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【科普】真空玻璃知識大講堂

2017-11-20 19:55

一、真空玻璃的起源
 
不少朋友已經知道,真空玻璃是基於真空杜瓦瓶,也就是v2ba家用真空玻璃保溫瓶的原理發展而來的,那麽,就讓v2ba先了解一下杜瓦瓶的前世今生。
1892年劍橋大學教授詹姆士•杜瓦發明了杜瓦瓶,這是一個雙層玻璃容器,兩層玻璃膽壁都塗滿銀,然後把兩層玻璃間的空氣抽掉,形成真空。由於真空能防止對流和傳導散熱, 銀質塗層可以防止輻射散熱,因此,杜瓦瓶內物質的溫度不易發生變化。據此,他總結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;通過高反射塗層降低輻射傳熱。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。之後,從20世紀80年代起,世界對真空玻璃的研發逐漸活躍起來。從1985年開始,美國克羅拉多太陽能研究所由D.K.Benson教授領導的真空玻璃研究組,創立了很多值得後人借鑒的技術理論、思路和實驗室數據。根據這些研究成果,悉尼大學應用物理係R·E·Collins教授領導的研究組進一步改進工藝,並於1989年試製出樣品。緊接著,世界上首塊1m×1m的平板真空玻璃樣品與1993年在悉尼大學問世。
1994年,日本板硝子株式會社(NSG)購買了悉尼大學的專利使用權,並於1997年正式生產出真空玻璃產品。1998年,中國真空玻璃開始發展,但直到2008年,中國製定了世界上第一個真空玻璃行業標準JC-T1079-2008後,真空玻璃的“廬山真麵目”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、對流、輻射三種方式進行。
  ①熱傳導: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。在氣體中,熱傳導過程往往和對流同時發生。
  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流動使溫度趨於均勻的過程。對流是液體和氣體中熱傳遞的特有方式,氣體的對流現象比液體明顯。
  ③熱輻射:物體因自身的溫度而具有向外發射能量的本領,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、對流不同。它能不依靠媒質把熱量直接從一個係統傳給另一係統。熱輻射以電磁輻射的形式發出能量,溫度越高,輻射越強。
 
【真空玻璃的保溫隔熱不結露性能】
 
真空玻璃中間的真空層將氣體的傳導和對流傳遞的熱量降至很低,以至於可以忽略不計。因此,真空玻璃比中空玻璃具有更好的保溫隔熱性能。真空玻璃優異的隔熱保溫性能具體表征的技術參數是傳熱係數—U值,其表示熱量通過玻璃中心部位而不考慮邊緣效應,穩態條件下,玻璃兩麵單位空氣溫度差時,單位時間通過單位麵積的熱量,U值的單位是:W/(㎡•K)。而真空玻璃的真空層內無空氣,更無水汽分子,密封極嚴,熱阻大,到了冬天不會產生結露現象。 
 
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,無論是固體、液體還是氣體都可以傳聲,但沒有介質的真空環境下,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出良好的隔聲性能,在100-5000Hz(包含低、中、高頻)的計權隔聲量比中空玻璃高2dB;在100-1000Hz(包含低、中頻)的計權隔聲量計算中,真空玻璃計權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相近,都明顯高於中空玻璃。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,這是勁度和質量共同作用的結果。
 
三、真空玻璃的U值、K值、R值

真空玻璃具有優異的隔熱保溫性能和和良好的隔聲降噪性能,並且已經開始在國內外得到廣泛的應用。在對比真空玻璃的隔熱性能時,國內和國外的業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。那麽U值、K值、R值三者到底有什麽區別呢?
  
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,即傳熱係數。真空玻璃的 U 值和 K 值都定義為:在標準條件下,真空玻璃兩側在一定的溫差下,單位時間通過單位麵積傳遞到另一側的熱量。U值和K值的公製單位都是W/㎡·K。
  
但U值與K值又不完全相同,其不同在於,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值的測試依據是中國GB10294標準,歐洲K值的測試依據是歐洲EN673標準,美國U值的測試依據是美國ASHRAE標準,且美國ASHRAE標準將U值的測試條件分為冬、夏季兩種。
  
三種傳熱係數的測試條件對比如下表所示:
 
所以,同一片真空玻璃,采用不同的標準測得的傳熱係數,在數值上具有不同的結果。
歐美國家習慣使用英製單位,傳熱係數U值(或K值)的英製單位是 BTU/h·ft2·℉。
傳熱係數(U值或K值)的公製單位和英製單位之間的換算關係為:
1 BTU/h·ft2·℉=5.678 W/㎡·K   或 1 W/㎡·K =0.176 BTU/h·ft2·℉  
歐美國家習慣於使用玻璃的熱阻值(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與傳熱係數U值(或K值)互為倒數關係,即:
 U=1/R  或 R=1/U
熱阻值R的公製單位是 ㎡·K/W,英製單位是:ft2·h·°F/BTU。
下表列舉了幾個U值數據的公製、英製及相應熱阻值R(英製)的對應關係:
 
蘭迪真空玻璃產品的U值及R值
 
 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用,如何賦予真空玻璃安全性能卻成為長久困擾玻璃行業的大難題,針對於此,洛陽蘭迪將真空玻璃與鋼化技術的結合,融合獨有的真空玻璃製造技術,全鋼化真空玻璃——蘭迪“V玻”應運而生。
 
(1)完全鋼化:
V玻是真正全鋼化真空玻璃。采用獨有低溫封接技術,完整保留鋼化玻璃高強度、抗衝擊等安全特性。V玻表麵應力分布均勻,任意一點應力均超過90MPa,完全達到鋼化玻璃應力要求。
 
(2)真正節能:
V玻的保溫性能是中空玻璃的2-4倍。擁有高真空內腔,使氣體傳熱可以忽略,同時采用高性能Low-E玻璃,大幅抑製輻射傳熱,保證V玻的傳熱係數(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,獨立使用即可達到國際被動房對門窗傳熱係數的要求。
 
(3)超長壽命:
V玻預期壽命可達25年以上。采用柔性密封材料,在室內外溫差較大的環境下,削弱了玻璃板封接區域的剪切力,克服了脆性密封材料在相同情況下的密封失效問題。同時,內附高效吸氣劑,能夠長期維持玻璃內腔的高真空度,大大減少了在各類惡劣環境下性能衰減等失效現象。
 
(4)結構結構輕薄:
V玻較中空玻璃更輕更薄。在U值遠優於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玻璃數量更少,玻璃更加通透,擁有絕佳采光效果。
 
(5)極致露點:
V玻從機理上杜絕了內結露現象。較中空玻璃因內外溫差導致的凝露問題,內腔處於高真空狀態的V玻杜絕了內結露現象。同時,出色的隔熱保溫能力,使得即使室外溫度降到零下70 ℃,玻璃內表麵也不會出現結露。
 
(6)有效降噪:
V玻對於穿透力較強的中低頻率噪音隔聲效果顯著。按照專業計權隔聲量比值來說,戶外75分貝的噪音,V玻隔聲可超過36分貝,遠優於中空玻璃29分貝的標準。
 
(七)任意環境:
V玻不受使用地域、海拔及安裝角度的影響。V玻內腔的高真空,使得即使生產地與使用地存在較大的海拔落差,也不會出現內腔膨脹或收縮現象。同時,V玻在水平或傾斜使用時,傳熱係數恒定,可以安裝於建築物的頂部、斜頂等,保障節能效益。

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