封接区域的剪切力,克服了脆性密封材料在相同情况下的密封失效问题。同时,内附高效吸气剂,能够长期维持玻璃内腔的高真空度,大大减少了在各类恶劣环境下性能衰减等失效现象。
     (4)结构结构轻薄:
 
       真空玻璃较中空玻璃更轻更薄。在U值远优于三玻两腔中空玻璃的情况下,厚度仅为其四分之一,同时,每平方米真空玻璃的重量较其减少12kg以上。同时,使用的Low-E玻璃数量更少,玻璃更加通透,拥有绝佳采光效果。 
     (5)极致露点:
 
       真空玻璃机理上杜绝了内结露现象。较中空玻璃因内外温差导致的凝露问题,内腔处于高真空状态的V玻杜绝了内结露现象。同时,出色的隔热保温能力,使得即使室外温度降到零下70 ℃,玻璃内表面也不会出现结露。
     (6)有效降噪:
 
      真空玻璃对于穿透力较强的中低频率噪音隔声效果显著。按照专业计权隔声量比值来说,户外75分贝的噪音,真空玻璃隔声可超过36分贝,远优于中空玻璃29分贝的标准。
 
     (7)任意环境:
 
       真空玻璃不受使用地域、海拔及安装角度的影响。真空玻璃内腔的高真空,使得即使生产地与使用地存在较大的海拔落差,也不会出现内腔膨胀或收缩现象。同时,在水平或倾斜使用时,传热系数恒定,可以安装于建筑物的顶部、斜顶等,保障节能效益。 
 

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