【科普】真空玻璃小知識

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：通過高真空消除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年卓勒在其專利首次提出了真空玻璃的概念。之后，從20世紀(jì)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(shí)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(jìn)一步改進(jìn)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，中國制定了世界上第一個真空玻璃行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行。

　　①熱傳導(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。

　　②熱對流：液體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。

　　③熱輻射：物體因自身的溫度而具有向外發(fā)射能量的本領(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(qiáng)。

【真空玻璃的保溫隔熱不結(jié)露性能】

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,密封極嚴(yán),熱阻大,到了冬天不會產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。 

【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(qiáng)、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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，歐洲K值的測試依據(jù)是歐洲EN673標(biāo)準(zhǔn)，美國U值的測試依據(jù)是美國ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)，且美國ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)將U值的測試條件分為冬、夏季兩種。

　　所以，同一片真空玻璃，采用不同的標(biāo)準(zhǔn)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(xí)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(xí)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(qiáng)，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。

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，融合獨(dú)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(yùn)而生。

（1）完全鋼化：

V玻是真正全鋼化真空玻璃。采用獨(dú)有低溫封接技術(shù)，完整保留鋼化玻璃高強(qiáng)度、抗沖擊等安全特性。V玻表面應(yīng)力分布均勻，任意一點(diǎn)應(yīng)力均超過90MPa，完全達(dá)到鋼化玻璃應(yīng)力要求。

（2）真正節(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，大幅抑制輻射傳熱，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，獨(dú)立使用即可達(dá)到國際被動房對門窗傳熱系數(shù)的要求。

（3）超長壽命：

V玻預(yù)期壽命可達(dá)25年以上。采用柔性密封材料，在室內(nèi)外溫差較大的環(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)附高效吸氣劑，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)輕薄：

V玻較中空玻璃更輕更薄。在U值遠(yuǎn)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，擁有絕佳采光效果。

（5）極致露點(diǎn)：

V玻從機(jī)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，出色的隔熱保溫能力，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(qiáng)的中低頻率噪音隔聲效果顯著。按照專業(yè)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(yuǎn)優(yōu)于中空玻璃29分貝的標(biāo)準(zhǔn)。

（七）任意環(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)地與使用地存在較大的海拔落差，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)龋�保障�?jié)能效益。