真空玻璃外墻上的運用

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真空玻璃作為新一代節能玻璃，自北京新立基真空玻璃技術有限公司首次將其投放到國內市場以來得到了快速發展。目前已經有北京天恒大廈、清華大學超低能耗示范樓、樂瀾寶邸俱樂部等十多個建成項目使用了公司生產的真空玻璃。其中北京天恒大廈為高檔寫字樓工程。該樓地上22層，總建筑面積5萬7千多平方米，真空玻璃幕墻7000多平方米，真空玻璃窗2500平方米，所用真空玻璃傳熱系數小于1.2Wm-2k-1,計權隔聲量高于36dB。它是世界首座全真空玻璃大廈，也是世界首座采用大面積真空玻璃幕墻的大廈。

玻璃幕墻與其它幕墻相比具有很多優點，同時在發展初期產生了保溫隔熱性能差和光污染等問題。隨著科學技術的發展，尤其是玻璃深加工行業的快速崛起，這些問題正在被逐步解決，其中，北京新立基真空玻璃技術有限公司致力發展的真空玻璃系列產品為玻璃幕墻提供了一種優質材料，為建筑設計師提供了一種新選擇。

一.真空玻璃運用在幕墻上的性能優勢

真空玻璃最基本的品種是標準真空玻璃，即一塊普通浮法玻璃加上一塊低輻射鍍膜玻璃（Low-E玻璃）。目前國內市場上有三種Low-E玻璃可用于標準真空玻璃的生產。表1是用三種Low-E玻璃生產的標準真空玻璃的K值。

表1

序號類別Low-E膜發射率K值（Wm-2k-1）

14L+0.15V+40.201.12

24L+0.15V+40.171.03

34L+0.15V+40.100.82

注0.15V：0.15mm真空層

4L：4mmLow-E玻璃

4：4mm白玻表面發射率0.84

從表1可以看到，真空玻璃的保溫性能與市場上現有玻璃相比具有明顯優勢。目前市場上普通中空玻璃的K值在3.0Wm-2k-1左右，一般Low-E中空玻璃的K值在2.0Wm-2k-1左右，好的充惰性氣體的Low-E中空玻璃K值可以做到1.4~1.6Wm-2k-1。

除傳熱系數比中空玻璃低之外，真空玻璃還兼有下列優點：

1．由于熱阻高，防結露結霜性能更好。

2．由于間隔是真空，因而具有下列優點：

隔聲性能好，特別是低頻段隔聲性能優于同樣厚度玻璃構成的中空玻璃

不存在中空玻璃存在的內結霧結露問題

不存在中空玻璃水平放置時氣體熱導變化問題

不存在中空玻璃運到高原低氣壓地區的脹裂問題

3．由于兩片玻璃形成剛性連結，抗風壓強度高于同等厚度玻璃構成的中空玻璃。比如，4mm玻璃構成的真空玻璃，抗風壓強度高于8mm厚玻璃，是4mm玻璃構成的中空玻璃的一倍半以上。

4．由于是全玻璃材料密封，內部又加有吸氣劑，所用的Low-E膜是“硬膜”，不是易氧化變質變色的離線“軟膜”，只要制造工藝和設備先進，真空玻璃使用壽命遠比用有機材料密封的中空玻璃長得多。

5．厚度比中空玻璃薄一倍以上，不僅可節省窗框材料，而且可以當成一片玻璃配合其它玻璃深加工技術組合成“夾層真空”、“真空+中空”、“自潔真空”等具有各種性能的“組合真空玻璃”。這種與其它深加工技術的兼容性，不僅可促進其它技術的發展，同時也正好可彌補真空玻璃的不足之處。例如目前還不能制造鋼化真空玻璃，但可利用組合技術來解決安全性問題。

真空玻璃的上述優點使其具有綜合性能優勢。

二.真空玻璃安全問題

1.真空玻璃安全問題解決方案

由于真空玻璃的生產需要在高溫爐內把玻璃加熱到450℃以上，因此鋼化玻璃和夾層玻璃不能直接用于真空玻璃的生產。那么，由兩片普通平板玻璃原片制成的真空玻璃就不符合建筑安全玻璃的要求，其應用就受到了很大限制。

如何能使真空玻璃成為建筑安全玻璃呢？上述“組合真空玻璃”的方法正好可以解決此問題。例一，把真空玻璃看成一片原片，使用鋼化玻璃或夾層玻璃在真空玻璃的兩個面上分別合一層中空玻璃，形成中空+真空+中空的結構，見圖1。例二，把真空玻璃看成一片原片，在真空玻璃的兩個面上分別合一層夾層玻璃，其結構上等同于用兩片夾層玻璃制成的真空玻璃，見圖2。

圖1

圖2

北京天恒大廈和清華大學超低能耗示范樓兩項工程用的就是圖1結構的“組合真空玻璃”，圖2結構的夾層真空玻璃準備用在北京某辦公樓項目中。對比兩種結構，我們認為，圖1結構外層鋼化玻璃保護著里層的真空玻璃，通常該組合玻璃具有安全防護性能和所需的抗風壓性能。但是，由于其內部仍含有能破碎傷人的普通玻璃，能否算安全玻璃仍需在制定標準時認定。圖2結構的夾層真空玻璃則是一種符合目前標準的安全玻璃。

通常的夾層玻璃制造工藝有灌漿法和膠片法。灌漿法也稱為濕法，是將膠液灌注于兩片玻璃之間，待膠液固化以后形成夾層玻璃。灌漿法由于受膠水質量和設備的限制，夾層玻璃的質量難以得到保障。膠片法也稱之為干法，通常有兩種工藝。一種是使用PVB膜，通過予壓工序，最終在130℃左右，12kg/cm2壓力作用下成型的方法。由于真空玻璃是通過微小支撐物支撐起兩片玻璃，兩片玻璃中間具有真空層的結構，該結構使玻璃承受了一個大氣壓力（約1kg/cm2）的作用，如果使用PVB膜成型工藝，等于在玻璃上施加了12kg/cm2的壓力，真空玻璃在如此高的壓力下將會被壓碎，所以，用PVB高壓成型法合成真空夾層玻璃是困難的。另一種是使用EVA膜（也稱EN膜）采用真空一步法成型工藝制成。所謂真空一步法成型工藝是將合好EVA膜的玻璃直接放在特制的硅膠袋中，通過對硅膠袋抽真空，使外界空氣對硅膠袋施加1個大氣壓力，硅膠袋把壓力作用到玻璃上，再把硅膠袋放入加熱爐中，使溫度升高到100~115℃而成型的一種方法。該種方法，由于作用在玻璃上的力還是1個大氣壓力，與真空玻璃被加工前是相同的，因此不會被破壞。

目前新立基公司已成功試制出EVA真空夾層玻璃并通過了性能檢測。

表2的試驗，確定了EVA真空夾層玻璃的安全性能。

表2

試驗樣品4+0.38EVA+4+0.15真空層+4+0.38EVA+4（原片玻璃為普通浮法玻璃）

試驗標準GB9962—1999《夾層玻璃》

試驗單位國家安全玻璃及石英玻璃質量監督檢驗中心

試驗結果合格符合Ⅱ-2類夾層玻璃要求

由于幕墻有明框和隱框之分。隱框幕墻對于玻璃的安全性要求更高。我們根據已申請的專利對圖1和圖2中組合真空玻璃的結構進行了改進，新結構如圖3所示。

圖3

圖4

圖1和圖2結構存在一種隱患，即一旦受到強烈外力沖擊導致真空玻璃破裂，在失去每平方米10噸的大氣壓合力后，僅靠周邊的玻璃焊料難以避免真空玻璃沿邊緣開裂而使部分玻璃脫落造成危險。

圖3和圖4結構與中空玻璃結構類似，避免了真空玻璃焊料因直接承受外力而導致邊緣開裂的危險，使玻璃整體安全性能更高。

2.安全真空玻璃的性能特點

安全真空玻璃除了滿足安全性要求以外，還有以下性能特點。

（1）熱性能

圖1和圖3結構的安全真空玻璃在熱性能方面除真空玻璃的熱阻外，還要增加兩層中空玻璃的熱阻。表3為此結構玻璃的理論計算K值。

表3

標準真空玻璃原K值標準真空玻璃兩面各加一層6mm中空的K值標準真空玻璃兩面各加一層6mm中空其中一塊玻璃為發射率0.17的Low-E玻璃的K值

1.120.850.80

1.030.800.75

0.810.670.63

注：K值單位Wm-2k-1

由表3可以看到該結構的真空玻璃K值在標準真空玻璃的基礎上進一步降低了。

圖2和圖4結構的安全真空玻璃由于只增加了玻璃和膠層，對熱阻貢獻不大，因此K值只是略有降低。

（2）隔聲性能

“組合真空玻璃”增加了玻璃和膠層，由于質量定律和膠層的彈性減震作用，計權隔聲量在標準真空玻璃的基礎上提高了5~12分貝。例如：為北京某音樂教學樓制作的“夾層真空+中空”組合真空玻璃，結構為6+0.38EVA+4L+0.15V+4+12A+6，總厚度32.5mm,經清華大學建筑物理實驗室實測計權隔聲量為42dB，離玻璃幕墻國家標準隔聲性能最高級只差3dB。

（3）耐水性能和抗紫外線性能

由于EVA膜比PVB膜具有更優越的耐水和吸收紫外線的性能，因此EVA夾層玻璃比PVB夾層玻璃更適合于在室外使用，也更有利于保護組合于其中的標準真空玻璃。

（4）組合新的功能

圖1至圖4各種結構都可以在外層玻璃上使用各種功能玻璃進行性能的疊加。

例如，使用自潔凈玻璃使玻璃幕墻具有自潔凈功能，使用防火玻璃使玻璃幕墻具有防火功能。

在圖2和圖4結構中，可以在真空玻璃的一面或兩面使用兩層EVA膜，兩層膜中間夾一層PC板或PET板，用來增強玻璃的抗沖擊性能和防盜性能。另外還可以在兩層EVA膜中間夾一層液晶調光膜，制成調光真空夾層玻璃。

三.真空玻璃在幕墻上的應用前景

真空玻璃在幕墻上的應用還處在起步階段，目前還有許多問題有待我們去解決。但是，我們不能忽視真空玻璃在玻璃幕墻領域的巨大潛力。

對于玻璃材料而言，當前真空玻璃的保溫隔熱性能已經處于領先的地位。從長遠來看，這種領先優勢還將不斷擴大。

隨著科技的進步，在不遠的將來，我們能夠使用發射率更低的Low-E玻璃，還能夠把真空玻璃支撐物的熱導做得更小。經過計算，如果我們使用發射率為0.05的Low-E玻璃，并把現有支撐物的熱導在現有基礎上縮小一半，標準真空玻璃的K值可小于0.5Wm-2k-1；如果使用兩塊發射率0.05的Low-E玻璃，加上一塊白玻做成雙真空層玻璃，其K值可小于0.3Wm-2k-1，而厚度可小于10mm。

將來還有可能直接用鋼化玻璃加工真空玻璃，一方面有利于進一步降低真空玻璃的K值，另一方面使得真空玻璃的安全性能更高。

總之，真空玻璃的發展，對于玻璃幕墻而言可能意味著一次革命。