真空玻璃

隔声降噪隔热保温节能

真空玻璃是一种新型玻璃深加工产品，是基于保温瓶原理研发而成。真空玻璃的结构与中空玻璃相似，其不同之处在于真空玻璃空腔内的气体非常稀薄，几乎接近真空。

发明

1990年，在北京大学物理系已任教30多年的唐健正作为访问学者来到澳大利亚悉尼大学，开始与该校时任应用物理系主任的R．E．Collins教授联合研究平板真空玻璃。经过3年的努力，1993年，世界上首块1米×1米的平板真空玻璃样品问世。但发明人虽是唐健正与R．E．Collins两人，专利权却属于悉尼大学。1996年，悉尼大学把专利转让给日本板硝子玻璃公司，日本人在次年即开始批量生产真空玻璃。

简介

真空玻璃是新型玻璃深加工产品，是我国玻璃工业中为数不多的具有自主知识产权的前沿产品，它的研发推广符合我国鼓励自主创新的政策，也符合国家大力提倡的节能政策，在节能、隔音方面有很大的作用，具有良好的发展潜力和前景。

原理

从原理上看真空玻璃可比喻为平板形保温瓶，二者相同点是两层玻璃的夹层均为气压低于10-1pa的真空，使气体传热可忽略不计；二者内壁都镀有低辐射膜，使辐射传热尽可能小。二者不同点：一是真空玻璃用于门窗必须透明或透光，不能像保温瓶一样镀不透明银膜，镀的是不同种类的透明低辐射膜；二是从可均衡抗压的圆筒型或球型保温瓶变成平板，必须在两层玻璃之间设置“支撑物”方阵来承受每平方米约10吨的大气压，使玻璃之间保持间隔，形成真空层。“支撑物”方阵间距根据玻璃板的厚度及力学参数设计，在20mm-40mm之间。为了减小支撑物“热桥”形成的传热并使人眼难以分辨，支撑物直径很小，产品中的支撑物直径在0.3mm-0.5之mm间，高度在0.1mm-0.2mm之间。真空玻璃还有一个更好的功能那就是隔音，由于有真空层，无法传导噪音，所以真空玻璃可以隔绝百分之九十的噪音。

传热机理

由于结构不同，真空玻璃与中空玻璃的传热机理也有所不同。图2为简化的传热示意图，真空玻璃中心部位传热由辐射传热和支撑物传热构成，其中忽略了残余气体传热。而中空玻璃则由气体传热（包括传导和对流）和辐射传热构成。

由此可见，要减小因温差引起的传热，真空玻璃和中空玻璃都要减小辐射传热，有效的方法是采用镀有低辐射膜的玻璃（LOW-E玻璃），在兼顾其它光学性能要求的条件下，其发射率（也称辐射率）越低越好。二者的不同点是真空玻璃还要尽可能减小点阵支撑物的传热，

真空玻璃的保温隔热性能是基于真空保温瓶原理。钢化真空玻璃 V 玻产品的隔热效果超过 1 米厚的砖墙，是普通中空玻璃的 4~6 倍，U 值（也叫传热系数或 K值）低至 0.4 W/m2·K（欧洲 IFT 实验室报告）。

真空玻璃的隔声降噪性能基于声音在真空条件下不传播。钢化真空玻璃 V 玻计权隔声量达到 39 分贝（CTC国检集团报告），一般中空玻璃的计权隔声量为 28 分贝左右。

使用钢化真空玻璃 V 玻，即使在机场、高架桥或主干道旁，室内也如图书馆一样安静。

说明：计权隔声量越高，隔声效果越好。如室外噪音是 75 分贝，使用钢化真空玻璃 V 玻后，室内的声音为 36分贝（75-39=36），图书馆内一般为 40 分贝以下。

钢化真空玻璃V玻预期寿命可达25年以上拥有高真空内腔，使气体传热可以忽略，同时采用高性能Low-E玻璃，大幅抑制辐射传热，保证V玻的传热系数（U值）低至0.4W/(m2·K)。同时，V玻保温隔热性能是中空玻璃的2-4倍，是单片玻璃的6-10倍，独立使用即可达到国际被动房对门窗传热系数的要求。

隔音机理

真空玻璃和中空玻璃在结构和制作上完全不相同，中空玻璃只是简单的把两片玻璃粘合在一起，中间夹有空气层，而真空玻璃是在两片玻璃中间夹入胶片支撑，在高温真空环境下使两片玻璃完全融合，并且两片玻璃中间是真空的，真空状态下声音是无法传导的，当然由于真空玻璃的支撑成了声桥，所以真空度不可能达到百分百真空,但这些支撑只占玻璃的千分之一，这些只是微小的声桥就可以忽略不计。

产品优点

1. 低碳节能

真空玻璃依靠真空层特殊结构，有效阻隔室内外热量传导，传热系数U值在0.6Wm-2k-1以下，可低至0.3W/(m·K)，与墙体相近。可以显著减少空调电耗及污染物和温室气体的排放，减少环境污染。

2. 隔热保温

选用适当遮阳系数的真空玻璃，在夏季，能够有效控制太阳得热，保持室内凉爽；在冬季，当室外温度为-20℃时，真空玻璃的内表温度仅比室内空气温度低3-5℃，可以保持室内温暖舒适。

3. 隔声降噪

随着都市人口的密集和交通运输工具的增多，噪声污染日益严重，直接对人产生危害。真空玻璃的真空层可以有效地阻隔声音的传递，特别是对于穿透性较强的中低频率，效果十分显著。

4. 远离结露

真空玻璃具有超强的隔热保温性能，在寒冷的冬季，即使室外气温降到-30℃，室内玻璃表面的温度也与室温相近，远高于结露温度。

5. 应用广泛

真空玻璃内部为真空状态，不受环境气压的影响，适用于各种海拔地区；同时，真空玻璃应用于建筑物的各个位置都能保持其优异的性能不变，包括立面，斜面及屋顶，不存在中空玻璃平放时气体对流加大导致性能降低的问题。

产品种类

1．真空夹层玻璃

产品可做成单面夹层结构，也可以做成双面夹层结构， EVA膜（也称EN膜）厚度约为0.4和0.7mm两种。聚碳酸酯板厚度约为1.2mm。附加玻璃板在2.5mm到5mm之间选用，也可用钢化玻璃。真空夹层玻璃还有另外一种做法就是在两层玻璃中间灌胶水，然后通过加温烘干，也能做真空夹层玻璃，其特点是安全性和防盗性，同时其传热系数、隔声及抗风压等性能也优于真空玻璃原片，总厚度也比较薄。由于玻璃和夹胶层的热导较大，对热阻贡献较小，因而真空夹层玻璃的传热系数只比真空玻璃略小，但隔声性能会有较大提高。

2．“真空+中空”组合真空玻璃

此种结构相当于把真空玻璃当成一片玻璃再与附加玻璃板合成中空，附加玻璃板厚度一般选5或6mm的钢化玻璃，放在建筑物外侧，也可以做成“中空+真空+中空”的双面中空组合形式。

此类组合除解决安全性外，其隔热隔声性能也都有提高。特别是附加玻璃板也选用Low－E钢化玻璃时更使传热系数降低。

计算这种组合玻璃时首先要从原理上认识到，在我们所讨论的温度和温差范围内，热辐射波长是在远红外4—40μm波段，钠钙玻璃对此波段的电磁辐射基本上不透明，所以在计算三块以上玻璃的辐射热阻时，不必考虑透过第一块的辐射对第三块的影响，只要分段计算再相加即可，所以如果“真空+中空”组合的总热阻为R组合，可写成： R组合=R+R中空

式中R是真空玻璃的热阻

R中空是用两块与附加玻璃板等厚的玻璃制成的中空玻璃的热阻

算出的R组合只多算了一片玻璃的热阻，误差很小。

3．“真空夹层+中空”结构

此种结构传热系数与上述“真空+中空”相近，但此结构的优点除传热系数低并解决了安全性之外，厚度比“中空+真空+中空”薄，而且由于真空玻璃两侧不对称，减小了声音传播的共振，使隔声性能提高。

曾为北京某音乐教学楼制作了样品，为6+0.38EVA+4L+0.15V+4+12A+6结构，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计权隔声量最高级只差3dB。传热系数可在0.7-0.9Wm-2k-1之间，由LOW-E玻璃的选取来确定。

4．双真空层真空玻璃

此种结构的总热阻可看成两片真空玻璃热阻之和，如果是相同结构的真空玻璃，总热阻则为单一真空玻璃的两倍，即 R双真空=2R

式中R是单一真空玻璃的热阻

应该说明，结构中Low-E膜的位置不同，不影响K值，只影响实际使用时三片玻璃的温度分布。

双真空玻璃的热阻高，K值低，而且很薄，可做到约9mm厚，也可以制成双真空层夹层安全玻璃，具有很好的发展潜力。

新技术

随着科学技术发展，新材料、新工艺、新技术不断出现，真空玻璃本身的质量将会不断提高。生产工艺和设备也将不断更新，产量会不断扩大，成本也会不断降低。组合真空玻璃的品种也会不断增多。国内外的研究表明，对大多数地区而言，建筑物围护结构的传热系数应至少达到1Wm-2k-1的水平，过去大量使用的总厚度约390mm的37砖墙（外加砂浆）的传热系数约为1.7 Wm-2k-1 ，总厚度约410mm的37空心砖墙（外加厚砂浆）的传热系数已接近1 Wm-2k-1 。各种新型墙体的传热系数已可降到0.4至0.8 Wm-2k-1之间。而门窗则是建筑围护结构的能耗大户。单片5mm白玻的传热系数约为6.1 Wm-2k-1，比墙体差6倍以上，形象地比喻，每一扇非节能窗的能耗就相当于点着一盏数十瓦的长明灯在长年累月地消耗能量。三十多年前，在第一次石油危机之后，国外科学家就提出研制传热系数小于1的玻璃窗，称之为“超级玻璃窗”（Superwindows）。真空玻璃的出现，使这一设想成为轻易之举，双真空玻璃的出现，更将使我们进入“超级真空玻璃窗”阶段。

全钢化真空玻璃是真空玻璃的升级版，它不仅继承了真空玻璃的全部特性而且在性能上也有了很大的提升，其主要特点为使用的玻璃是全钢化后的安全玻璃，它可广泛应用于建筑物及车船门窗、保温箱柜（如：展示柜、冷藏柜）等各种需要透明隔热材料的领域。

发展趋势

居民消费结构升级、鼓励企业自主创新、新农村建设和城镇化进程等都将保证国内市场对玻璃产品的中长期需求增长趋势不变。随着建筑、汽车、装饰装修、家具、信息产业技术等行业的发展和人们对生活空间环境要求的提高，安全玻璃、节能中空玻璃等功能性加工产品得到广泛应用。平板玻璃的供求格局和消费结构正在发生变化。

玻璃行业的发展与国民经济的许多行业都存在着联系，玻璃行业对推动整个国民经济的发展都起着积极作用。因此“十一五”规划中也对玻璃产业的发展提出了具体要求。也颁布了各项法律法规来规范玻璃行业的健康发展。在新的形势下，玻璃工业必须按照科学发展观的要求，转变增长方式，有效调整产业结构，才能促进行业健康发展。

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