提高中空玻璃节能的若干技术问题(一)

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℃

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