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　　一、前言

　　外窗是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)（詞條“圍護(hù)結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）節(jié)能的最薄弱環(huán)節(jié)，通過(guò)外窗散失的熱量占到建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱量損失的一半左右，因此外窗是建筑節(jié)能的關(guān)鍵。“十二五”期間，北京市發(fā)布了《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(DB 11/891-2012)，對(duì)建筑提出了節(jié)能75%的要求，建筑外窗的傳熱系數(shù)（詞條“傳熱系數(shù)”由行業(yè)大百科提供）限值由“十一五”期間的2.8W/(m2·K)降低至1.5-2.0W/(m2·K)，對(duì)節(jié)能外窗的研發(fā)提出了要求。為此，北京市建設(shè)工程物資協(xié)會(huì)組織了科研研所、大專(zhuān)院校、企業(yè)等聯(lián)合研發(fā)K值為1.5-2.0W/(m2·K)的高節(jié)能建筑外窗產(chǎn)品。

　　玻璃占據(jù)外窗面積70%以上，成為外窗節(jié)能的重點(diǎn)。真空玻璃采用真空技術(shù)，可有效降低兩片玻璃之間的輻射換熱，因而具備更高的節(jié)能效果，成為繼普通中空玻璃、Low-E低輻射（詞條“輻射”由行業(yè)大百科提供）中空玻璃之后進(jìn)一步降低外窗傳熱系數(shù)時(shí)的必然選擇。

　　本文在對(duì)中歐建筑外窗節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合真空玻璃的特點(diǎn)，通過(guò)軟件模擬得到了不同種類(lèi)型材真空玻璃窗的傳熱系數(shù)值，并研究了真空玻璃窗的節(jié)能效果，對(duì)真空玻璃的合理選用具有重要意義。

　　二、中歐建筑外窗節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比研究

　　早在20世紀(jì)70年代石油危機(jī)之后，北歐國(guó)家就制定了嚴(yán)格的建筑節(jié)能法規(guī)。當(dāng)時(shí)瑞典規(guī)定外窗的傳熱系數(shù)限值為2.0 W/(m2·K)，芬蘭為2.1 W/(m2·K);德國(guó)早在1994年就要求外窗傳熱系數(shù)達(dá)到1.8 W/(m2·K)，到2009年時(shí)要求外窗的傳熱系數(shù)為1.3W/(m2·K)，2013年達(dá)到1.0 W/(m2·K)以下，德國(guó)各階段建筑節(jié)能法規(guī)的外窗傳熱系數(shù)限值見(jiàn)表1。

　　從總的建筑節(jié)能指標(biāo)來(lái)說(shuō)，我國(guó)的建筑節(jié)能工作經(jīng)歷了節(jié)能30%、50%和65%三個(gè)階段，對(duì)比的基準(zhǔn)為1986年建造的房屋。以北京地區(qū)為例，基準(zhǔn)建筑的外窗K值限值為6.4W/(m2·K)，即20世紀(jì)80年代的水平，單層玻璃外窗即可實(shí)現(xiàn);建筑節(jié)能50%時(shí)，外窗K值要求為3.2W/(m2·K)，中空玻璃成為必備配置，目前已成為北京地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)配置;建筑節(jié)能65%時(shí)，外窗K值限值為2.8W/(m2·K)，部分產(chǎn)品需要配備Low-E玻璃才能達(dá)到要求。根據(jù)我國(guó)建筑門(mén)窗節(jié)能性能標(biāo)識(shí)產(chǎn)品保溫性能統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看到，目前我國(guó)絕大多數(shù)采用Low-E中空玻璃的鋁合金窗產(chǎn)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(qū)建筑外窗保溫性能K值限值2013年提高2.0W/(m2·K)，相當(dāng)于德國(guó)20世紀(jì)90年代的水平，但是目前市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品的節(jié)能技術(shù)已難以滿(mǎn)足此要求。

　　建筑外窗的熱量損失主要通過(guò)玻璃、型材及玻璃邊緣傳遞，占據(jù)整窗面積70%的玻璃成為外窗節(jié)能的關(guān)鍵。可以看出，隨著節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的提高，外窗的玻璃配置發(fā)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(mǎn)足新節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求，必然要求更新、更高節(jié)能的玻璃系統(tǒng)，真空玻璃正是符合這一趨勢(shì)的高節(jié)能外窗產(chǎn)品。

　　三、真空玻璃性能研究

　　真空玻璃由兩塊平板玻璃構(gòu)成，玻璃板之間用高度為0.1~0.2mm的支撐物隔開(kāi)，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(lái)，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(jìn)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(guò)中空或夾膠的方式與另外一片玻璃組合，稱(chēng)為“復(fù)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（詞條“隔聲”由行業(yè)大百科提供）、防結(jié)露性能，如下：

　　1、隔熱保溫性能：真空玻璃與中空玻璃產(chǎn)品傳熱系數(shù)計(jì)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(shù)逐漸降低，最低可達(dá)到0.47W/(m2·K)，遠(yuǎn)低于中空玻璃。同時(shí)，真空玻璃還具有水平安裝時(shí)傳熱系數(shù)不變的優(yōu)勢(shì)，而中空玻璃水平安裝后K值增加約30%。

　　2、防結(jié)露性能：真空玻璃四周密封，內(nèi)部為真空狀態(tài)，不存在結(jié)露的可能性。室外溫度較低時(shí)，真空玻璃室內(nèi)側(cè)表面溫度高于其他各種玻璃。正常情況下，真空玻璃室內(nèi)側(cè)表面溫度高于結(jié)露點(diǎn)，所以在室外溫度降到很低時(shí)，依然可以保持玻璃表面潔凈通透。以室內(nèi)溫度為20℃，濕度為70%為例，各種玻璃室內(nèi)表面結(jié)露時(shí)臨界室外溫度見(jiàn)表3，真空玻璃可以極大地降低玻璃的結(jié)露可能性。

　　3、隔聲性能：由于聲波需要空氣等介質(zhì)傳遞，而真空玻璃的真空層幾乎沒(méi)有空氣，因而隔聲效果良好。測(cè)試結(jié)果表明，半鋼化/鋼化真空玻璃的計(jì)權(quán)隔聲量最高可達(dá)37dB，而等效厚度的單片玻璃和普通中空玻璃的計(jì)權(quán)隔聲量約為31dB。真空玻璃具有優(yōu)良的低頻隔聲性能，適用于臨街、鐵路和機(jī)場(chǎng)附近。真空玻璃與中空玻璃或夾膠玻璃復(fù)合之后隔聲性能可達(dá)42dB，具備更優(yōu)良的隔聲性能。

　　4、減少“冷輻射”：所謂“冷輻射”，是指寒冷的墻壁或窗對(duì)身體造成的輻射。這種輻射會(huì)使人感覺(jué)不舒服，且會(huì)造成人體傷害。而“冷輻射”與玻璃的保溫性能密切相關(guān)，玻璃的保溫性能越差，內(nèi)表面溫度越低，對(duì)人體的冷輻射越嚴(yán)重。以室內(nèi)溫度為20℃，室外溫度為-10℃為例，計(jì)算比較各種玻璃表面溫度，見(jiàn)表4。可見(jiàn)，在相同環(huán)境下，真空玻璃室內(nèi)側(cè)玻璃表面溫度遠(yuǎn)高于其他玻璃表面溫度。

　　5、使用壽命長(zhǎng)：真空玻璃周邊及封口材料、內(nèi)部支撐物均為無(wú)機(jī)材料，抗老化性能優(yōu)良;同時(shí)，真空玻璃內(nèi)部放置了吸氣材料，理論計(jì)算表明，吸氣材料可以保證真空玻璃內(nèi)部真空度50年以上。此外，真空層可使Low-E膜得到很好的保護(hù)，不會(huì)發(fā)生膜層氧化（詞條“氧化”由行業(yè)大百科提供）、脫膜等失效現(xiàn)象。

　　6、適用地區(qū)廣：真空玻璃內(nèi)部為真空狀態(tài)，可應(yīng)用于平原及高海拔地區(qū)，而不存在中空玻璃運(yùn)到高原低氣壓地區(qū)的脹裂問(wèn)題;此外，真空玻璃具有輕薄的特點(diǎn)，也可以與中空或夾膠進(jìn)行復(fù)合，可滿(mǎn)足不同情況下的需求。

　　四、真空玻璃在節(jié)能外窗中的應(yīng)用研究

　　真空玻璃具備優(yōu)異的隔熱保溫性能，可與不同的型材組合達(dá)到不同節(jié)能效果的外窗產(chǎn)品。按照J(rèn)GJ/T 151-2008《建筑門(mén)窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程》中整窗傳熱系數(shù)的計(jì)算方法，對(duì)配合不同型材的真空玻璃窗進(jìn)行K值計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表5。

　　從表中可以看出，針對(duì)不同的標(biāo)準(zhǔn)要求，可以選擇真空玻璃與不同的型材組合，例如DB11-891-2012《北京居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中提出的1.5-2.0W/(m2·K)的要求，采用斷橋鋁合金框與真空玻璃組合即可滿(mǎn)足要求;對(duì)于國(guó)外的零能耗建筑要求整窗K值低于1.0W/(m2·K)的，可以采用玻璃鋼或木窗與真空玻璃組合。由于窗框型材種類(lèi)繁多，可根據(jù)具體的型材采用window7和therm7進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算選用。

　　真空玻璃應(yīng)用于實(shí)際工程的節(jié)能效果也是非常優(yōu)異的，以北京某辦公樓為例，按照表6所列數(shù)據(jù)取值，使用冬夏季累計(jì)評(píng)價(jià)法進(jìn)行節(jié)能計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，使用真空玻璃相對(duì)于Low-E中空玻璃的冬夏季綜合節(jié)能率可達(dá)到88.6%，夏季節(jié)約空調(diào)能耗33072kwh，冬季節(jié)約采暖能耗492644kwh，即全年節(jié)約能耗525716kwh。與此相對(duì)應(yīng)的污染物減排量見(jiàn)表7。

　　五、結(jié)論

　　通過(guò)以上研究，可得結(jié)論如下：1、我國(guó)的外窗的節(jié)能技術(shù)水平與歐洲國(guó)家相比還有較大差距，占據(jù)整窗面積70%的玻璃成為外窗節(jié)能的關(guān)鍵。隨著我國(guó)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的提高，我國(guó)建筑外窗的節(jié)能技術(shù)必然要提高，真空玻璃成為高節(jié)能建筑外窗的必選手段之一。2、真空玻璃具有良好的保溫隔熱性能、防結(jié)露性能、隔聲性能、減少“冷輻射”、使用壽命長(zhǎng)和適用地區(qū)廣的特點(diǎn)，可全面改善節(jié)能窗的性能。3、真空玻璃和不同型材組合可得到不同保溫性能的節(jié)能窗產(chǎn)品，可滿(mǎn)足不同節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求;真空玻璃節(jié)能效果優(yōu)異，在文章所述建筑中，真空玻璃相對(duì)于Low-E中空玻璃的冬夏季綜合節(jié)能率可達(dá)到88.6%，可有效減少污染物排放量。