中空玻璃与节能

    能源的高耗费和高成本是时下建筑业越来越关注的问题，具有美观外在的玻璃幕墙建筑更要具备好的热效率。中空玻璃的问世使建筑节能朝前跨了一大步。由于荷载、应力和极端环境等因素的影响，中空玻璃从单元位玻璃的生产和镀膜涂料的应用，间隔条和密封胶生产，最终到成品组装都必须通过各个优质的单元构件来实现高质量的最终成品。本期泰姆巴伐朗尼论坛围绕中空玻璃与建筑节能，走访了两家知名的中空玻璃密封件生产商，就中空玻璃的节能和持久性进行探讨。

中空玻璃的持久性

麦瑞克先生，道康宁有机硅贸易（上海）有限公司大中国区建筑工业部商务总监

访问一：密封对中空玻璃的重要性

    中空玻璃的使用寿命主要取决于它的密封性。典型的中空玻璃单元包括两片（有时为三片）玻璃，玻璃之间通常是干燥空气，也可填充能增强热绝缘性能的惰性气体。四周使用间隔条和密封胶系统进行密封，保证其稳定性，并可承受热运动与风压。如果出现水汽凝结（结雾），中空玻璃单元就达到了其使用寿命的极限。结雾是当水汽通过边缘密封且干燥剂饱和之后形成的。此外，中空玻璃单元内部和周围环境的气压差若产生扩散，导致中空玻璃单元内气体被"稀释"，从而影响中空玻璃的单元性能，降低其隔热和/或隔音效果。因此，边缘密封的质量是影响中空玻璃使用寿命和性能的关键因素。

    在实际使用中，安装后的中空玻璃单元边缘密封暴露于窗框或幕墙构造中的微气候，它与环境气候很不同。在中欧，透明玻璃的玻璃单元很少超过40°C，若是有色玻璃或镀膜玻璃的玻璃单元或在温暖气候中，温度会达到80°C，长时间使用时甚至超过80度。结构性装配的边缘密封会受到非直接性的光线照射影响，因此需要特殊和标准。即便是传统窗格，也会有很大一部分阳光由于玻璃单元内部的反射间歇到达边缘的密封层。实际到达边缘密封层的阳光量取决于诸多参数，例如阳光的入射角度、玻璃厚度、折射率等。通常有1%-8%的辐射通过玻璃板片折射到边缘密封层。

    为了保证中空玻璃单元的使用寿命，边缘密封必须具有以下特性：
持久性-抗环境因素，特别是热量、水或水汽、紫外线；
足够的结构强度承受位移使第一道密封有效扩散截面的变化最小化；
在使用条件下，具有低水汽和气体渗透性。

密封对中空玻璃的重要性

    顾名思义，就是对中空玻璃进行两次密封。 对于典型"二道密封中空玻璃"，间隔条和玻璃之间的聚异丁烯（PIB）或"丁基"第一道密封确保了低水汽渗透，第二道密封胶则确保玻璃结构的完整性。二道密封共同作用，为中空玻璃提供了预期的性能。

    硅酮密封的中空玻璃耐用性强，特别能抵挡阳光和紫外线。因此，特别配制的硅酮密封胶是唯一得到建筑法规管理机关认可的可用于结构性装配系统的第二道密封胶。 为什么硅酮胶中空玻璃能有如此优异的表现？主要有以下几个原因：
实际使用条件下，硅酮二道密封中空玻璃单元具有更低的水汽渗透率。因为二道密封的中空玻璃单元，其水汽渗透率几乎完全取决于第一道（PIB）密封胶，而硅酮二道密封胶在保持低有效扩散截面方面表现更优良（这是因为高温下其杨氏模量更高，弹性恢复率更高并且在高湿气影响下膨胀很少）；
硅酮二道密封中空玻璃单元在实际使用条件下具有较长的使用寿命，因为硅酮第二道密封胶的物理性质和粘结力很少受到关键环境老化因素的影响，如紫外线，热量和水汽。

全球中空玻璃现状

    就整个中空玻璃市场而言，全球有3.8亿平方米的市场容量，欧洲和美洲占了其中70%的市场份额。亚洲市场方面，中空玻璃在中国、韩国等地区的发展是非常迅速的。中空玻璃在全球不同市场的应用有所不同。比如在欧洲市场，90%以上都用到二道密封，而在美国，二道密封的使用率只有40%到50%。 目前比较先进的有LOW-E中空玻璃和充气中空玻璃，应用在不同国家和市场，其产品特性也有所不同，比如美国中空玻璃的能耗U值在1.4至1.6之间。在欧洲，中空玻璃主要是充氩气，其U值能较好地达到0.8至1.1。预计未来，国际上中空玻璃的U值将达到0.5的标准。

不同的气候区对中空玻璃的要求不同

    严寒地区使用中空玻璃的目的是保温。而炎热地区是为了降温，就美国来讲，在中南部的炎热地区，建筑物室内降温所消耗的能量是建筑物采暖所消耗能量的4倍。因此，在炎热地区更需要使用中空玻璃来阻止能量的传播，即阻隔室内冷气的扩散，减少室内空调的能耗。

    闷热潮湿的环境对中空玻璃有相当高的要求。有一个非常典型的例子：在瑞士一个滑雪山区的山顶上有个旋转观光餐厅，这个餐厅每小时旋转一次，其对着阳光的部分有时温度达到了60度，而面对滑雪区的部分其温度却相当低。这样每小时的旋转使玻璃表面的温差相当大，因而对玻璃的质量要求也自然非常高。使用高性能硅酮胶的中空玻璃就能避免受玻璃受这种温差的影响。

访问二：超级间隔条――中空玻璃节能的一大支柱

访Gerhard Reichert，美国艾杰中空玻璃技术股份有限公司副总裁与James Gao，美国艾杰中空玻璃技术股份有限公司亚洲区销售总监

    自1865年美国人T. D. Stetson首先获得发明中空玻璃的专利起，这项技术因其应用的广泛而不断发展。其各类要素的性能逐渐完善，也促使各种复合型的中空玻璃产品越来越符合隔热、保温、隔音、安全等多种功能。在一定条件下，普通玻璃无法有效地阻挡热的辐射与传导是导致室内消耗能量的主导因素。而中空玻璃是门窗具有节能效果的必要保证。如今，全球能源的稀缺备受关注。随着节能意识的广泛传播以及有关部门对新型建材的节能规定，无论从经济效益还是环保角度，建筑房屋的"耗能大户"――门窗如何有效地利用能源，都是值得探讨的话题。这其中，交流各国的先进技术与实践经验是行之有效的方法。"节能新世纪"论坛对美国艾杰中空玻璃技术股份有限公司副总裁Gerhard Reichert先生、其亚洲区销售总监James Gao先生的采访也是从节能玻璃的使用现状开始的。

一、节能玻璃在美洲的使用概况

    低辐射镀膜主要是为节能设计的，有助于减少空调或其他取暖设备的使用量，而且日光能透过玻璃照进室内。许多国家都参与提高低辐射镀膜的使用率，并使其广泛应用于住宅建筑玻璃、商业建筑玻璃、中空玻璃以及其它需要使用低辐射镀膜的玻璃产品。

    在北美，LOW-E中空玻璃的使用率在商业建筑上不超过20%，住宅建筑上大概占50%至60%。南美是一个发展中的市场，而且比中国、比亚洲发展得更慢。南美的中空玻璃市场已经开始慢慢形成了，虽然目前除了酒店，中空玻璃还没有得到广泛应用，低辐射镀膜玻璃的使用率相对更低。但全球的大势所趋，南美的节能玻璃也在发展中，只是与世界其它国家的发展相比，力度小一些、速度慢一些。

二、建筑节能的推动力

    建筑节能并非一朝一夕的事，需要多方长期的努力。其中政府、建筑师、房产开发商、房屋购买方等都是建筑节能强有力的推动者。各方以相互制约的形式存在，最终形成相互促进的良性循环。

    在美国，是否使用节能玻璃主要源于开发商与设计师的自发意愿。美国政府推行节能产品，但并不强行要求。多年来，在低辐射镀膜玻璃的使用方面，美国一直领先于欧洲的部分国家，如英国和爱尔兰，但落后于德国和瑞士。

    与政府大楼不同，商业建筑首先考虑的是利润。采用成本较高的节能玻璃，必然提升房屋最终的售价，这在以价格为杠杆的市场经济中，显然会略处于劣势。但如果住户能充分了解节能玻璃的优点，并且在能源价格逐渐上涨的趋势中由于节能玻璃的特性获得降低能耗支出的实际利益，那市场对节能型的房屋就有了比较稳定的需求。这将推动房产开发商更广地使用节能玻璃作为建材。当然，市场上也不乏一些具有前瞻性的企业，在消费者对节能玻璃的需求尚未成熟之前就着手开发节能类产品，以抢占先机，不落人后。而且在适当的时候开发高技术含量的产品，占有高端市场，也是企业抽身于低价竞争的良策。

    除了房产开发商与住户，对节能玻璃还有很大选择权的是美国的建筑师。建筑师的设计与选材会参照开发商对房屋最终节能效果的要求。所有商业建筑都经过建筑师设计，工程完工后，开发商会聘请独立的检测机构来检测节能达标情况。ASHRAE 是美国的热工程协会，在世界范围内享有很高的知名度。可基于它的相关标准对设计模型计算出热工效率。

    完善的市场机制使开发商－建筑师－住户－开发商这样一个循环能环环相扣，使投资方能较快地获得消费需求的信息，从而推动整体向更高技术的节能玻璃迈进。但市场的反映总需要一定的时间，而且一些耗能过分严重并且又正大兴土木的国家与地区更不能在等待中耗费更多的时间，浪费更多的能源。这种情况下，政府介入，利用法律法规淘汰或限制高耗能建筑，是十分必须并且行之有效的。

三、中空玻璃的新型暖边技术

    发明中空玻璃的初期是使用木材和绳子作为间隔条的，虽是暖边, 但其密封寿命太短。80年代，有效的暖边技术间隔条才推向市场。按照中空玻璃间隔材料分，市场上比较有代表性的中空玻璃有以下三种：无金属间隔条（超级间隔条）中空玻璃、槽铝式中空玻璃、部分金属间隔条式中空玻璃。

    中空玻璃最大的挑战是其隔热效果和密封寿命。虽然铝间隔条有40多年的历史，但中空玻璃市场的人士大都认为超级间隔条将逐步取代铝间隔条。超级间隔条是非金属的，所以它阻隔热的能力远远大于那些铝间隔条（铝的传导系数是它的987倍），从而更有效地阻止了热量的对流。有些中空玻璃中充入氩气是为了更好地阻隔热的传导，并可降低K值约0.2W/m?K。其次，中空玻璃阻隔水汽的能力也很重要。中空玻璃之所以能阻隔热量，最主要的是隔层内气体要干燥，一旦密封失效, 里面的气体就有水汽进入，那么这块中空玻璃也就失效了。使用超级间隔条的中空玻璃是目前为止密封寿命最长的。

    目前,中国市场上还没有完全接受暖边技术，暖边技术间隔条的市场份额还不到5%，其根本原因还是价格。1990年，北美市场铝间隔条的市场占有率是80%，而暖边技术间隔条只占20%。如今，北美市场上铝间隔条的市场占有率甚至不到20%，暖边技术间隔条已超过80%。这一串的数据再一次证明了暖边技术完全符合高效中空玻璃的发展趋势。

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