節(jié)能幕墻——真空玻璃幕墻

1、節(jié)能幕墻真空玻璃幕墻摘 要：本文從貫徹公共建筑節(jié)能標準入手，簡要介紹了既能達標、又能通透的節(jié)能幕墻真空玻璃幕墻。一、引言我國首部公共建筑的節(jié)能標準一公共建筑節(jié)能標準的實施，引起了業(yè)內人十的普遍關注。建筑節(jié)能新標準下稱標準)，對節(jié)能玻璃的應用提出了明確要求，同時對“超大采光”、“外飄窗”等不節(jié)能設計也提出了限值。標準4.2.4條強制性條文為:“建筑每個朝向的窗(包括透明幕墻)墻面積比均不應大于0.70。當窗包括透明幕墻)墻面積比小于0.40時，玻璃或其他透明材料)的可見光透射比不應小于0.4。當不能滿足本條文的規(guī)定時，必須按本標準第4.3節(jié)的規(guī)定進行權衡判斷。標準發(fā)布之后，根據這一規(guī)定“叫停玻璃

2、幕墻”的消息不脛而走。執(zhí)行標準是否就不能發(fā)展通透幕墻?如何正確的理解和執(zhí)行標準，是建筑幕墻行業(yè)急切的實際問題。汪光燾部長在建設節(jié)約型社會必須抓好建筑“四節(jié)”一文中指出:“節(jié)能，不僅要重視建設時的節(jié)能，更重要的是長期使用時的總能耗下降。重點要研究建筑使用過程中的能源結構和供應方式，提高能源利用效率，研究建筑節(jié)能不能局限于建筑單體的墻體與門窗等圍護結構的保溫隔熱問題。我們鼓勵發(fā)展節(jié)能省地型住宅和公共建筑，必須繼續(xù)深入研究與思考節(jié)能省地型住宅和公共建筑的內涵?！睂W習汪光燾部長以上論述，本文探討看法如下。窗墻面積比是指不同朝向外墻面上的窗及陽臺門的透明部分的總面積與所在朝向建筑的外墻面的總面積(包括該

3、朝向上的窗及陽臺門的透明部分的總面積)之比。窗墻面積比的確定要綜合考慮多方面的因素，其中最主要的是不同地區(qū)冬、夏日照情況(日照時間長短、太陽總輻射強度、陽光人射角大小)，季風影響、室外空氣溫度、室內采光設計標準以及外窗開窗面積與建筑能耗等因素。一般普通窗和傳統(tǒng)幕墻(包括陽臺門的透明部分)的保溫隔熱性能比外墻差很多，窗墻面積比越大，采暖和空調能耗也越大。因此，從降低建筑能耗的角度出發(fā)，限制窗墻而積比是必要的。標準不應該是僵化的條文。節(jié)能是一個方向，應該就一個建筑、甚至一個區(qū)域來平衡。標準定要具備系統(tǒng)學的思想。我們對能源的評判是一個綜合的系統(tǒng)思想，任何一個建筑，應該從系統(tǒng)學的角度去研究我們的文化、

4、環(huán)境和氣候。圍護結構的節(jié)能是對于建筑周邊的自然環(huán)境，如光線、溫度、風壓、氣候狀況等充分分析和了解的基礎上，針對建筑本身的朝向、高度、室內功能等特點，通過有效系統(tǒng)技術和產品對室內環(huán)境起到適應和調整的過程。這個過程需要綜合多種因素考慮，需要處理多種關系，諸如隔熱和得熱、采光和遮陽、通風和熱交換的關系，處理好氣密性、水密性和傳熱、隔聲的關系等等。這個過程不應僅僅依據于單一的狀態(tài)指標，如K值就能夠說明和解決的。也不是簡單的將一些技術累加或附加就能夠實現的，標準對幕墻的保溫隔熱性能的要求是按窗墻面積比的增加而不斷提高的，當窗墻面積比例較大時，對幕墻的保溫隔熱性能的要求比目前實際應用的一般普通窗和傳統(tǒng)幕墻

5、要高，這會造成門窗幕墻造價有所升高，但這是既要使建筑物通透、美觀、豪華，又要保證節(jié)約采暖空調系統(tǒng)消耗的能源所必須付出的代價。處理好二者關系的方法是，應根據幕墻大小的不同，對幕墻保溫隔熱性能的要求也不一樣。例如，如果整個建筑外墻都采用透明幕墻的話，則要求高性能節(jié)能玻璃幕墻。這和標準4.2.4條強制性條文說明內容是一致的:近年來公共建筑的窗墻面積比有越來越大的趨勢，這是由于人們希望公共建筑更加通透明亮，建筑立面更加美觀，建筑形態(tài)更為豐富。標準把窗墻面積比的上限定為0.7已經是充分考慮了這種趨勢。某個立面即使是采用全玻璃幕墻，扣除掉各層樓板以及樓板下面梁的面積(樓板和梁與幕墻之間的間隙必須放置保溫隔

6、熱材料)，窗墻比一般不會再超過0.7。當建筑師追求通透、大而積使用透明幕墻時，要根據建筑所處的氣候區(qū)和窗墻比選擇玻璃(或其他透明材料)，使幕墻的傳熱系數和玻璃(或其他透明材料)的遮陽系數符合標準第4.2.2條的的規(guī)定。標準允許采用“面積加權”的原則，使某朝向整個玻璃(或其他透明材料)幕墻的熱工性能達到第4.2.2條的幾個表中的要求，例如某賓館大廳的玻璃幕墻沒有達到要求，可以通過提高該朝向墻面卜玻璃(或其他透明材料)熱工性能的方法，使該朝向整個墻面的玻璃(或其他透明材料)幕墻達標，真察玻璃幕墻、雙層真空玻璃幕墻就是既能達標、又能通透的高性能節(jié)能玻璃幕墻。二、真空玻璃真空玻璃是將兩片平板玻璃四周密

7、閉起來，將其間隙抽成真空并密封排氣孔，兩片玻璃之間的間隙為0.1-0.2mm，真空玻璃的兩片一般至少有一片是低輻射玻璃，這樣就將通過真玻璃的傳導、對流和輻射方式散失的熱降到最低，其工作原理與玻璃保溫瓶的保溫隔熱原理相同。真空玻璃是玻璃下藝與材料科學、真空技術、物理測量技術、工業(yè)自動化及建筑科學等多種學科、多種技術、多種工藝協(xié)作配合的碩果。1893年，英國物理學家、化學家占姆士·杜瓦發(fā)明了保溫瓶。人們?yōu)榱思o念他，把保溫瓶又稱作杜瓦瓶。從此后，長于幻想的科學家就有一個夢想，什么時候能將保溫瓶技術應用到建筑玻璃窗上?要實現從杜瓦瓶到真空平板玻璃的飛躍，三大難題擺在人們面前。1、 與杜瓦瓶不

8、同，真空平板玻璃是一個小容積、大表而積而又狹窄扁平的玻璃真空腔體，但又要快速抽真空以使殘余氣體降到可以對熱傳導忽略不計的程度，并長期保待其真空度;2、與杜瓦瓶圓柱體容易抗壓不同，平板真空玻璃只有使用支撐物來承受10000千克/平方米的壓力，該支撐物使真空玻璃產品滿足建筑玻璃設計標準所要求的強度和壽命，這就必須對支撐物的物理化學性能以及幾何形狀、幾何分布做出精心設計;3、比杜瓦瓶更難的是，真空玻璃是門窗用透明材料，在抽氣口、支撐物的設計和選料上，要不影響透明和美觀。2、隔聲性能由于真空玻璃特有的構造，對十聲音的傳播可大福度降低，在整個音域范圍都可實現良好的隔音，在降低外界噪音傳入同時，室內生活聲

9、音也不易外傳，總的隔音效果要比中空玻璃好，容易給人們創(chuàng)造一個溫馨恬適的環(huán)境。3、抗風壓性能真?zhèn)悴ＡЫ淼膬善Ａ?通過支撐物牢固地壓在一起，具有與同等厚度的單片玻璃相近的剛性，一般來說它的耐風壓性能是巾空玻璃的1.5倍。4、超長的耐久性真空玻璃是一種新產品，目前國內外尚無相應標準，更無相應的測試方法。真空玻璃又不同于中空玻璃。因此，不能完全按中空玻璃試驗方法進行，而主要參照GBII944-89中空玻璃標準而擬定紫外線照射、氣候循環(huán)、高溫高濕度試驗。試驗表明即使是在苛刻的條件下真空玻璃同樣具有長期穩(wěn)定耐久性能。真空玻璃具有優(yōu)異的保溫隔熱性能，其性能指標明顯優(yōu)于中空玻璃，一般的單片玻璃傳熱系數是6，

10、中空玻璃是3.4，真玻璃的傳熱系數達到1.2,一片只有6mm厚的真空玻璃，隔熱性能相當于370mm的實心鉆土磚墻，隔聲性能達到五星級酒店的靜音標準，相當于四磚墻的水平。由于隔熱保溫性能好，真空玻璃在建筑上的應用將達到節(jié)能和環(huán)保的雙重效果。據統(tǒng)計，使用真空玻璃后空調節(jié)能就達50%，與單層玻璃相比，每年每平方米幕墻、窗戶可節(jié)約700兆焦耳的能源，相當于一年節(jié)約192千瓦小時電，1000噸標準煤，是目前世界上節(jié)能效果最好的玻璃。真空玻璃幕墻、門窗是第二代幕墻門窗玻璃。四、真空玻璃與中空玻璃比較真空玻璃就是這種與中空玻璃結構完全不同的新產品。中空玻璃大多用鋁框四周封邊、間隔2塊玻璃，內含空氣或充氛氣，

11、總厚度最薄的12毫米。真空玻璃用適當分布的微粒支柱做間隔，間隙層只有0.1-0.2毫米，空腔內抽真空無氣體，真空度達到0.1帕以上，總厚度最薄只有6毫米左右。熱量交流有3種形式，作為新一代節(jié)能玻璃，它具有比中空玻璃更好的隔熱、保溫性能，其保溫性能是中空玻璃的2倍，是單片普通玻璃的4倍;由于真空玻璃熱阻高，具有更好的防結露結霜性能，在相同濕度條件下，真空玻璃結露溫度更低，這對嚴寒地區(qū)的冬天采光極為有利，而且真空玻璃不會出現普通中空玻璃經常出現的“內結露”現象;真空玻璃具有良好的隔聲性能，在大多數聲波頻段，特別是中低頻段，真空玻璃的防噪音性能優(yōu)十中空玻璃;真空玻璃具有更好的抗風壓性能，同樣面積同樣

12、厚度條件下進行的抗風壓試驗中。真空玻璃抗風壓性能等級明顯高于中空玻璃;真空玻璃還具有持久、穩(wěn)定、可靠的特性，在參照中空玻璃擬定的環(huán)境和壽命試驗進行的紫外線照射試驗、氣候循環(huán)試驗、高高濕試驗，經國家建筑工程質量監(jiān)督檢測中心檢測，真空玻璃的熱阻變化均在2%以下，通過在日本的應用表明，真空玻璃內的支撐材料在涉及金屬疲勞度方面的壽命可達50年以上，高于其使用的建筑壽命。真空玻璃最薄只有6毫米，現有住宅窗框原封不動即可安裝，并可減少窗框材料，減輕窗戶和建筑物的重量。真空玻璃屬于玻璃深加工產品，其加工過對水質和空氣不產生任何污染，并且不產生噪聲，因此對環(huán)境無有害影響五、真空玻璃的支撐物由于保溫瓶是圓形，其

13、本身能承受大氣壓力的不平衡作用力，而平板玻璃在受到大氣壓力時會使兩片平行的相鄰的玻璃板向內靠攏，影響真空層。為了保證在外界大氣壓力下真空層的存在，在兩片玻璃板之間要放置支撐物，支撐物的設計是制造真空玻璃的關鍵因素，它與玻璃板的接觸面積過大時會增加熱導率，同時影響玻璃的透明度，因此要盡量減少支撐物總體數量及單個支撐物的體積。但是支撐物與玻璃板的接觸過小時，由于大氣壓的作用集中在玻璃板與支撐物接觸的部位會形成集中載荷重，造成支撐物上方玻璃板外表ml的拉應力增大，容易造成玻璃板破損。關于支撐物形狀，目前報道最多的是圓柱狀，此外，還有方狀、橢圓形、線狀、格子狀等。制造支撐物的材料可以是不銹鋼、碳化鎢鋼

14、、鉻鋼、鋁合金、鎳、錮、擔、陶瓷等。由于玻璃板有厚薄差、波筋等，整個玻璃板不一定是平坦的，而支撐物的厚度是相同的，這樣平行玻璃的間隙就會有比支撐物厚度大的部位。由于相鄰支撐物限制了玻璃板的間距，這個部位的支撐物得不到玻璃板的充分的夾持，會離開規(guī)定位置，造成支撐物受力不均，降低真空玻璃壽命。解決上述問題的方法很多，其中最主要的方法是采用能夠塑性變形的支撐物。這樣玻璃板不僅在受到靜態(tài)的外界壓力時，通過部分支撐物的塑性變形，既能使所有的支撐物受到玻璃板充分的夾持，保持在規(guī)定位置上，又能使兩片玻璃板保持規(guī)定的問隙。在受到動態(tài)沖擊時，支撐物在保持玻璃板規(guī)定間距的同時隨外力產生塑性變形，緩解玻璃板與支撐物

15、接觸點上發(fā)生的沖擊力，降低了玻璃板破損的可能性。另外，可以在支撐物的至少一個端面涂有低熔點金屬或焊接玻璃，通過加熱處理使支撐物固定在玻璃板上，以確保其永久處于規(guī)定位置。也可以用細金屬絲將支撐物相互連結，這樣沒有受到夾持的支撐物受到被夾持支撐物的約束，仍然可以確保處于規(guī)定位置。采用線狀或格了狀支撐物時，也可以得到同樣效果。六、真空玻璃的制造工藝真空玻璃的制造工藝是將兩片玻璃板(可以是浮法玻璃、夾絲玻璃、鋼化玻璃、壓延玻璃、噴砂玻璃、吸熱玻璃、紫外線吸收玻璃、熱反射玻璃等)洗凈，在一片玻璃板上以10-25毫米的間隔放置高度為0.1-0.5毫米，直徑為0.3-1.0毫米的圓柱狀支撐物或寬度為0.4-

16、0.6毫米的線狀或格子狀支撐物。然后冉放上另一片玻璃板。將兩片玻璃板的四周涂上焊接玻璃(也可以是低熔點金屬、可撓性金屬、有機粘接劑)，在450中加熱15-60分鐘，在去除玻璃上附著的水分及有機物的同時由焊接玻璃將兩片玻璃板的四周封邊，形成一個整體。在適當位置開孔，用真空泵抽真空，使兩片玻璃板間膛的真空壓力達到0.001毫米汞柱，即形成真空玻璃。如此制成的真空玻璃，隔熱效果是中空玻璃的一倍。該玻璃可用于公寓、飯店、醫(yī)院及冰柜的觀察窗等。七、工程舉例1、天恒大廈項目坐落于北京市東城區(qū)東直門立交橋東北角，外立面使用真空玻璃幕墻，整體外觀形象豪華的建筑風格。真空玻璃幕墻具有節(jié)能、防結露、減少室內溫差、

17、隔音性能好、抗風壓強等優(yōu)勢。天恒大廈是世界首座整棟真空玻璃高節(jié)能甲級寫字樓，總建筑面積57238萬平方米，地下4層，地上22層，大樓采用半隱框真空玻璃幕墻7000平方米，采用真空玻璃鋁合金斷熱窗2500多平方米。該樓真空玻璃全部由北京新立基真空玻璃技術有限公司提供。該樓真空玻璃采用真空組合中空的結構，經國家建筑工程質量檢驗中心檢測，其傳熱系數K=1.2W/m2K。達到和超過國標保溫窗最高級10級標準。而一般中空玻璃K值=3.4W/m2K。該真空玻璃的計權隔聲量Rw=36分貝達到國標隔聲4級的標準，而一般中空玻璃Rw=30分貝。大廈整體運用真空玻璃，單項成本僅提高10%一15%，由于真空玻璃在建

18、筑節(jié)能上的優(yōu)勢，在投人使用后，預計年節(jié)電量280萬度，節(jié)約中央空調電費260萬元左右。由于節(jié)電，減少了發(fā)電燃煤而生產的污染，保護了環(huán)境。節(jié)約了后期成本，每年可以約20%一30%的能耗。同時，真空玻璃這一環(huán)保節(jié)能材料的應用，營造了更加舒適的辦公環(huán)境。2、2005年3月22日，我國第一座超低能耗示范樓在清華大學落成并對社會開放。該樓位于清華校園東區(qū)，總建筑面積為3000平方米。該項目是北京市科委的“奧運科技專項”之一，同時是科技部“十五”科技攻關項目“綠色建筑關鍵技術研究”的技術集成平臺，也是清華大學綠色建筑的科研基地，開放式實驗室及高新技術產品的示范展臺。在此基礎上，將開展各項與綠色建筑相關的科

19、學研究，示范世界上各種先進的綠色建筑技術，展示各種綠色建筑的相關產品并進行有關綠色建筑技術的培訓和宣傳工作。在這些廣泛應用高新技術的綠色節(jié)能產品中，真空玻璃尤為引人關注。南立面幕墻:采用兩種幕墻結構，西側為廊道式熱通道玻璃幕墻，外層為點式單片玻璃幕墻，下部有進風口，上部有出風口，進、出風口都可開啟和關閉;內層為中空玻璃開啟窗，內、外層之間由可調節(jié)角度的遮陽卷簾。東側為雙層窗結構;外層為中空玻璃的推拉窗;內鬮悴鈉嬌?內、外層之間有太陽能集熱器;外層窗的外側有可調節(jié)的水平百葉外遮陽。在示范樓三樓的南立墻雙層皮幕墻的內層是高性能中空玻璃幕墻，中間一片采用真空玻璃，真空玻璃之間的間隙0.1-0.2mm

20、,中間支撐物來承受大氣的壓力。清華大學超低能耗示范樓南立面高性能真空玻璃冬季晚上的耗熱比單片白玻璃減少了83%，比普通中空玻璃減少了70%c，比離線低輻射膜中空玻璃減少了37%。而西立面高性能真空玻璃節(jié)能窗更明顯，耗熱比單片玻璃減少了85%，比普通中空玻璃減少了74%，比離線低輻射膜充氫氣中空玻璃減少了43%。該窗的K值<1.2W/m2K，由此可見高性能真空玻璃熱工性能之優(yōu)異，節(jié)能效果之明顯。能夠達到標準的要求。真空玻璃與普通玻璃和中空玻璃相比有著種種優(yōu)勢，但因技術性等問題，如今世界上僅口本擁有生產線。據悉北京新立基真空玻璃技術有限公司正籌備在北京建立真空玻璃生產線。該生產線將采用半自動

21、化技術，部分關鍵工藝采用自動化技術，最大尺寸為2mx1.2m，預計年生產量逐步達到10萬平方米。這條即將成為世界上第3條真空玻璃生產線的建立，將使我國成為世界上第二個擁有真空玻璃生產產業(yè)化技術的國家。真空玻璃有利于節(jié)能和環(huán)保，有利于深加工玻璃產業(yè)的產業(yè)結構調整和升級;具有高科技含量、高附加值，真空玻璃預計銷售價格約比中空玻璃貴300-240元/m2。有很好的市場發(fā)展?jié)摿?。國產真空玻璃產品最大尺寸是2000x l2OOmm,最小尺寸600x4OOmm，均落后于日本。這是目前真空玻璃工業(yè)化的發(fā)展瓶頸之一，尚待各方面的協(xié)同攻關、突破。歷史證明，新型玻璃材料的運用往往從賓館、體育館、展覽館、機場等公用

22、建筑的大型玻璃開始.給民居建筑示范、引領時尚。中空玻璃等節(jié)能玻璃材料，近年來剛開始與量大面廣的商品房民居建筑窗戶“聯(lián)姻”。真空玻璃的生產工藝要求很嚴，必須以優(yōu)質浮法玻璃及優(yōu)質加工玻璃為原料進行二次、甚至多次加工;其操作工藝同電子工業(yè)相似，員工要戴自手套，車間須除塵凈化(如玻璃鍍有低輻射膜層，不容污染)。真空玻璃的工業(yè)化、產業(yè)化對玻璃工業(yè)調整產品結構，提升生產設備技術水平，增加玻璃行業(yè)產品的科技含量，具有重大促進作用。真空玻璃與日前已有的各種節(jié)能玻璃，組成的“超級節(jié)能玻璃”.既能滿足建筑師追求通透、大面積使用透明幕墻的藝術創(chuàng)意，又能使幕墻的傳熱系數符合標準的規(guī)定?！俺壒?jié)能真空玻璃幕墻”將成為貫徹標準的一種新產品，目前世界上大多數國家真空玻璃還處于空白狀態(tài)，抓住貫徹標準的良好機遇，把我國真空玻璃事業(yè)發(fā)展成具有世界水平的民族產業(yè)，搶占國際玻璃科技的新高地，為我國民族玻璃工業(yè)精心打造能夠自立于世界玻璃下業(yè)之林的脊梁。參考文獻1公共建筑節(jié)能設計標準.GB50189-2005.2江光燾，建設節(jié)約型社會必須抓好建筑“四節(jié)”.1913年世界第一個平板真空玻璃專利發(fā)布。科學家們相繼進行了大量的探索，誕生了一批專利。20世紀80年代起，世界對真空玻璃的研發(fā)逐漸活躍起來，其中有兩個團體值得一提。一個是美國克羅拉