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真空玻璃小知識

來源:中國玻璃網(wǎng) 作者:洛陽蘭迪 2018/2/23 11:51:57

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中玻網(wǎng)】一、真空玻璃的起源

  不少朋友已經(jīng)知道,真空玻璃是基于真空杜瓦瓶,也就是我們家用真空玻璃保溫瓶的原理發(fā)展而來的,那么,就讓我們先了解一下杜瓦瓶的前世今生。

  1892年劍橋大學(xué)教授詹姆士•杜瓦發(fā)明了杜瓦瓶,這是一個雙層玻璃容器,兩層玻璃膽壁都涂滿銀,然后把兩層玻璃間的空氣抽掉,形成真空。由于真空能防止對流和傳導(dǎo)散熱,銀質(zhì)涂層可以防止輻射散熱,因此,杜瓦瓶內(nèi)物質(zhì)的溫度不易發(fā)生變化。據(jù)此,他總結(jié)出了真空絕熱的兩項基本原則:通過高真空清理絕大部分熱量對流和傳導(dǎo);通過高反射涂層降低輻射傳熱。這成為真空玻璃高保溫性能的基本原理。

  沿著杜瓦開辟的道路,1913年卓勒在其專利初次提出了真空玻璃的概念。之后,從20世紀80年代起,世界對真空玻璃的研發(fā)逐漸活躍起來。從1985年開始,美國克羅拉多太陽能研究所由D.K.Benson教授領(lǐng)導(dǎo)的真空玻璃研究組,創(chuàng)立了很多值得后人借鑒的技術(shù)理論、思路和實驗室數(shù)據(jù)。根據(jù)這些研究成果,悉尼大學(xué)應(yīng)用物理系R·E·Collins教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組進一步改進工藝,并于1989年試制出樣品。緊接著,世界上首塊1m×1m的平板真空玻璃樣品與1993年在悉尼大學(xué)問世。

  1994年,日本板硝子株式會社(NSG)購買了悉尼大學(xué)的專利使用權(quán),并于1997年正式生產(chǎn)出真空玻璃產(chǎn)品。1998年,中國真空玻璃開始發(fā)展,但直到2008年,中國制定了真空玻璃行業(yè)標準JC-T1079-2008后,真空玻璃的“廬山真面目”才快速地被國人所知曉。

  二、真空玻璃的主要性能

  【真空玻璃中的三種熱傳遞】

  熱量傳遞通過傳導(dǎo)、對流、輻射三種方式進行。

 、贌醾鲗(dǎo):熱從物體溫度較高的部分沿著物體傳到溫度較低的部分,叫做傳導(dǎo)。在氣體中,熱傳導(dǎo)過程往往和對流同時發(fā)生。

 、跓釋α鳎阂后w或氣體中較熱部分和較冷部分之間通過循環(huán)流動使溫度趨于均勻的過程。對流是液體和氣體中熱傳遞的特有方式,氣體的對流現(xiàn)象比液體明顯。

 、蹮彷椛洌何矬w因自身的溫度而具有向外fa能量的本領(lǐng),這種熱傳遞的方式叫做熱輻射。熱輻射雖然也是熱傳遞的一種方式,但它和熱傳導(dǎo)、對流不同。它能不依靠媒質(zhì)把熱量直接從一個系統(tǒng)傳給另一系統(tǒng)。熱輻射以電磁輻射的形式發(fā)出能量,溫度越高,輻射越強。

  【真空玻璃的保溫隔熱不結(jié)露性能】

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  真空玻璃中間的真空層將氣體的傳導(dǎo)和對流傳遞的熱量降至很低,以至于可以忽略不計。因此,真空玻璃比中空玻璃具有更好的保溫隔熱性能。真空玻璃優(yōu)異的隔熱保溫性能具體表征的技術(shù)參數(shù)是傳熱系數(shù)—U值,其表示熱量通過玻璃中心部位而不考慮邊緣效應(yīng),穩(wěn)態(tài)條件下,玻璃兩面單位空氣溫度差時,單位時間通過單位面積的熱量,U值的單位是:W/(㎡•K)。而真空玻璃的真空層內(nèi)無空氣,更無水汽分子,密封較嚴,熱阻大,到了冬天不會產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。

  備注:0.8W/(㎡•K)指一般真空玻璃,不特指V玻0.4W/(㎡•K)。

  【真空玻璃的隔聲降噪性能】

  聲音的傳播需要介質(zhì),無論是固體、液體還是氣體都可以傳聲,但沒有介質(zhì)的真空環(huán)境下,聲音卻是無法傳播的,因此真空玻璃的真空層有效的阻隔了聲音的傳播。真空玻璃在中低頻表現(xiàn)出良好的隔聲性能,在100-5000Hz(包含低、中、高頻)的計權(quán)隔聲量比中空玻璃高2dB;在100-1000Hz(包含低、中頻)的計權(quán)隔聲量計算中,真空玻璃計權(quán)隔聲量比中空玻璃高4dB,夾層玻璃和真空玻璃在中低頻表現(xiàn)相近,都明顯高于中空玻璃。真空玻璃在低頻段隔聲量較高,這主要是因為真空玻璃的四邊是剛性連接,所以較其他形式的玻璃抗變形能力強、勁度大。低頻段的隔聲量受勁度大小的影響,勁度越大,隔聲性能越好。在低頻段,隨著頻率的增加隔聲量略有減少,這是勁度和質(zhì)量共同作用的結(jié)果。

  三、真空玻璃的U值、K值、R值

  真空玻璃具有優(yōu)異的隔熱保溫性能和和良好的隔聲降噪性能,并且已經(jīng)開始在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。在對比真空玻璃的隔熱性能時,國內(nèi)和國外的業(yè)界所用的表述有所不同,中國和歐洲用K值,美國用U值,還有的用R值。那么U值、K值、R值三者到底有什么區(qū)別呢?

  U值和K值的概念和定義完全相同,都是衡量材料傳熱性能的物理量,即傳熱系數(shù)。真空玻璃的U值和K值都定義為:在標準條件下,真空玻璃兩側(cè)在一定的溫差下,單位時間通過單位面積傳遞到另一側(cè)的熱量。U值和K值的公制單位都是W/㎡·K。

  但U值與K值又不完全相同,其不同在于,各自所采用的測試標準所要求的邊界條件是不一樣的。中國K值的測試依據(jù)是中國GB10294標準,歐洲K值的測試依據(jù)是歐洲EN673標準,美國U值的測試依據(jù)是美國ASHRAE標準,且美國ASHRAE標準將U值的測試條件分為冬、夏季兩種。

  三種傳熱系數(shù)的測試條件對比如下表所示:

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  所以,同一片真空玻璃,采用不同的標準測得的傳熱系數(shù),在數(shù)值上具有不同的結(jié)果。

  歐美國家習慣使用英制單位,傳熱系數(shù)U值(或K值)的英制單位是BTU/h·ft2·℉。

  傳熱系數(shù)(U值或K值)的公制單位和英制單位之間的換算關(guān)系為:

  1 BTU/h·ft2·℉=5.678 W/㎡·K或1 W/㎡·K=0.176 BTU/h·ft2·℉

  歐美國家習慣于使用玻璃的熱阻值(R值)來對比不同玻璃材料的隔熱性能。

  熱阻值R,是用來反映隔熱材料阻止熱量穿過的能力。材料的熱阻值R越大,其阻止熱量穿過的能力就越強,就越適合作為保溫材料。

  熱阻值R與傳熱系數(shù)U值(或K值)互為倒數(shù)關(guān)系,即:

  U=1/R或R=1/U

  熱阻值R的公制單位是㎡·K/W,英制單位是:ft2·h·°F/BTU。

  下表列舉了幾個U值數(shù)據(jù)的公制、英制及相應(yīng)熱阻值R(英制)的對應(yīng)關(guān)系:

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  蘭迪真空玻璃產(chǎn)品的U值及R值

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  注:T——鋼化玻璃,L——Low-E鍍膜,V——真空層,A——空氣層

  四、全鋼化真空玻璃

  隨著真空玻璃的廣泛應(yīng)用,如何賦予真空玻璃安全性能卻成為長久困擾玻璃行業(yè)的大難題,針對于此,洛陽蘭迪將真空玻璃與鋼化技術(shù)的結(jié)合,結(jié)合獨有的真空玻璃制造技術(shù),全鋼化真空玻璃——蘭迪“V玻”應(yīng)運而生。

  (1)完全鋼化:

  V玻是真實全鋼化真空玻璃。采用獨有低溫封接技術(shù),完整保留鋼化玻璃高度度、抗沖擊等安全特性。V玻表面應(yīng)力分布均勻,任意一點應(yīng)力均超過90MPa,完全達到鋼化玻璃應(yīng)力要求。

 。2)真實節(jié)能:

  V玻的保溫性能是中空玻璃的2-4倍。擁有高真空內(nèi)腔,使氣體傳熱可以忽略,同時采用高性能Low-E玻璃,大幅舒緩輻射傳熱,保證V玻的傳熱系數(shù)(U值)低至0.4W/(m2·K)。同時,V玻保溫隔熱性能是中空玻璃的2-4倍,是單片玻璃的6-10倍,單獨使用即可達到全部被動房對窗傳熱系數(shù)的要求。

 。3)超長壽命:

  V玻預(yù)期壽命可達25年以上。采用柔性密封材料,在室內(nèi)外溫差非常大的環(huán)境下,削弱了玻璃板封接區(qū)域的剪切力,克服了脆性密封材料在相同情況下的密封失效問題。同時,內(nèi)附效率高吸氣劑,能夠長期維持玻璃內(nèi)腔的高真空度,大大減少了在各類惡劣環(huán)境下性能衰減等失效現(xiàn)象。

  (4)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)輕。

  V玻較中空玻璃更輕更薄。在U值遠優(yōu)于三玻兩腔中空玻璃的情況下,V玻厚度僅為其四分之一,同時,每平方米V玻的重量較其減少12kg以上。同時,V玻使用的Low-E玻璃數(shù)量更少,玻璃更加通透,擁有上好采光效果。

  (5)ji致露點:

  V玻從機理上杜絕了內(nèi)結(jié)露現(xiàn)象。較中空玻璃因內(nèi)外溫差導(dǎo)致的凝露問題,內(nèi)腔處于高真空狀態(tài)的V玻杜絕了內(nèi)結(jié)露現(xiàn)象。同時,優(yōu)異的隔熱保溫能力,使得即使室外溫度降到零下70℃,玻璃內(nèi)表面也不會出現(xiàn)結(jié)露。

 。6)有效降噪:

  V玻對于穿透力較強的中低頻率噪音隔聲效果顯著。按照有經(jīng)驗計權(quán)隔聲量比值來說,戶外75分貝的噪音,V玻隔聲可超過36分貝,遠優(yōu)于中空玻璃29分貝的標準。

 。ㄆ撸┤我猸h(huán)境:

  V玻不受使用地域、海拔及安裝角度的影響。V玻內(nèi)腔的高真空,使得即使生產(chǎn)地與使用地存在非常大的海拔落差,也不會出現(xiàn)內(nèi)腔膨脹或收縮現(xiàn)象。同時,V玻在水平或傾斜使用時,傳熱系數(shù)恒定,可以安裝于建筑物的頂部、斜頂?shù),保障?jié)能效益。


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