張瑞宏，馬承偉，張俊芳，劉瑞春
（中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)生物環(huán)境工程要點公開實驗室，北京 100083）

       摘 要：真空平板玻璃是目前隔熱性能較好的材料之一。為此，介紹了真空平板玻璃性能，概述了國內(nèi)外溫室覆蓋材料的應(yīng)用現(xiàn)狀，并對真空平板玻璃在溫室工程中的應(yīng)用做了節(jié)能效果、生產(chǎn)成本、使用壽命、投入資金回報等方面的分析。
       關(guān)鍵詞：無機非金屬材料；真空玻璃；應(yīng)用；平板玻璃；溫室工程

      1 引言
     真空保溫技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)擴展到設(shè)施溫室領(lǐng)域。近十幾年來，國內(nèi)外有關(guān)部門研制了多層復(fù)合
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系蓋層、硬質(zhì)矩形中空塑料板、半中空硬質(zhì)覆蓋材料和充氣雙層塑料薄膜覆蓋等溫室透光保溫蓋
層。目前，只有日本的板硝子株式會社建成年產(chǎn)50萬m2 的真空玻璃生產(chǎn)線，國內(nèi)未見有任何廠家進行真空玻璃產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的報道。
       中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部設(shè)施農(nóng)業(yè)生物環(huán)境工程要點公開實驗室與揚州大學(xué)真空絕熱實驗室合作，對
真空玻璃性能和制作工藝進行了實驗性研究，已取得初步成果，申報了兩項國家專利（專利號03219
648.2，03112777.0）。

      2 真空平板玻璃技術(shù)
      2.1 真空玻璃結(jié)構(gòu)
      真空玻璃結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

        真空平板玻璃是將四周焊接密封的兩塊玻璃間的間隙抽成真空狀態(tài)，來達(dá)到隔熱的目的。這兩
塊玻璃間的空隙很小，只有0.2～0.4mm。為使玻璃在真空狀態(tài)下能承受外界大氣壓力，需在兩塊玻璃之間放有許多支撐柱，支撐柱采用φ0.5～1.0mm、厚度0.2～0.4mm 的玻璃小柱子，一般情況下沒有凸異感，其透光性能不受影響。
       2.2 真空玻璃性能
       真空平板玻璃有優(yōu)良的絕熱性，很高的日光透射性、紅外光反射性和化學(xué)性能穩(wěn)定性，是目前較
優(yōu)的透光保溫材料之一。
       2.2.1 透光性
      真空玻璃的透光性良好（達(dá)80%以上），不存在老化問題，不易積垢納污，結(jié)露能減少90%以上，這些優(yōu)越性是現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系覆蓋材料所無法比擬的。
       2.2.2 保溫隔熱
       中空玻璃通過排氣抽成真空，配以鍍透明Low-E 膜技術(shù)，可將傳熱系數(shù)減少到0.7W/m2·K[3， 4]，而中空Low-E 膜充氬玻璃的傳熱系數(shù)為3.2～3.5W/m2·K，雙層中空PC、PE 等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系板材的傳熱系數(shù)為3.0～3.2 W/m2·K[3， 4]。
       2.2.3 防結(jié)露結(jié)霜
        玻璃在室外低溫時會產(chǎn)生結(jié)霜現(xiàn)象。真空玻璃的真空層不傳熱，內(nèi)層玻璃溫度不會太低，在一般氣候條件下不會產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。從表1 可以看出，室外為20℃，濕度為60%時，單層玻璃在室外溫度為8℃時就會結(jié)露，而真空玻璃在室外溫為-6℃時也不會結(jié)露。
        2.2.4 耐風(fēng)壓強度
       真空玻璃是由兩塊平板玻璃焊接而成，中間有支承柱，因此耐風(fēng)壓強度比單層玻璃有所提高。其
耐風(fēng)壓強度為

        2.2.5 真空玻璃尺寸
       真空玻璃總厚度一般為6～8mm，而現(xiàn)有的中空玻璃厚度為12mm。真空玻璃厚度的減少可節(jié)省空間和材料，還可以在舊玻璃溫室改造中利用原來的舊窗框。
      3 國內(nèi)外溫室覆蓋材料應(yīng)用現(xiàn)狀
      3.1 國外溫室覆蓋材料應(yīng)用特點
      3.1.1 玻璃溫室
      目前，大多數(shù)國家溫室覆蓋材料以塑料為主。荷蘭是世界設(shè)施園藝較發(fā)達(dá)的國家，現(xiàn)約有1.3 萬
hm2 玻璃溫室，透明覆蓋物以玻璃為主。玻璃透光保溫好性好，不需經(jīng)常更換，能長季節(jié)不間斷生產(chǎn)，并利于計算機管理，可根據(jù)外界風(fēng)速、風(fēng)向、光強或降雨等情況及時調(diào)整各種設(shè)備運轉(zhuǎn)，減少風(fēng)險，實現(xiàn)環(huán)境條件的動態(tài)模擬。
       3.1.2 塑料溫室
      日本溫室面積達(dá)4.9 萬hm2，以塑料溫室為主，占溫室總面積的95%；玻璃溫室僅占4%；硬質(zhì)塑料溫室占1%左右。日本PVC 農(nóng)膜的生產(chǎn)技術(shù)十分，在透光、保溫、長壽、耐老化等方面處于較有優(yōu)勢水平，有些產(chǎn)品可使用7～10 年。
       3.1.3 復(fù)合式材料溫室
      以色列溫室覆蓋材料采用紡織復(fù)合式聚乙烯薄膜SOLARIG，其透射比較差為80%，但機械強度高，抗拉及抗沖擊性能好，壽命長，并含有添加物。添加物的主要功能是吸收紅外線、預(yù)防光線直射，還有一種防結(jié)霜添加劑，能防止露水在薄膜上的凝結(jié)。該薄膜的換熱系數(shù)為470W/m2·K，厚度為200mm。
         3.1.4 三重壓制及充氣薄膜
         法國溫室頂部覆蓋材料采用三重壓制的聚氯乙烯塑料薄膜，厚20 mm、無色、含抗結(jié)霜添加劑，在法國南部惡劣的氣候中使用，壽命為45 個月。山墻及側(cè)墻覆蓋材料采用雙層充氣塑料薄膜， 厚200mm。
       3.2 國內(nèi)溫室覆蓋材料應(yīng)用現(xiàn)狀
       3.2.1 溫室覆蓋材料現(xiàn)狀
       我國溫室覆蓋材料以塑料為主，其具體品種有聚乙烯、聚脂薄膜、PVC、PET、PC 及雙層中空塑板等，一般大型規(guī)�；瘻厥揖�采用PVC、PET、PC 或雙層中空塑板。但這部分占溫室總面積的比例約為5%，95%左右的溫室仍是簡易的日光溫室，覆蓋材料為塑料薄膜，但塑料薄膜強度低和易老化。我國塑料薄膜年消耗量達(dá)到55 萬t。自1995 年以來，PC（聚碳酸酯）板發(fā)展迅速。
          3.2.2 溫室保溫材料主要存在問題
         (1) 我國現(xiàn)階段日光溫室以單層塑料薄膜溫室和塑料大棚為主。單層塑料薄膜有保溫性差、溫
室利用率低、能耗大等缺點。保溫覆蓋材料主要為草苫、紙被、棉被等。雖然其保溫效果良好，但卻存在著笨重、易受雨雪侵蝕、易腐爛污染等缺點。
         (2) 大型溫室普遍采用一層外覆蓋（ 塑料薄膜、玻璃、PC 板、PETP 板等[1]）與一層內(nèi)保覆蓋（塑料膜或綴鋁膜）的保溫形式，這種形式保溫效果仍不夠理想，傳熱系數(shù)一般在3W/m2·K 以上。
         (3) 半透明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系材料（包括單層薄膜）透光性較差，易老化，積垢納污[2]。其透光性隨著時間的
推移越來越差，這是目前溫室反季節(jié)蔬菜沒有當(dāng)季蔬菜味道鮮美的主要原因之一。
        (4) 我國大型連棟溫室能耗大，其虧損面積超過80%。一般估計，大型連棟溫室建在北緯35°左右地區(qū)，冬季加溫耗能費約占總生產(chǎn)成本的30%～40%；北緯40°左右地區(qū)約占40%～50%；43°以上地區(qū)約占60%～70%。

        4 真空玻璃在溫室工程中應(yīng)用分析
        4.1 節(jié)能效果
       4.1.1 提高熱效率
       真空平板玻璃應(yīng)用于溫室種植業(yè)，絕熱效率提高4 倍，節(jié)能30%以上，投入資金真空玻璃增加的費用在2～3 年內(nèi)收回。據(jù)美國SERI 研究報告，如果在美國西北太平洋沿岸地區(qū)采用真空玻璃，每平方米窗戶每年節(jié)約700MJ 的能量。
        4.1.2 節(jié)省電能
        寶島工藝研究院能源與資源研究所將悉尼大學(xué)的真空玻璃裝在冷藏柜上，并進行試驗，試驗報告指出：對于容積337L、耗電200W 冷藏柜，把第3層玻璃門改成真空玻璃門，可節(jié)電10%；用真空代替其中的兩層玻璃，保存一層3mm 的普通玻璃，可節(jié)電20%，相當(dāng)于節(jié)省40W 長明燈的能耗[4]。
         4.1.3 減少煤耗
         目前，我國擁有溫室面積150 萬hm2，且每年以20%～30%的速度增長。如能在8 年內(nèi)，80%溫室保溫材料使用真空玻璃，屆時每年全國可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤9000 萬t。
        4.2 使用壽命
        真空平板玻璃使用壽命取決于下列因素：一是封邊質(zhì)量；二是封頭可靠性；三是吸氣劑的選用。日本板硝子公司產(chǎn)品進行了各種惡劣環(huán)境的試驗表明，真空玻璃使用壽命達(dá)到25 年以上。
        4.3 生產(chǎn)成本
       真空玻璃中試生產(chǎn)成本=玻璃工藝成本（如表3所示）+外構(gòu)件成本（如表4 所示）+管理成本（如
表5 所示）=98.64 元/ m2。據(jù)生產(chǎn)工藝分析，如果形成大批量生產(chǎn)，可為市場提供150 元/ m2 以下的真空平板玻璃。

         4.4 真空玻璃的存在問題與解決措施
        4.4.1 存在問題
        (1) 一次性投入資金大。真空玻璃需要堅固的棚架結(jié)構(gòu)，這將會增加溫室制造成本。
        (2) 密封性要求高。真空平板玻璃不可能像PC、PET 片材那樣可以生產(chǎn)成大寬度、超長度的板
材。目前，非常大的真空玻璃尺寸是2400mm×1350mm，這使真空玻璃和棚架之間留有很多縫隙，工藝要求這些縫隙密封，否則將會產(chǎn)生室內(nèi)外空氣對流，增加熱損。
        (3) 抗御自然災(zāi)害的能力差。真空玻璃不像農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系材料那樣能抵抗冰雹襲擊，一旦受到冰雹襲擊，后果將比較嚴(yán)重。
       4.4.2 解決措施
       (1) 一次性投入資金大問題的解決措施。目前，復(fù)合PET、PE、PVC 等材料市場價為130～150 元/m2，由生產(chǎn)成本分析可知，如果真空玻璃形成大批量生產(chǎn)，其市場價為150 元/ m2，則可降低一次性投入資金成本。
        真空玻璃使用壽命為25 年以上，而PC、PET農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系板材的使用壽命為10 年，實際上使用5 年后，
其透光率就減少10%～15%。真空玻璃當(dāng)量壽命就是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系板材的2.5～3 倍，這樣就長期效果來講這種投入資金是值得的。從節(jié)能角度來講，真空玻璃的溫室節(jié)能50%以上。按北京地區(qū)溫室年平均用煤量100kg/m2 計算，則每年節(jié)省煤50kg/m2，這樣只需要10 年就可以收回追加在真空玻璃上一次性投入資金。
真空玻璃的化學(xué)性能較其穩(wěn)定，透光性幾十年不變，使溫室的作物光合作用更充分，品質(zhì)得到提高，品味變佳，增強了市場競爭力，這樣就會更顯其在溫室工程上應(yīng)用的優(yōu)越性。

       (2) 密封性問題的解決措施。密封性問題采取耐老化的航空密封膠來解決上述縫隙，其使用
壽命達(dá)到15 年以上。
       (3) 提高抗御自然災(zāi)害能力的措施。防冰雹可采用鋼絲網(wǎng)做成遮陽簾頂置，在冰雹襲擊之前起用
遮陽裝置擋住冰雹襲擊。
       5 結(jié)束語
       真空絕熱技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于溫室工程領(lǐng)域。真空玻璃具有良好透光、保溫、不老化和節(jié)能等特點。
我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，為真空玻璃在溫室上的應(yīng)用提供了廣闊的市場，它促進了我國溫室行業(yè)的科技進步。這種新型的透光材料將會在溫室工程中嶄露頭角。