真空玻璃原理

從原理上看真空玻璃可比喻為平板形保溫瓶，二者相同點(diǎn)是兩層玻璃的夾層均為氣壓低于10-1pa的真空，使氣體傳熱可忽略不計(jì)；二者內(nèi)壁都鍍有低輻射膜，使輻射傳熱盡可能小。二者不同點(diǎn)：一是真空玻璃用于門窗必須透明或透光，不能像保溫瓶一樣鍍不透明銀膜，鍍的是不同種類的透明低輻射膜；二是從可均衡抗壓的圓筒型或球型保溫瓶變成平板，必須在兩層玻璃之間設(shè)置“支撐物”方陣來(lái)承受每平方米約10噸的大氣壓，使玻璃之間保持間隔，形成真空層?！爸挝铩狈疥囬g距根據(jù)玻璃板的厚度及力學(xué)參數(shù)設(shè)計(jì)，在20mm-40mm之間。為了減小支撐物“熱橋”形成的傳熱并使人眼難以分辨，支撐物直徑很小，產(chǎn)品中的支撐物直徑在0.3mm-0.5之mm間，高度在0.1mm-0.2mm之間。真空玻璃還有一個(gè)更好的功能那就是隔音，由于有真空層，無(wú)法傳導(dǎo)噪音，所以真空玻璃可以隔絕百分之九十的噪音。

真空玻璃傳熱機(jī)理

由于結(jié)構(gòu)不同，真空玻璃與中空玻璃的傳熱機(jī)理也有所不同。圖2為簡(jiǎn)化的傳熱示意圖，真空玻璃中心部位傳熱由輻射傳熱和支撐物傳熱構(gòu)成，其中忽略了殘余氣體傳熱。而中空玻璃則由氣體傳熱（包括傳導(dǎo)和對(duì)流）和輻射傳熱構(gòu)成。

由此可見(jiàn)，要減小因溫差引起的傳熱，真空玻璃和中空玻璃都要減小輻射傳熱，有效的方法是采用鍍有低輻射膜的玻璃（LOW-E玻璃），在兼顧其它光學(xué)性能要求的條件下，其發(fā)射率（也稱輻射率）越低越好。二者的不同點(diǎn)是真空玻璃還要盡可能減小點(diǎn)陣支撐物的傳熱，

真空玻璃的保溫隔熱性能是基于真空保溫瓶原理。鋼化真空玻璃 V 玻產(chǎn)品的隔熱效果超過(guò) 1 米厚的磚墻，是普通中空玻璃的 4~6 倍，U 值（也叫傳熱系數(shù)或 K值）低至 0.4 W/m2·K（歐洲 IFT 實(shí)驗(yàn)室報(bào)告）。

真空玻璃的隔聲降噪性能基于聲音在真空條件下不傳播。鋼化真空玻璃 V 玻計(jì)權(quán)隔聲量達(dá)到 39 分貝（CTC國(guó)檢集團(tuán)報(bào)告），一般中空玻璃的計(jì)權(quán)隔聲量為 28 分貝左右。

使用鋼化真空玻璃 V 玻，即使在機(jī)場(chǎng)、高架橋或主干道旁，室內(nèi)也如圖書(shū)館一樣安靜。

說(shuō)明：計(jì)權(quán)隔聲量越高，隔聲效果越好。如室外噪音是 75 分貝，使用鋼化真空玻璃 V 玻后，室內(nèi)的聲音為 36分貝（75-39=36），圖書(shū)館內(nèi)一般為 40 分貝以下。

鋼化真空玻璃V玻預(yù)期壽命可達(dá)25年以上擁有高真空內(nèi)腔，使氣體傳熱可以忽略，同時(shí)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(shí)，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(guó)際被動(dòng)房對(duì)門窗傳熱系數(shù)的要求。

真空玻璃隔音機(jī)理

真空玻璃和中空玻璃在結(jié)構(gòu)和制作上完全不相同，中空玻璃只是簡(jiǎn)單的把兩片玻璃粘合在一起，中間夾有空氣層，而真空玻璃是在兩片玻璃中間夾入膠片支撐，在高溫真空環(huán)境下使兩片玻璃完全融合，并且兩片玻璃中間是真空的，真空狀態(tài)下聲音是無(wú)法傳導(dǎo)的，當(dāng)然由于真空玻璃的支撐成了聲橋，所以真空度不可能達(dá)到百分百真空,但這些支撐只占玻璃的千分之一，這些只是微小的聲橋就可以忽略不計(jì)。

真空玻璃是新型玻璃深加工產(chǎn)品，是我國(guó)玻璃工業(yè)中為數(shù)不多的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的前沿產(chǎn)品，它的研發(fā)推廣符合我國(guó)鼓勵(lì)自主創(chuàng)新的政策，也符合國(guó)家大力提倡的節(jié)能政策，在節(jié)能、隔音方面有很大的作用，具有良好的發(fā)展?jié)摿颓熬啊?

1990年，在北京大學(xué)物理系已任教30多年的唐健正作為訪問(wèn)學(xué)者來(lái)到澳大利亞悉尼大學(xué)，開(kāi)始與該校時(shí)任應(yīng)用物理系主任的R．E．Collins教授聯(lián)合研究平板真空玻璃。經(jīng)過(guò)3年的努力，1993年，世界上首塊1米×1米的平板真空玻璃樣品問(wèn)世。但發(fā)明人雖是唐健正與R．E．Collins兩人，專利權(quán)卻屬于悉尼大學(xué)。1996年，悉尼大學(xué)把專利轉(zhuǎn)讓給日本板硝子玻璃公司，日本人在次年即開(kāi)始批量生產(chǎn)真空玻璃。

1. 低碳節(jié)能

真空玻璃依靠真空層特殊結(jié)構(gòu)，有效阻隔室內(nèi)外熱量傳導(dǎo)，傳熱系數(shù)U值在0.6Wm-2k-1以下，可低至0.3W/(m·K)，與墻體相近?？梢燥@著減少空調(diào)電耗及污染物和溫室氣體的排放，減少環(huán)境污染。

2. 隔熱保溫

選用適當(dāng)遮陽(yáng)系數(shù)的真空玻璃，在夏季，能夠有效控制太陽(yáng)得熱，保持室內(nèi)涼爽；在冬季，當(dāng)室外溫度為-20℃時(shí)，真空玻璃的內(nèi)表溫度僅比室內(nèi)空氣溫度低3-5℃，可以保持室內(nèi)溫暖舒適。

3. 隔聲降噪

隨著都市人口的密集和交通運(yùn)輸工具的增多，噪聲污染日益嚴(yán)重，直接對(duì)人產(chǎn)生危害。真空玻璃的真空層可以有效地阻隔聲音的傳遞，特別是對(duì)于穿透性較強(qiáng)的中低頻率，效果十分顯著。

4. 遠(yuǎn)離結(jié)露

真空玻璃具有超強(qiáng)的隔熱保溫性能，在寒冷的冬季，即使室外氣溫降到-30℃，室內(nèi)玻璃表面的溫度也與室溫相近，遠(yuǎn)高于結(jié)露溫度。

5. 應(yīng)用廣泛

真空玻璃內(nèi)部為真空狀態(tài)，不受環(huán)境氣壓的影響，適用于各種海拔地區(qū)；同時(shí)，真空玻璃應(yīng)用于建筑物的各個(gè)位置都能保持其優(yōu)異的性能不變，包括立面，斜面及屋頂，不存在中空玻璃平放時(shí)氣體對(duì)流加大導(dǎo)致性能降低的問(wèn)題。

1．真空夾層玻璃

產(chǎn)品可做成單面夾層結(jié)構(gòu)，也可以做成雙面夾層結(jié)構(gòu)， EVA膜（也稱EN膜）厚度約為0.4和0.7mm兩種。聚碳酸酯板厚度約為1.2mm。附加玻璃板在2.5mm到5mm之間選用，也可用鋼化玻璃。真空夾層玻璃還有另外一種做法就是在兩層玻璃中間灌膠水，然后通過(guò)加溫烘干，也能做真空夾層玻璃，其特點(diǎn)是安全性和防盜性，同時(shí)其傳熱系數(shù)、隔聲及抗風(fēng)壓等性能也優(yōu)于真空玻璃原片，總厚度也比較薄。由于玻璃和夾膠層的熱導(dǎo)較大，對(duì)熱阻貢獻(xiàn)較小，因而真空夾層玻璃的傳熱系數(shù)只比真空玻璃略小，但隔聲性能會(huì)有較大提高。

2．“真空 中空”組合真空玻璃

此種結(jié)構(gòu)相當(dāng)于把真空玻璃當(dāng)成一片玻璃再與附加玻璃板合成中空，附加玻璃板厚度一般選5或6mm的鋼化玻璃，放在建筑物外側(cè)，也可以做成“中空 真空 中空”的雙面中空組合形式。

此類組合除解決安全性外，其隔熱隔聲性能也都有提高。特別是附加玻璃板也選用Low－E鋼化玻璃時(shí)更使傳熱系數(shù)降低。

計(jì)算這種組合玻璃時(shí)首先要從原理上認(rèn)識(shí)到，在我們所討論的溫度和溫差范圍內(nèi)，熱輻射波長(zhǎng)是在遠(yuǎn)紅外4—40μm波段，鈉鈣玻璃對(duì)此波段的電磁輻射基本上不透明，所以在計(jì)算三塊以上玻璃的輻射熱阻時(shí)，不必考慮透過(guò)第一塊的輻射對(duì)第三塊的影響，只要分段計(jì)算再相加即可，所以如果“真空 中空”組合的總熱阻為R組合，可寫(xiě)成： R組合=R R中空

式中R是真空玻璃的熱阻

R中空 是用兩塊與附加玻璃板等厚的玻璃制成的中空玻璃的熱阻

算出的R組合只多算了一片玻璃的熱阻，誤差很小。

3．“真空夾層 中空”結(jié)構(gòu)

此種結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)與上述“真空 中空”相近，但此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)除傳熱系數(shù)低并解決了安全性之外，厚度比“中空 真空 中空”薄，而且由于真空玻璃兩側(cè)不對(duì)稱，減小了聲音傳播的共振，使隔聲性能提高。

曾為北京某音樂(lè)教學(xué)樓制作了樣品，為6 0.38EVA 4L 0.15V 4 12A 6結(jié)構(gòu)，總厚度32.5mm,經(jīng)清華大學(xué)建筑物理實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)計(jì)權(quán)隔聲量為42dB，離玻璃幕墻國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)權(quán)隔聲量最高級(jí)只差3dB。傳熱系數(shù)可在0.7-0.9Wm-2k-1之間，由LOW-E玻璃的選取來(lái)確定。

4．雙真空層真空玻璃

此種結(jié)構(gòu)的總熱阻可看成兩片真空玻璃熱阻之和，如果是相同結(jié)構(gòu)的真空玻璃，總熱阻則為單一真空玻璃的兩倍，即 R雙真空=2R

式中R是單一真空玻璃的熱阻

應(yīng)該說(shuō)明，結(jié)構(gòu)中Low-E膜的位置不同，不影響K值，只影響實(shí)際使用時(shí)三片玻璃的溫度分布。

雙真空玻璃的熱阻高，K值低，而且很薄，可做到約9mm厚，也可以制成雙真空層夾層安全玻璃，具有很好的發(fā)展?jié)摿Α?

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，新材料、新工藝、新技術(shù)不斷出現(xiàn)，真空玻璃本身的質(zhì)量將會(huì)不斷提高。生產(chǎn)工藝和設(shè)備也將不斷更新，產(chǎn)量會(huì)不斷擴(kuò)大，成本也會(huì)不斷降低。組合真空玻璃的品種也會(huì)不斷增多。國(guó)內(nèi)外的研究表明，對(duì)大多數(shù)地區(qū)而言，建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)應(yīng)至少達(dá)到1Wm-2k-1的水平，過(guò)去大量使用的總厚度約390mm的37磚墻（外加砂漿）的傳熱系數(shù)約為1.7 Wm-2k-1 ，總厚度約410mm的37空心磚墻（外加厚砂漿）的傳熱系數(shù)已接近1 Wm-2k-1 。各種新型墻體的傳熱系數(shù)已可降到0.4至0.8 Wm-2k-1之間。而門窗則是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的能耗大戶。單片5mm白玻的傳熱系數(shù)約為6.1 Wm-2k-1，比墻體差6倍以上，形象地比喻，每一扇非節(jié)能窗的能耗就相當(dāng)于點(diǎn)著一盞數(shù)十瓦的長(zhǎng)明燈在長(zhǎng)年累月地消耗能量。三十多年前，在第一次石油危機(jī)之后，國(guó)外科學(xué)家就提出研制傳熱系數(shù)小于1的玻璃窗，稱之為“超級(jí)玻璃窗”（Superwindows）。真空玻璃的出現(xiàn)，使這一設(shè)想成為輕易之舉，雙真空玻璃的出現(xiàn)，更將使我們進(jìn)入“超級(jí)真空玻璃窗”階段。

全鋼化真空玻璃是真空玻璃的升級(jí)版，它不僅繼承了真空玻璃的全部特性而且在性能上也有了很大的提升，其主要特點(diǎn)為使用的玻璃是全鋼化后的安全玻璃，它可廣泛應(yīng)用于建筑物及車船門窗、保溫箱柜（如：展示柜、冷藏柜）等各種需要透明隔熱材料的領(lǐng)域。

居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)升級(jí)、鼓勵(lì)企業(yè)自主創(chuàng)新、新農(nóng)村建設(shè)和城鎮(zhèn)化進(jìn)程等都將保證國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)玻璃產(chǎn)品的中長(zhǎng)期需求增長(zhǎng)趨勢(shì)不變。隨著建筑、汽車、裝飾裝修、家具、信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)等行業(yè)的發(fā)展和人們對(duì)生活空間環(huán)境要求的提高，安全玻璃、節(jié)能中空玻璃等功能性加工產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用。平板玻璃的供求格局和消費(fèi)結(jié)構(gòu)正在發(fā)生變化。

玻璃行業(yè)的發(fā)展與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多行業(yè)都存在著聯(lián)系，玻璃行業(yè)對(duì)推動(dòng)整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都起著積極作用。因此“十一五”規(guī)劃中也對(duì)玻璃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了具體要求。也頒布了各項(xiàng)法律法規(guī)來(lái)規(guī)范玻璃行業(yè)的健康發(fā)展。在新的形勢(shì)下，玻璃工業(yè)必須按照科學(xué)發(fā)展觀的要求，轉(zhuǎn)變?cè)鲩L(zhǎng)方式，有效調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，才能促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展。

真空玻璃作為玻璃行業(yè)的高精尖產(chǎn)品，起源于杜瓦瓶，也就是保溫瓶。其是由兩片或兩片以上平板玻璃以支撐物隔開(kāi)，周邊密封，在玻璃間形成真空層的玻璃制品。隨著上世紀(jì)90年代，由悉尼大學(xué)研制的平板真空玻璃樣品問(wèn)世，玻璃行業(yè)對(duì)真空玻璃的研發(fā)從未間斷。從真空度到支撐物，從封接材料到封口技術(shù)，真空玻璃的隔熱保溫、隔聲降噪等性能表現(xiàn)越來(lái)越出色。

但是，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(zhǎng)久困擾玻璃行業(yè)的大難題，不過(guò)，在2016年我國(guó)玻璃深加工企業(yè)把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” 應(yīng)運(yùn)而生。這是我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全鋼化安全真空玻璃，這種玻璃既具備優(yōu)異的節(jié)能絕熱、隔聲降噪、預(yù)防結(jié)露等特性，更兼具高強(qiáng)度、抗風(fēng)壓的安全優(yōu)勢(shì)，讓中國(guó)玻璃深加工水平再上了一個(gè)臺(tái)階，走在了世界的前列。