真空玻璃在幕墙上的应用

真空玻璃在幕墙上的应用

真空玻璃作为新一代节能玻璃，自北京新立基真空玻璃技术有限公司首次将其投放到国内市场以来得到了快速发展。目前已经有北京天恒大厦、清华大学超低能耗示范楼、乐澜宝邸俱乐部等十多个建成项目使用了公司生产的真空玻璃。其中北京天恒大厦为高档写字楼工程。该楼地上22层，总建筑面积5万7千多平方米，真空玻璃幕墙7000多平方米，真空玻璃窗2500平方米，所用真空玻璃传热系数小于1.2Wm-2k-1,计权隔声量高于36dB。它是世界首座全真空玻璃大厦，也是世界首座采用大面积真空玻璃幕墙的大厦。

玻璃幕墙与其它幕墙相比具有很多优点，同时在发展初期产生了保温隔热性能差和光污染等问题。随着科学技术的发展，尤其是玻璃深加工行业的快速崛起，这些问题正在被逐步解决，其中，北京新立基真空玻璃技术有限公司致力发展的真空玻璃系列产品为玻璃幕墙提供了一种优质材料，为建筑设计师提供了一种新选择。

一、真空玻璃运用在幕墙上的性能优势

真空玻璃最基本的品种是标准真空玻璃，即一块普通浮法玻璃加上一块低辐射镀膜玻璃（Low-E玻璃）。目前国内市场上有三种Low-E玻璃可用于标准真空玻璃的生产。表1是用三种Low-E玻璃生产的标准真空玻璃的K值。

表1

序号

类别

Low-E膜发射率

K值（Wm

^-2

k

^-1

）

1

4L+0.15V+4

0.20

1.12

2

4L+0.15V+4

0.17

1.03

3

4L+0.15V+4

0.10

0.82

注0.15V: 0.15mm真空层

4L: 4mm Low-E玻璃

4: 4mm白玻表面发射率0.84

从表1可以看到，真空玻璃的保温性能与市场上现有玻璃相比具有明显优势。目前市场上普通中空玻璃的K值在3.0 Wm-2k-1左右，一般Low-E中空玻璃的K值在2.0 Wm-2k-1左右，好的充惰性气体的Low-E中空玻璃K值可以做到1.4~1.6 Wm-2k-1。

除传热系数比中空玻璃低之外，真空玻璃还兼有下列优点:

1.由于热阻高，防结露结霜性能更好。

2.由于间隔是真空，因而具有下列优点:

隔声性能好，特别是低频段隔声性能优于同样厚度玻璃构成的中空玻璃

不存在中空玻璃存在的内结雾结露问题

不存在中空玻璃水平放置时气体热导变化问题

不存在中空玻璃运到高原低气压地区的胀裂问题

3.由于两片玻璃形成刚性连结，抗风压强度高于同等厚度玻璃构成的中空玻璃。比如，4mm玻璃构成的真空玻璃，抗风压强度高于8mm厚玻璃，是4mm玻璃构成的中空玻璃的一倍半以上。

4. 由于是全玻璃材料密封，内部又加有吸气剂，所用的Low-E膜是“硬膜”，不是易氧化变质变色的离线“软膜"，只要制造工艺和设备先进，真空玻璃使用寿命远比用有机材料密封的中空玻璃长得多。

5.厚度比中空玻璃薄一倍以上，不仅可节省窗框材料，而且可以当成一片玻璃配合其它玻璃深加工技术组合成“夹层真空”、“真空+中空”、“自洁真空”等具有各种性能的“组合真空玻璃”。这种与其它深加工技术的兼容性，不仅可促进其它技术的发展，同时也正好可弥补真空玻璃的不足之处。例如目前还不能制造钢化真空玻璃，但可利用组合技术来解决安全性问题。

真空玻璃的上述优点使其具有综合性能优势。

二、真空玻璃安全问题

1.真空玻璃安全问题解决方案

由于真空玻璃的生产需要在高温炉内把玻璃加热到450℃以上，因此钢化玻璃和夹层玻璃不能直接用于真空玻璃的生产。那么，由两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，其应用就受到了很大限制。

如何能使真空玻璃成为建筑安全玻璃呢?上述“组合真空玻璃”的方法正好可以解决此问题。例一，把真空玻璃看成一片原片，使用钢化玻璃或夹层玻璃在真空玻璃的两个面上分别合一 层中空玻璃，形成中空+真空+中空的结构，见图1。例二，把真空玻璃看成一片原片，在真空玻璃的两个面上分别合一层夹层玻璃， 其结构上等同于用两片夹层玻璃制成的真空玻璃，见图2。

 

北京天恒大厦和清华大学超低能耗示范楼两项工程用的就是图1结构的“组合真空玻璃”，图2结构的夹层真空玻璃准备用在北京某办公楼项目中。对比两种结构，我们认为，图1结构外层钢化玻璃保护着里层的真空玻璃，通常该组合玻璃具有安全防护性能和所需的抗风压性能。但是，由于其内部仍含有能破碎伤人的普通玻璃，能否算安全玻璃仍需在制定标准时认定。图2结构的夹层真空玻璃则是一种符合目前标准的安全玻璃。

通常的夹层玻璃制造工艺有灌浆法和胶片法。灌浆法也称为湿法，是将胶液灌注于两片玻璃之间，待胶液固化以后形成夹层玻璃。灌浆法由于受胶水质量和设备的限制，夹层玻璃的质量难以得到保障。胶片法也称之为干法，通常有两种工艺。一种是使用PVB膜，通过予压工序，最终在130℃左右，12kg/cm2压力作用下成型的方法。由于真空玻璃是通过微小支撑物支撑起两片玻璃，两片玻璃中间具有真空层的结构，该结构使玻璃承受了一个大气压力（约1 kg/cm2）的作用，如果使用PVB膜成型工艺，等于在玻璃上施加了12kg/cm2的压力，真空玻璃在如此高的压力下将会被压碎，所以，用PVB高压成型法合成真空夹层玻璃是困难的。另一种是使用EVA膜（也称EN膜）采用真空一步法成型工艺制成。所谓真空一步法成型工艺是将合好EVA膜的玻璃直接放在特制的硅胶袋中，通过对硅胶袋抽真空，使外界空气对硅胶袋施加1个大气压力，硅胶袋把压力作用到玻璃上，再把硅胶袋放入加热炉中，使温度升高到100~115℃而成型的一种方法。该种方法，由于作用在玻璃上的力还是1个大气压力，与真空玻璃被加工前是相同的，因此不会被破坏。

目前已有EVA真空夹层玻璃并通过了性能检测。

 

表2的试验，确定了EVA真空夹层玻璃的安全性能。

表2

试验样品

4+0.38EVA+4+0.15真空层+4+0.38EVA（原片玻璃为普通浮法玻璃）

试验标准

GB9962-1999《夹层玻璃》

试验单位

国家安全玻璃及石英玻璃质量监督检验中心

试验结果

合格 符合Ⅱ-2类夹层玻璃要求

由于幕墙有明框和隐框之分。隐框幕墙对于玻璃的安全性要求更高。我们根据已申请的专利对图1和图2中组合真空玻璃的结构进行了改进，新结构如图3所示。

图1和图2结构存在一种隐患，即一旦受到强烈外力冲击导致真空玻璃破裂，在失去每平方米10吨的大气压合力后，仅靠周边的玻璃焊料难以避免真空玻璃沿边缘开裂而使部分玻璃脱落造成危险。

图3和图4结构与中空玻璃结构类似，避免了真空玻璃焊料因直接承受外力而导致边缘开裂的危险，使玻璃整体安全性能更高。

2.安全真空玻璃的性能特点

安全真空玻璃除了满足安全性要求以外，还有以下性能特点。

（1）热性能

图1和图3结构的安全真空玻璃在热性能方面除真空玻璃的热阻外，还要增加两层中空玻璃的热阻。

 

表3为此结构玻璃的理论计算K值。

标准真空玻璃原K值

标准真空玻璃两面各加一层6mm中空的K值

标准真空玻璃两面各加一层6mm中空其中一块玻璃为发射率0.17的low-E玻璃的K值

1.12

0.85

0.80

1.03

0.80

0.75

0.81

0.67

0.63

注：K值的单位Wm

^-2

k

^-1

由表3可以看到该结构的真空玻璃K值在标准真空玻璃的基础上进一步降低了。

图2和图4结构的安全真空玻璃由于只增加了玻璃和胶层，对热阻贡献不大，因此K值只是略有降低。

（2）隔声性能

“组合真空玻璃”增加了玻璃和胶层，由于质量定律和胶层的弹性减震作用，计权隔声量在标准真空玻璃的基础上提高了5~12分贝。例如：为北京某音乐教学楼制作的“夹层真空+中空”组合真空玻璃，结构为6+0.38EVA+4L+0.15V+4+12A+6，总厚度32.5mm,经清华大学建筑物理实验室实测计权隔声量为42dB，离玻璃幕墙国家标准隔声性能最高级只差3 dB。

（3）耐水性能和抗紫外线性能

由于EVA膜比PVB膜具有更优越的耐水和吸收紫外线的性能，因此EVA夹层玻璃比PVB夹层玻璃更适合于在室外使用，也更有利于保护组合于其中的标准真空玻璃。

（4）组合新的功能

图1至图4各种结构都可以在外层玻璃上使用各种功能玻璃进行性能的叠加。

例如，使用自洁净玻璃使玻璃幕墙具有自洁净功能，使用防火玻璃使玻璃幕墙具有防火功能。在图2和图4结构中，可以在真空玻璃的一面或两面使用两层EVA膜，两层膜中间夹一层PC板或PET板，用来增强玻璃的抗冲击性能和防盗性能。另外还可以在两层EVA膜中间夹一层液晶调光膜，制成调光真空夹层玻璃。

 

三.真空玻璃在幕墙上的应用前景

 

真空玻璃在幕墙上的应用还处在起步阶段，目前还有许多问题有待我们去解决。但是，我们不能忽视真空玻璃在玻璃幕墙领域的巨大潜力。

对于玻璃材料而言，当前真空玻璃的保温隔热性能已经处于领先的地位。从长远来看，这种领先优势还将不断扩大。

随着科技的进步，在不远的将来，我们能够使用发射率更低的Low-E玻璃，还能够把真空玻璃支撑物的热导做得更小。经过计算，如果我们使用发射率为0.05的Low-E玻璃，并把现有支撑物的热导在现有基础上缩小一半，标准真空玻璃的K值可小于0.5 Wm-2k-1；如果使用两块发射率0.05的Low-E玻璃，加上一块白玻做成双真空层玻璃，其K值可小于0.3 Wm-2k-1，而厚度可小于10mm。

将来还有可能直接用钢化玻璃加工真空玻璃，一方面有利于进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。

总之，真空玻璃的发展，对于玻璃幕墙而言可能意味着一次革命。