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2010年6月,中國住房和城鄉(xiāng)建設部,下發(fā)了關于進一步加強建筑門窗節(jié)能性能標識工作的通知。明確指出“要利用3年左右時間,對全國規(guī)模以上門窗企業(yè)的主要產品進行節(jié)能標識,努力提高當前主要門窗產品的節(jié)能性能,使獲得標識的門窗廣泛應用于新建建筑和既有建筑節(jié)能改造。” 建筑門窗節(jié)能性能標識制度的實施將對建筑節(jié)能門窗行業(yè)產生很重要的影響,由于玻璃是建筑門窗的主要原材料和構件,建筑門窗的各項節(jié)能性能指標,絕大多數(shù)都和玻璃有關,能效標識制度的實行,從而也對整個玻璃行業(yè)的生產工藝、產品質量,特別是使用壽命提出了很高的要求。目前市場上主要的節(jié)能玻璃產品,如Low-e中空玻璃,真空玻璃等,價格較貴,使用壽命越長無疑代表著消費者可以得到更多的節(jié)能回報;并且隨著建筑質量的提高,建筑物的使用壽命也在逐漸增長,例如,我國《民用建筑設計通則》規(guī)定,重要建筑和高層建筑主體結構的耐久年限為100年,一般性建筑為50~100年,這也對門窗玻璃的壽命提出了更高的要求。
1、中空玻璃—10年之癢
中空玻璃發(fā)明于1865年,在上世紀五十年代在*得到了廣泛使用。在歐洲、北美、日本、韓國等應用普遍。目前,國外普遍使用的是單腔Low-e中空玻璃,并逐步開始使用具有更好節(jié)能效果的雙腔中空玻璃。在國內,雙白中空玻璃使用較多,近幾年,國家各項節(jié)能標準的出臺,促使Low-e中空玻璃的使用越來越廣泛。
目前普遍使用的中空玻璃是兩塊或者三塊玻璃,用一定厚度的金屬鋁間隔條間隔,玻璃四周使用有機密封膠密封,并在間隔條內填充吸濕材料分子篩,使腔內空氣保持干燥或者充入惰性氣體,以獲得較低的熱傳導率,達到隔熱的目的。(見圖1)
1.1影響中空玻璃壽命的因素
當然,無論哪一種中空玻璃,關鍵技術都是耐久地隔絕濕氣滲透,這也是影響中空玻璃壽命長短的根本原因。影響中空玻璃壽命的因素有:
1.1.1由于玻璃及金屬間隔條具有不透氣性,濕氣只能是透過密封膠層滲透。 當中空玻璃安裝在建筑外墻上時,將承受振動、風壓、日照、雨雪、高低溫度及大氣壓力的交變循環(huán)作用,必然拉動中空玻璃膠粘接縫位移,增大產品內空間氣壓同大氣的壓差,加速濕氣的滲透,據(jù)報道溫差每波動10℃接縫滲透率大約增加一倍;接縫膠層還要經受日光、風雨、冰雪、鹽霧及清洗劑等腐蝕介質的侵蝕,促使密封膠層逐漸老化,力學性能下降,出現(xiàn)軟化,龜裂、粉化裂紋甚至脫膠;密封制造質量如果存在缺膠、氣孔,夾雜等缺陷時,也會引起產品功能的過早喪失。
1.1.2中空玻璃吸濕材料的也是影響中空玻璃壽命的關鍵因素。在中空玻璃中即使是密封性的丁基膠也有一定的空氣滲透率。而如果中空玻璃內空間滲透的水量,達到填充的干燥劑飽和吸水值時,一般認為中空玻璃將喪失使用功能,可以此作為產品功能壽命終結的標志。
1.1.3中空玻璃的透水量還同使用條件有關,如:安裝條件、使用環(huán)境和維護水平等。
1.2中空玻璃使用壽命現(xiàn)狀
目前,國內中空玻璃的質保期為10年,實際使用年限15年左右,遠遠小于建筑物的壽命。即使這樣,很多產品的實際使用年限根本不到10年,甚至有的工程在竣工一至二年內甚至當年就出現(xiàn)“內結露”現(xiàn)象,嚴重者竟成了“小魚缸”。生產工藝落后是造成中空玻璃質量水平整體不高的主要因素。另外,監(jiān)督檢查不利,生產廠家偷工減料、惡性價格競爭,也是導致偽劣產品充斥市場的另一主要因素。
中空玻璃過早喪失功能危害極大,如果中空玻璃因密封失效而產生“漏氣”,中空腔內與外界形成空氣對流換熱,同時空氣層濕度提高而使其熱傳導率增大,中空玻璃隔熱性能將大幅下降。而即使產品密封質量沒有任何問題,當10-15年后,吸濕劑分子篩因外界水氣的滲透而逐漸飽和失效,隨著中空腔內濕度的持續(xù)增大,空氣的傳導系數(shù)也隨之增大,將嚴重影響玻璃的節(jié)能效果,并且當空氣濕度達到一定水平,在冬季氣溫較低時,中空腔內便會出現(xiàn)“內結露”現(xiàn)象。另外,由于目前使用Low-e玻璃產品已成為趨勢,特別是一些節(jié)能效果優(yōu)異的單銀或者雙銀Low-e玻璃被大量使用,而無論是漏氣還是分子篩失效都會使銀層氧化而使其失去節(jié)能效果。
1.3提高中空玻璃的使用壽命的措施。
1.3.1正確選擇質量合格的密封膠,目前中空玻璃普遍采用雙道密封法,采用丁基膠做主密封,聚硫膠或者硅酮結構膠等做次密封。聚硫膠是目前中空玻璃密封膠中用量大的一種,具有良好耐油性、耐熔性及密封性;硅酮密封膠具有優(yōu)異的結構性(具有承受動靜載荷能力)、耐老化性及抗紫外線性能,但它的致命弱點是水汽透過率高。所以消費者應根據(jù)玻璃的安裝條件和使用環(huán)境正確選擇合適的密封膠。例如,在普通住宅中大多為帶窗框的窗戶,對密封膠結構性要求不高,多使用氣密性優(yōu)異的聚硫膠;而在玻璃幕墻中,特別是隱框幕墻,從安全考慮中空玻璃必須采用硅酮密封膠粘結制造,這時應注意結構和選材問題,有效控制這些因素可延長產品的功能壽命。
1.3.2應選擇高吸附、低落粉、高吸氣量的純正3A分子篩中空玻璃干燥劑,填充量嚴格按照國家標準。
1.3.3嚴格控制生產過程,例如,中空玻璃在生產中,對施工環(huán)境的溫度濕度以及空氣潔凈度有一定要求;須采用科學的間隔框的組合方式及的玻璃清洗設備;間隔框方面,通常認為折彎方式比角插接方式的氣密性要好;雙組分次密封膠的配比,均勻度,膠的寬度等都須嚴格按照國家標準要求。
2、真空玻璃——壽命50年
1996年,真空玻璃由澳大利亞悉尼大學根據(jù)保溫瓶原理研發(fā)成功。1997年日本板硝子生產出世界*塊真空玻璃。1998年,真空玻璃生產技術落戶中國青島。2006年,中國政府資助青島亨達玻璃科技有限公司建成的中國*條真空玻璃產業(yè)化示線。標志著中國真空玻璃行業(yè)進入產業(yè)化階段。2008年中國頒布世界首部真空玻璃行業(yè)標準。而真空玻璃憑借著其超級節(jié)能的特點,一經問世,便被冠以“神奇”玻璃的稱號。
真空玻璃之所以“神奇”,來源于其特殊的結構和節(jié)能原理(見圖2)。真空玻璃是基于保溫瓶原理開發(fā)的新型節(jié)能玻璃,兩片玻璃之間用0.12mm高的細小支撐物隔開,四周用低熔點無機材料焊接熔封,并經抽氣管排氣后封口,形成氣壓低于0.1Pa的真空層。由于0.1Pa的真空層幾乎不存在氣體傳導傳熱和對流傳熱,從而使真空玻璃具有超級隔熱性能,大幅降低了結露溫度。同時真空玻璃的真空層能夠有效的阻隔聲音的傳遞.從而使真空玻璃具有優(yōu)異的隔聲性能.
真空玻璃的各項節(jié)能性能超越中空玻璃,見表1
性能 中空玻璃 雙腔中空玻璃 真空玻璃 真空復合中空玻璃
玻璃K值(w/㎡·K) 1.4 1.0 0.7 0.6
厚度(mm) 20 36 8 24
隔聲量(dB) 28 36 34 36
結露溫度 (℃) -10 -22 -35 -42
可見光透過率(%) 75 64 75 67
表1 真空玻璃與其他節(jié)能玻璃性能對比
2.1真空玻璃具有50年壽命的原因和中空玻璃的相似,真空玻璃的關鍵技術在于長時間保持0.1Pa真空度。真空玻璃保持真空度的方法:
2.1.1真空玻璃的密封材料為無機玻璃焊料,廣泛應用于封接電子顯像管、VFD、PDP等電真空器件,用其將兩片玻璃焊接后,形成剛性整體,強度高,不會因外力而產生變形;融封后的焊料形成致密玻璃體,與玻璃表面結合緊密,本身的空氣透過率和放氣率可忽略不計;化學穩(wěn)定性高,受環(huán)境影響極小。
2.1.2支撐物采用不銹鋼材料,具有優(yōu)良的真空性能,廣泛用于真空器材中,并且在使用前經過超聲波清洗和高溫排等表面處理,使支撐物的放氣率達到低。
2.1.3在真空玻璃的加工過程中,真空玻璃要經過450℃的高溫排氣過程,可將大部分吸附在玻璃表面的空氣分子排除。
2.1.4經過以上工藝,并不能將玻璃表面的氣體*除去。玻璃、支撐物在受到環(huán)境高溫,太陽光照射時,仍然會釋放出少量水,CO2等氧化性氣體。更重要的是,真空玻璃在封接抽氣管時,抽氣管熔化所釋放的少量氣體,除大部分被真空泵抽走外,還會有少量被封離進真空層,為了將這部分氣體排除,并持續(xù)吸收那些吸附在玻璃表面的氣體分子,就必須在真空層內加入吸氣劑。
2.2真空玻璃壽命保證的關鍵——吸氣劑
吸氣劑也叫消氣劑,在電真空器件和真空科技領域它是指一種能吸收氣體的材料。吸氣劑的吸氣效果取決與兩個方面:吸氣劑的含量和吸氣類型;吸氣劑與空氣接觸的面積。由于真空玻璃在邊部封接過程中經過450℃以上的高溫烘烤排氣,在大氣中如此高的溫度下吸氣劑還未激活就已經氧化失效,這是要解決的一個關鍵難題。
2.2.1包封-解封式非蒸散吸氣劑
目前,國內有真空玻璃廠家采用包封-解封非蒸散吸氣劑的方式來解決這個問題,既用不銹鋼材料將吸氣劑包裹,在密封的同時將吸氣劑激活,使包裹內處于真空狀態(tài),然后將包裹放置于真空玻璃內,封口后用激光在包裹上鉆2-3個小洞,使吸氣劑與真空層連通以達到吸氣效果。包封的方法可以解決吸氣劑氧化的問題,采用這種吸氣劑理論上可以保持真空度50年以上,但是在實際使用中這種非蒸散型吸氣劑的并不能達到理想狀態(tài),這是因為:2 大部分非蒸散型吸氣劑,屬于高溫吸氣劑,廣泛用于高強度氣體放電燈、高壓開關管、氣體凈化器、不銹鋼保溫容器等溫度較高的地方,例如鋯鋁型吸氣劑,佳工作溫度為400℃,且對H2吸收效果好。
由于解封后只有2-3個小孔與真空層接觸,實際上大幅減少了吸氣劑與氣體分子接觸的幾率,特別是后期吸氣劑抽速降低的情況下,對游離于真空腔內的氣體分子吸收能力也會降低;并且由于小孔直徑非常小,有被堵塞的可能。
吸氣劑采用表面吸附—內部擴散的吸氣方式,非蒸散吸氣劑表面吸氣后產生穩(wěn)定化合物,形成一層“殼”,會阻礙氣體分子向內部擴散,需要經過再次激活,才能持續(xù)保持吸氣效果,但是一旦玻璃安裝到窗戶上,就無法進行此種操作。
2.2.2抗氧化鋇蒸散型吸氣劑
為了解決這些問題,一種抗氧化鋇蒸散型吸氣劑被開發(fā)出來,吸氣劑效果較非蒸散吸氣劑有很大提升,具體表現(xiàn)為:
在常溫下吸氣效果;激活后在玻璃表面形成厚度很薄的鋇膜,與氣體接觸的表面積增大,易于氣體分子向內部擴散,不需要多次激活;蒸散型吸氣劑對氧化性氣體,如水,CO2,CO,吸收效果。
在吸氣劑中加入了抗氧化劑,并采取特殊方式放置與真空玻璃內,不需要包封既可解決吸氣劑高溫氧化問題。
吸氣劑激活后在玻璃表面形成銀黑色薄膜,當吸氣劑失去作用或者真空玻璃出現(xiàn)漏氣時,會逐漸變成白色,利于及時發(fā)現(xiàn)真空玻璃出現(xiàn)的質量問題。
使用此種吸氣劑的真空玻璃在經過加速老化實驗后,包括高溫高濕,耐輻照,氣候循環(huán)等一系列實驗,真空度非常穩(wěn)定,可以確保真空度50年不變。
3、選擇中空還是真空?
正如前面所說,國內一般建筑物低壽命要求50年,而中空玻璃的質保期在10年,實際使用壽命也就在15年左右,也就是說在建筑物使用期限剩下的35-40年間,玻璃的任何問題都要購買者自己買單。如果出現(xiàn)包括漏氣,內結露,脫膠等一些明顯的質量問題,消費者就不得不更換玻璃;分子篩失效后,節(jié)能性能的逐漸下降,也會在不知不覺中使消費者損失大量的金錢和浪費大量的社會資源。 相對而言,真空玻璃的壽命優(yōu)勢則是十分明顯的。
另外,從節(jié)能門窗的發(fā)展趨勢來看,在中國,也許10年,也許更短,使用單腔Low-e中空玻璃的節(jié)能窗將被淘汰,取而代之的將會是使用雙腔中空玻璃的窗戶,到那時,廣大消費者不僅要再次面對舊窗改造、使用壽命等問題,還要面對成本提高的問題,因為它的價格可能比真空玻璃還要高,況且使用這種玻璃的節(jié)能窗依然無法達到使用真空玻璃的節(jié)能水平,可以說真空玻璃已達到玻璃節(jié)能的極限,在未來50年甚至更長時間都是無法被超越的。
然而,雖然真空玻璃在節(jié)能和使用壽命上均優(yōu)于中空玻璃,但由于原材料,生產設備的成本較高,還未實現(xiàn)連續(xù)化生產等問題,真空玻璃銷售價格一直處于較高的位置—節(jié)能效果為Low-e中空玻璃的2倍的同時,價格也是其2倍。這也是很多消費者不能接受的原因,可是真空玻璃真的“貴”嗎,如果我門將價格平均到使用年限上,600元/㎡的真空玻璃壽命50年,平均每年12塊錢,價格300元的中空玻璃,壽命10年的話每年價格30元,20年的話每年15元,再加上消費者使用真空玻璃的長期節(jié)電收益,加上因為輕薄節(jié)省的窗框用料,加上更換或升級中空玻璃的花費、加上中空玻璃超年限使用性能下降帶來經濟損失,加上使用真空玻璃居住舒適度提高,加上使用真空玻璃為保護自然環(huán)境和節(jié)約社會資源所做的貢獻。。。我想答案已經很明確了。
節(jié)能窗能效標識制度的實行只是一個開始,在節(jié)能的大主題下,中國政府必將出臺越來越多的關于建筑節(jié)能的政策法規(guī)及各種補助獎勵措施,我想無論是從眼前利益考慮,還是從長遠利益考慮,使用真空玻璃都將是一個明智的選擇。
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