1 中空玻璃的结构、性能与发展历程 现代建筑技术概论课程论文 中空玻璃的结构、性能与发展历程 [摘要] 先介绍中空玻璃的概念然后分析其结构、密封形式、性能以及如何 提高其性能最后阐述其发展历程。 [关键词] 中空玻璃 中空玻璃是由两片或多片平板玻璃组成玻璃周边用间隔条隔离在玻璃之间形成一定厚度的空气或其它气体层用弹性密封胶胶结密封或焊接、熔接密封, 为保证中空玻璃的性能在间隔框内充有干燥剂以吸收湿气。一般来说这种产品的使用寿命主要取决于干燥剂的吸湿能力和密封效果。 中空玻璃是一种节能环保型采光...
1 中空玻璃的结构、性能与发展历程 现代建筑技术概论课程论文 中空玻璃的结构、性能与发展历程 [摘要] 先介绍中空玻璃的概念然后分析其结构、密封形式、性能以及如何 提高其性能最后阐述其发展历程。 [关键词] 中空玻璃 中空玻璃是由两片或多片平板玻璃组成玻璃周边用间隔条隔离在玻璃之间形成一定厚度的空气或其它气体层用弹性密封胶胶结密封或焊接、熔接密封, 为保证中空玻璃的性能在间隔框内充有干燥剂以吸收湿气。一般来说这种产品的使用寿命主要取决于干燥剂的吸湿能力和密封效果。 中空玻璃是一种节能环保型采光玻璃具有良好的保温隔热、隔音、防结露性能是我国建筑节能门窗首选推荐产品同时广泛应用于车、船及冰箱冷柜等领域。 中空玻璃的结构 无论双层还是多层中空玻璃其结构均是由玻璃、密封胶、间隔框条及干燥剂组合形成充满中间介质的玻璃空腔结构。 1. 玻璃。玻璃是组成中空玻璃的主要材料它可以是普通浮法玻璃、镀膜玻璃热反射膜或低辐射膜玻璃 、吸热玻璃各种着色玻璃 、安全玻璃钢化、夹层玻璃 等 并向自洁净玻璃等功能玻璃方向发展。 应避免使用普通平板玻璃它的透明度及强度均达不到要求。 2. 封胶。中空玻璃的密封胶有两种即第一道密封胶和第二道密封胶。第一道密封胶一般使用热融性丁基胶它具有很低的水汽透过率和较高的粘性是隔条侧面和玻璃之间阻挡水汽的最有效屏障 对延长中空玻璃的使用寿命作用很大但它需要由专用机器加热、加压挤出涂布在隔条两侧。 第二道密封胶主要实现玻璃板和间隔框 条 之间的结构性粘接 有聚硫胶、硅酮胶和聚氨脂胶等。 其中聚硫胶是目前用量最大的一种 它具有良好的耐油性、耐溶性及密封性。硅酮胶具有结构性、耐老化性及抗紫外线性能但它的致命弱点是水汽透过率高故适用于光照强、环境差的地方如玻璃幕墙等。 3. 间隔框(条)。 目前的间隔框有以铝合金为主要材料的管型间隔框、 胶条间 2 隔条、钢箔制造的 U 型间隔条。 4. 干燥剂。干燥剂使中空玻璃空腔内的介质气体保持干燥目前使用的干燥剂主要有三种类型对挥发物吸收能力较好的对惰性气体的吸附量最低的普通分子筛。分子筛是最常用的它要求有合适的粒度1mm1.5mm及硬度且使用环境要干燥避免潮湿及长时间裸露以确保中空环境的质量。 5. 中间介质气体。中空玻璃的介质气体最初为干燥空气后来随着人们使用需求的增加中间介质气体延伸为充入惰性气体包括氩气、氪气和六氟化硫等。 其中氩气和氪气的主要作用是提高隔热效果六氟化硫的主要作用是提高隔音效果。 中空玻璃的密封形式 中空玻璃自 19 世纪末发明至今已逐渐成为一种成熟产品并广泛应于建筑领域 它基本上都采用双道密封 其密封体系的形式主要区别在干燥剂和间隔框结合的方式生产工艺也有很大的差别。 1. 管型间隔框 管型间隔框一般是辊压成型的金属间条 材质多为合金铝。 加工中空玻璃时在间条空腔内填充中空玻璃专用的颗粒状干燥剂A3 型分子筛, 在间条内侧预留有吸附孔使用时干燥剂通过吸附孔吸收气体层的湿气保证产品的使用功能。 目前 这种间隔框主要有两种成框工艺 即插角组框和折角组框。 从性能看插角组框的插角连接处是主要的湿气渗透途径 占湿气渗透总量的 70% 折角组框取消了插角减少了湿气渗透量从而延长中空玻璃的使用寿命。另外在生产过程中 插角组框更容易出现角部密封不严的问题使中空玻璃的寿命相应缩短。 值得注意的是折角组框能提高产品的使用寿命 但生产需要专用的弯管设备制造成本有所增加。 插角组框和折角组框中空玻璃设计寿命比较 形式 产品尺寸 干燥剂 年透水率 g/年 设计寿命 年 填充量 g 饱和吸水值 g 插角组框 标准 486 870 066 133 1m×1m 1176 211 082 257 折角组框 标准 520 938 011 853 1m×1m 1220 220 027 815 管型间隔条一般采用铝合金材质由于其热传导性好这种中空玻璃边部会通过铝框的传导产生热损耗使玻璃边部温度降低而形成“冷边” 因此金属 3 铝框也称为冷边隔框。据调查 “冷边”损失的能量是玻璃中心部分 2.2 倍。 2. 胶条间隔条 与铝合金条相比胶条隔条是暖边隔框它能使中空玻璃边部的温度提高5℃左右克服冷边效应极大改善边部的节能效果。目前应用较广的胶条间隔有两种类型。一种是挤压成型的连续带状材料由密封剂、干燥剂和整体铝隔片组成 密封剂组成是一种高性能聚合物。粉末状的分子筛干燥剂均匀地分散在密封剂中整体铝隔片是一种波浪形带嵌入密封剂和干燥剂的制剂中。中空玻璃在胶条外围使用的第二道密封材料与金属隔条相同都采用硅酮或多硫化合物。 另一种胶条是弹性海绵体干燥隔离条 设计为长方形 材料为硅橡胶海绵体内中含有干燥物条的两侧含有结构性的丙烯酸粘合剂背面覆盖着一层防潮湿的锡箔膜。此外该间隔条中空玻璃第二道密封有别于其他间隔条的第二道密封它通常采用热融丁烯橡胶二次密封。 胶条是弹性材料在玻璃拐角处易成型不需要贵重的专用设备进行加工就可以生产特别在生产异形中空玻璃时制造成本低优势明显。但因胶条自身强度不高中空玻璃结构稳定性较差在大尺寸中空玻璃特别是幕墙玻璃方面应用受到局限。目前主要用于门窗。 3. U 型间隔条 U 型间隔条一般采用钢箔制造可切口折角扣联搭接组框在条内及侧边填注含干燥剂的丁基密封胶。这种组框模式取代管型隔条、干燥剂、接插角及一次丁基密封胶的功能是一种新型的折角组框中空玻璃。U 型间隔条集中了两类间隔条的优点 简化产品构造的同时 保留了产品的结构强度 同时制造工艺简单生产效率高产品成本下降 20%左右是新一代中空玻璃的发展方向。 在 U 型间隔条中 还有一种生产工艺 即 U 型间隔条和管型间隔条搭配使用方法是内充干燥剂的管型间隔条嵌入 U 型间隔条内。因 U 型间隔条强度高这种结构主要适用于超大尺寸的幕墙玻璃。 目前 我国中空玻璃的生产方法主要采用管型间隔条法并逐步向胶条间隔条发展。 中空玻璃的性能 我国的建筑耗能约占全国总能耗量的 1/4其中建筑门窗的能耗约占建筑物全部热损失的 50%而建筑门窗中玻璃所占的面积越来越大各种铝合金门窗、塑料门窗、玻璃钢门窗中玻璃约占总面积的 65%~70%合理选用节能玻璃是建筑节能的重要环节中空玻璃应运而生。 1. 隔热性能。中空玻璃的隔热效果取决于其隔热系数和透光度。玻璃的导热系数是 0.77w/㎡k而空气的导热系数是 0.028w/㎡k仅为前者的 1/27由于玻璃的导热系数高热量吸收或散失非常大所以普通单层平板玻璃本身 4 几乎没有隔热能力。中空玻璃利用空气的导热系数小并且密封的空气层不会产生对流使室内外之间的能量交换大大降低可获得显著的隔热效果若将空气置换为某些特殊气体则效果更为明显。 中空玻璃的透光度也比普通单片玻璃有所降低。近年来随着玻璃表面镀膜等新技术的应用 减少了间层的辐射换热量 这些都提高了中空玻璃的隔热性能。通过下列表格我们可以作定量的了解 中空玻璃与其它材料的传热系数比较 材料名称 传热系数 [W/(m2.k)] 3mm 平板玻璃 5mm 平板玻璃 6mm 平板玻璃 12mm 双层中空玻璃3+6+3 18mm 双层中空玻璃3+12+3 22mm 双层中空玻璃5+12+5 33mm 三层中空玻璃3+12+3+12+3 双层低辐射镀膜中空玻璃 双层彩色热反射膜中空玻璃 双层低辐射膜氩气中空玻璃 100mm 厚混凝土砖墙 370mm 厚一面抹灰砖墙 20mm 厚木板 6.84 6.72 6.69 3.59 3.22 3.22 2.11 1.6 1.8 1.3 3.26 2.09 2.67 气体间层内充以不同气体时的传热系数 气体间层厚度 mm 气体种类 传热系数 [W/(m2.k)] 12 空气 1.9 12 氩气 1.5 14 氩气 1.3 各种中空玻璃的透光度 玻璃结构 透光度 单片玻璃 90% 普通双层中空玻璃 84% 5 三层中空玻璃 72% 低辐射中空玻璃 7080% 彩色热反射中空玻璃 3860% 2. 隔音性能。 据资料表明使用单片玻璃可降低噪音 20-22 分贝 而使用双层中空玻璃便可降低 29-30 分贝。 提高中空玻璃的隔音效果一般采用厚度不对称的玻璃板、在间隔层充入六氟化硫等特殊气体和利用 PVB 胶片对声波的阻尼作用 使用夹层玻璃。采取以上方法中空玻璃的隔音效果可达 45 分贝。 3. 中空玻璃的防结露、降低冷辐射和安全性能。 由于中空玻璃内部存在着可吸附水分子的干燥剂 气体是干燥的在温度降低时中空玻璃的内部也不会生产凝露的现象并使其外表面结露点升高。比如当室外风速为 5m/s室内温度 20℃相对湿度为 60%时5 毫米玻璃在室外温度为 8℃时开始结露 而 16 毫米 5+6+5 中空玻璃在同样条件下 室外温度为-2℃时才结露27 毫米5+6+5+6+5三层中空玻璃在室外温度为-11℃时才开始结露。 由于中空玻璃的隔热性能好中空玻璃两侧可以形成较大的温差因而可以使冷辐射降低。比如当室外温度为-10℃时单层玻璃的室内窗前温度为-2℃而中空玻璃室内窗前温度可为 13℃在相同的房屋结构中当室外温度为-8℃室内温度为 20℃时3 毫米普通单层玻璃冷辐射区域占室内空间的 67.4%,而采用双层中空玻璃3+6+3则为 13.4%。 使用中空玻璃 可以提高玻璃的安全性能。 在使用相同厚度的玻璃的情况下中空玻璃的抗风压强度是普通单片玻璃的 1.5 倍。 如何提高中空玻璃的隔热性能 隔热性能是中空玻璃各项优越性能中最突出的也是节能的关键因此如何提高隔热性成为我们关注的焦点。 首先应合理选择气体间层的厚度。气体间层的厚度影响对流换热的强度对流换热是气体与玻璃表面接触的传热过程 其热绝缘作用主要取决于两层玻璃与气体间层相接触的界面上的边界层厚度。 据分析 当空气层厚度小于 10mm 时传热系数随其厚度的增加而显著降低 当空气层厚度超过 20mm 时 增加厚度对降低传热系数几乎没有影响可见 更厚的空气层对中空玻璃的隔热性能已没有多少贡献反而会增加产品成本。中空玻璃气体间层的厚度宜在 4~18mm 之间以 12mm 为最佳目前的产品一般选择 6mm 或 12mm。另外也可以采取增加气体层层数的办法提高隔热如双层中空玻璃。 其次合理选择气体的种类。前面已提到过不同气体的导热系数不同采 6 用氩气、氪气等作气体间层隔热效果比空气好但成本较高选择空气、氮气作气体间层则成本较低。此外气体湿度不同其导热系数也不相同随着气体中含水量的增加导热系数会增高气体间层的热绝缘作用则降低了。因此要选用质优的干燥剂以使气体保持干燥例如气体间层中的气体是空气时其含水量宜控制在 2.20×10ˉ4以下。 第三选择多样化的基片玻璃。不难看出用以上改变气体层厚度、改变气体种类等方法提高中空玻璃的隔性性能其作用是有限的而且会增加产品的成本改善玻璃的自身性能才是关键这也是中空玻璃发展的趋势。 由于中空玻璃的传热主要是辐射传热采用涂层镀膜、彩色玻璃制中空玻璃来减少间层的辐射换热是提高中空玻璃隔热性的根本措施。 近年来随着玻璃镀膜技术的提高 出现了能反射红外和远红外的低辐射玻璃对太阳能反射率很高的热反射玻璃、 对光吸收率很高的吸热玻璃等新型镀膜玻璃可大大提高中空玻璃的整体节能性和使用效果。 从对中空玻璃的隔热原理分析中可以看出 中空玻璃的空气层是影响隔热能力的关键。 而通过空气层传热最多的是辐射传热 因此减少辐射传热对提高中空玻璃的隔热能力效果最为显著。低辐射玻璃有很低的表面辐射率镀膜面的辐射率可以达到 0.08-0.15是普通玻璃表面辐射率(0.84)的 1/5-1/10从而使通过空气层的辐射传热大为减小 同时 低辐射膜层对红外、 远红外有较高的反射力可将由采暖、 照明和居住者所产生的长波能量反射回建筑物中同时允许短波的太阳能由外部传入并由建筑物内表面吸收然后由涂层反射以长波形式辐射出大大提高了能量的利用率。因此 用低辐射玻璃制作的中空玻璃特别适合于我国北方比较寒冷的地区以及建筑物的非朝阳面。 使用功能玻璃可以合理控制太阳能使太阳能成为一种辅助能源加以利用。能控制太阳能的玻璃目前有两种吸热玻璃和热反射玻璃。吸热玻璃是将太阳光吸收后转变为热能通过对流的形式进行扩散以减少进入室内的太阳光能量达到节能的目的。 热反射玻璃利用玻璃上的膜层将太阳光能反射掉达到节能的目的。 有空调降温的室内太阳能的进入会增加制冷负荷。使用太阳能控制玻璃不仅可以减少太阳能透射率同时又具有良好的隔热保温效果。这种玻璃特别适合气候炎热且日照时间长的地区。但是对太阳能控制玻璃使用不合理不仅达不到节能目的有时还会造成能量损失。例如...
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