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真空玻璃用于既有玻璃幕墙改造的可行性探讨（二）

发布时间：2010-03-18

    2、强度大幅提高
    1）与中国建筑材料研究院合作，按国标要求的四点弯曲法对半钢化真空玻璃的玻璃板进行破坏拉应力检测，结果表明，在表面应力为50—80MPa范围内，强度约为普通玻璃4倍，约50MPa时冲击后裂缝为辐射状，半钢化特性最显著。当表面应力约为95MPa时，强度约为普通玻璃5倍，冲击后粉碎为小颗粒，呈完全钢化玻璃特征。
    2）抗风压强度达到国家标准最高级
    表5列出半钢化真空玻璃及普通真空玻璃抗风压强度的测试结果。

                表5半钢化玻璃抗风压强度测试结果 

    测试单位：中国建筑材料检验认证中心
    T5：5mm半钢化玻璃
    V：真空层（0.1mm）

    测试结果显示半钢化真空玻璃风压变形性小，破坏风压高，已达到国家标准最高级。
    如果在上述半钢化玻璃两侧再用两块玻璃作成复合夹层真空玻璃，抗风压强度将更高。
    3）抗温差强度更高
    用如图2所示热箱对真空玻璃作温差试验。

                            图2

    图2中上盖玻璃为800×800mm的单LOW-E真空玻璃。箱内加热器加热功率可调控，由温差引起玻璃弯曲的变形量可由千分表测出。测量结果如表6所示。
              表6半钢化真空玻璃温差实验测量结果

   *TL5：5mm半钢化LOW-E玻璃
    由表6可见，半钢化真空玻璃在内表面温度达到100℃，内外表面温差△T将近80℃时仍能保持完好，实验中保温时间超过半小时，试验后真空玻璃K值无变化。
    4）抗冲击性能提高
    试验表明，半钢化真空玻璃抗冲击性能有明显提高，但根据我国标准规定半钢化玻璃不能列入安全玻璃类别。
    目前，建议在高层门窗幕墙等要求安全玻璃的场合使用夹层半钢化真空玻璃或外夹层内贴膜半钢化真空玻璃。
    经过不断研究改进，半钢化真空玻璃两侧可用特种类别和不同厚度（如0.38—1.52mm）的中间膜加两片不同类别和厚度的玻璃（如3—6mm厚的普通玻璃或半钢化玻璃）制作成双面夹层半钢化安全真空玻璃，在要求不高的场合，可减少一片玻璃，使厚度和重量减少。

    夹层或贴膜对K值影响不大，但安全性能有大幅提升。
    表7归纳上述各项性能，列出三种类型夹层半钢化真空玻璃的性能参数范围。
            表7三种夹层半钢化真空玻璃性能参数 

    3、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”，使隔声性能有所下降，但仍比普通玻璃好[5]。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，测试结果如表8所示。
               表8夹层半钢化真空玻璃的隔声性

    检验单位：国家建筑工程质量检验中心 2009.3
    很显然，如果把表8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、其它性能优势

     1）抗“结霜”、“结露”性能优越
    由于K值低，热阻高，抗外表面结露结霜性能比普通真空玻璃更好。
    由于间隔层是真空，杜绝了中空玻璃常有的内结雾结露现象。

    2）使用寿命长
    由于间隔层是全玻璃材料密封真空层，解决了低辐射LOW-E膜很怕受潮氧化的问题，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）适用范围更广
    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，可用于高层及高空，也可用于屋顶和倾斜墙面。

    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。
　

    四、在既有玻璃幕墙内侧加装半钢化真空玻璃的热工参数简析
    如果既有玻璃幕墙是单玻，内侧加装真空玻璃后形成“真空+中空”结构，如果既有玻璃幕墙是中空玻璃，则加装后形成“真空+中空+中空”结构。前者的中心区域总热阻是R真空+R中空，后者则是R真空+R中空+R中空，普通中空玻璃的空气间隔为9mm时，K值为3.0，R中空为0.17；空气间隔为12mm时，K值为2.9，R中空为0.19；玻璃厚度对此值影响不大，我们就以R中空为0.19计算，以目前已生产的半钢化真空玻璃K值0.6，R真空为1.5计算，改造后的玻璃K值如表9所列。

     表9 在既有幕墙内加装K值为0.6的真空玻璃后热阻和K值的变化

    由表9数据可见，加装真空玻璃后K值可下降6-10倍，使玻璃达到先进保温墙体的水平。大大优于新建中空玻璃幕墙的水平，如中央电视台新址主楼中空玻璃K值约为1.4。

    既有玻璃幕墙的框材的传热系数都比较高，铝合金框材的K值在4.2-6.2（Wm-2K-1）之间，以K值为5估算，如果窗框比为10%，做最简易的估算，改造前后连框架的传热系数变化如表10所示。
              表10 改造前后连框架的传热系数变化

    可见，带框的K值可下降3-6倍，这里是用玻璃的性能提升弥补了框材的不足，这样的指标可以满足我国大部分地区节能标准的要求。
    涉及节能热工性能的是另一项指标——遮阳系数则可通过选择真空玻璃的LOW-E膜和玻璃的颜色来达到，可根据用户的要求设计确定。

    五、既有幕墙节能改造的经济效益和社会效益
    众所周知，玻璃幕墙建筑优点多多，但由于能耗高而成为许多地区禁建的对象。我国既有玻璃幕墙存量估计超过1亿平米，每年还以1500-2000万平米的数量增加，不节能的玻璃门窗幕墙吞噬着数以亿吨计的煤和石油，不仅浪费能源而且造成严重环境污染，危害着人民的生命安全，世界20个重度污染城市中我国占了16个。

    玻璃门窗幕墙的能耗是看不见摸不着的，节能改造也远不如建立新能源般引人注目。事实上，当夏季室外温度为35℃，室内温度维持到25℃，玻璃内外温差为10℃，此时，K值为6的玻璃传热相当于一盏每平米60W灯泡，用空调补偿此能耗则需要120W的电耗，如果把K值降低10倍，此能耗也降低10倍。在许多地区，冬季由玻璃门窗造成的能耗更高，全国数以亿平米计的既有玻璃门窗幕墙都进行改造，产生的效益是惊人的。

    结束语
    本文只是从热工角度探讨了真空玻璃应用于既有玻璃门窗幕墙改造的可行性，具体实践中还有许多工程技术问题要解决，例如增加玻璃会否对建筑物基础和框架承重造成影响，又如加装玻璃的工艺及方法等等，这些问题需要在实践中总结经验，更需要各方面专家的咨询和指教。

    参考文献：
    [1]龙文志：“上海金茂大厦玻璃幕墙节能探讨（上）”《门窗与幕墙》2007.4，P9
    [2]唐健正、李洋、李楠：“半钢化真空玻璃—高效节能玻璃研发的新突破”《绿色建筑技术》
       2009年第二季度刊，P96
    [3]马眷荣、罗忆、刘忠伟：《建筑玻璃应用技术》化学工业出版社，2005，P52, P95
       王承遇、陶瑛：《玻璃材料手册》化学工业出版社，2008，P73
       罗忆、刘忠伟：《建筑材料生产与应用》化学工业出版社，2005，P3, P71, P134
    [4]赵西安：“幕墙可以采用半钢化玻璃”《建筑玻璃与工业玻璃》2008.12, P16
       《门窗幕墙月刊》2009.1，P17
    [5]日本板硝子（NSG）产品资料

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