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表2给出用相同的支撑物制作的半钢化真空玻璃和普通真空玻璃的传热系数相关数据的对比。
表2中所列的辐射率ε为0.17,0.11,0.05和0.03的四种LOW- E玻璃都是市场上已有供应的。但其LOW- E 膜随存放情况会有变化,也会因制造真空玻璃时的加热而变化,已经用这些玻璃制成半钢化真空玻璃,并已经或正在通过权威部门检测,最后优选使用。可以看出,单LOW- E半钢化真空玻璃的传热系数已在0.3~0.8 W/(m2K)范围,比普通真空玻璃和中空玻璃大幅度降低,用这些LOW-E玻璃制作的普通真空玻璃在0.6~1.0W/(m2K)之间。充氩气(间隔≥12mm)中空玻璃在1.1~1.5W/(m2K)之间。
4.3 半钢化真空玻璃的隔声性能优于普通真空玻璃
真空层是隔声的,真空玻璃中由于有支撑物形成“声桥”,使隔声性能下降,但仍比普通玻璃好。半钢化玻璃中支撑物数量大大减少,少于普通真空玻璃的四分之一,因此从理论上看,隔声性将提高,初步测试结果如表3所示。很显然,如果把表3中样品的玻璃和夹层加厚,达到国家Ⅰ级标准45dB以上也是可能的。
4.4 半钢化真空玻璃比普通真空玻璃更美观
由于玻璃板强度增加,支撑物间距加大1倍以上,数量减少为普通真空玻璃的四分之一以下,支撑物直径也可做的更小,肉眼更“难”看到和看清支撑物的存在,使半钢化真空玻璃给人的感觉更通透、更美观。
4.5 半钢化真空玻璃保持了普通真空玻璃的其它优点
(1) 由于K值低,热阻高,抗结露结霜性能好。而且由于支撑物数量大大减少,发生在支撑物这些“热桥”周围的结雾现象更加不明显。由于间隔层是全玻璃密封的真空层,杜绝了“内结雾”、“内结露”的现象。
(2) 由于间隔层是全玻璃材料密封真空层,又加有长效吸气剂,内部又没有如显像管和灯泡等电真空器件中必须装的发热元件,所以现代真空技术完全可以保证真空玻璃达到20年以上的真空寿命。
(3) 众所周知,目前生产的高质量低辐射LOW- E膜,都是以银膜为基础的,很怕受潮氧化,这种膜置于真空玻璃中则是找到了最佳“庇护所”,可以确保其高效长寿。
(4) 由于真空玻璃本身是负压器件,不存在运到高原低气压地区或遇到负风压时产生胀裂问题,也不存在水平和倾斜安装时中空玻璃存在的热导变大的问题。
综上所述,半钢化真空玻璃比普通真空玻璃具有更强的综合性能优势。
5 半钢化玻璃的应用前景
由上述优点可见,半钢化真空玻璃比普通真空玻璃应用范围更广,特别是图1 所示的夹层半钢化真空玻璃可用于高层门窗幕墙和家电、车船等需要安全玻璃的领域。
从热工角度看,K值可成倍降低,节能降耗将十分显著,而且大大改善室内环境;而厚度成倍减少,重量也减轻不少,可大大降低建筑物承重及钢材用量,降低建筑成本,并使真空玻璃的种种优点充分发挥。
6 中国真空玻璃研发和应用水平目前位居世界前列
真空玻璃研发和生产在中国已进入第十一年,中国在此领域的研究和应用水平已处于世界前列,表现为:
(1) 先后申请20 多项专利,大多已获授权,内容涉及真空玻璃技术、吸气剂技术、复合真空玻璃等关键技术领域,解决了国内外多年未能解决的难题。这些专利及多年来开发的工艺技术确立了我国真空玻璃产业的独立自主知识产权地位。
(2) 在上述软件支持下,先后在青岛和北京建成生产试验基地并通过建设部科技司的验收,基地不仅生产产品供应市场,也进行了生产工艺和设备的大量中试,为设计现代化生产线(词条“生产线”由行业大百科提供)奠定了基础。
(3) 在上述软、硬件支持下,创造了多项世界第一,如:①根据发明专利“使用在真空玻璃中的包封吸气剂及解封方法”等专利,在国际上最先将吸气剂置入真空玻璃产品,解决了产品真空寿命问题。②在世界上率先研制出半钢化真空玻璃。③在北京地区先后完成近20 项真空玻璃应用工程创造了多项世界第一,如:北京天恒大厦(2005 年建成)是世界首座全真空玻璃大厦(用真空玻璃10000 m2),也建成世界首个真空玻璃幕墙(7000 m2)。清华大学超低能耗示范楼(2004 年建成)是世界首座采用真空玻璃幕墙和窗户的低能耗示范楼。北京生命科学院温室(2006 年建成)是世界首座采用真空玻璃顶棚的建筑。长河湾住宅小区(2007 年竣工)。奥运村绿色微能耗幼儿园(2008 年竣工)。石家庄建设厅(2008 年建成)。
(4) 2007年12 月在中国建筑材料联合会、中国建筑用玻璃标准化技术委员会和中国建筑材料科学研究总院等单位支持下,通过了世界首个真空玻璃行业标准,并已经国家发改委批准施行。上述成果已引起国内外关注,也促使国外加大对真空玻璃研发的关注和投入。
7 发展真空玻璃产业的意义
(1)有助于节能减排,保护环境并为人民创造舒适的室内居住环境。我国能源消费总量2006 年就已达23 亿吨标准煤,建筑能耗按27%计算相当于6.21 亿吨标准煤。门窗能耗占建筑围护结构能耗的一半。由于我国400 亿m2 以上现有建筑中95%不节能,门窗保温、隔热、密封不良造成的能耗折算成标准煤高达亿吨。2006 年统计,我国玻璃幕墙安装总量已超过1亿m2,年增量超过1500万m2,大部分因保温隔热性能差成为能耗大户,使本来优点突出的玻璃幕墙成为众矢之的。因此,保温性能优越的真空玻璃无论用于新建筑还是旧房改造都会产生巨大的经济效益和社会效益。
(2)真空玻璃可形成专利技术、生产线设备、产品应用技术等软、硬件结合的位居世界前列的成套工业体系,不仅可在国内转让,更可在国际上成套出口,改变我国玻璃行业技术设备大部分依赖进口的局面。开创玻璃工业高技术出口的新局面。
(3)真空玻璃的发展将带动玻璃深加工行业(镀膜、钢化、夹层等行业)的发展,并可与其它玻璃和建材产品结合开发出各种新型复合真空玻璃产品和复合真空墙体材料,带动整个建材行业的科研、生产、应用更新换代并形成新的产业链。
8 期盼
经过十多年的努力,真空玻璃这颗从国外引入的种子已在中国生根发芽,成长为一棵具有中国特色的幼苗。现在已进入关键的成长期,能否长大成树,由树成林,全仗园丁的栽培浇灌。期盼社会大众,特别是有关政府部门各级领导和企业界、金融界、科技界的人士给予关注和支持,加大政策和财务的扶植力度,让真空玻璃早日走进千家万户,让科学家“把保温瓶装在窗户上”的百年梦想成真。
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