一、前言

　　我們國家把節能降耗工作看作是貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀(guān)、構建社會(huì )主義和諧社會(huì )的重要內容，是建設資源節約型、環(huán)境友好型社會(huì )的必然選擇，對于調整經(jīng)濟結構、轉變增長(cháng)方式、提高人民生活質(zhì)量、維護中華民族長(cháng)遠利益，具有極其重要而深遠的意義。

　　建筑節能在整個(gè)節能工作中占有極其重要的地位。我們知道建筑能耗在社會(huì )整個(gè)能源消耗中占到30%以上，建筑節能工作的好壞直接影響到整個(gè)節能工作。特別是現有的許多大型公共建筑，數量特別巨大，能耗特別嚴重。目前，中國每年竣工的各類(lèi)建筑的建筑面積約為20億平方米，其中公共建筑約為4億平方米。

　　年初，建設部、國家發(fā)展改革委員會(huì )、財政部、監察部、審計署聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加強大型公共建筑工程建設管理的若干意見(jiàn)》，要求新建大型公共建筑必須嚴格執行《公共建筑節能設計標準》和有關(guān)的建筑節能強制性標準，建設單位要按照相應的建筑節能標準委托工程項目的規劃設計，項目建成后應經(jīng)建筑能效專(zhuān)項測評，凡達不到工程建設節能強制性標準的，有關(guān)部門(mén)不得辦理竣工驗收備案手續。

　　當今，絕大多數公共建筑有一個(gè)共性，就是采暖能耗、空調能耗特別高。在公共建筑全年能耗中，大約60%消耗于采暖和空調，而其中的20～50%由外圍護結構傳熱所消耗。在圍護結構方面，由于此類(lèi)建筑大多數都要求具有良好的自然采光，因而，玻璃門(mén)窗設計得尺寸很大，窗墻比很高，或干脆設計成玻璃幕墻結構。

　　玻璃與其優(yōu)良的透光性能和特殊的質(zhì)感在建筑上的運用是其它材料無(wú)法替代的。長(cháng)久以來(lái)，由于玻璃材料本身的特性造成了玻璃自身的保溫隔熱性能差，不能滿(mǎn)足現代建筑所要求的節能和舒適的要求。特別是那些大面積采用玻璃幕墻的大型公共建筑，過(guò)去，由于使用了不節能的普通鋼化玻璃或普通中空玻璃制作幕墻，該部分建筑的能耗特別高，而且冬冷夏熱很不舒適。

　　隨著(zhù)玻璃深加工技術(shù)的發(fā)展，各種各樣的節能玻璃象雨后春筍一樣蓬勃發(fā)展。真空玻璃的出現超越了以往所有的節能玻璃品種，標志著(zhù)真空玻璃節能時(shí)代即將到來(lái)。

　　二、真空玻璃的基本結構真空玻璃是一種保溫、隔聲性能非常突出的高新技術(shù)產(chǎn)品

　　真空玻璃是由兩塊平板玻璃，中間由微小支撐物將其隔開(kāi)，玻璃四周用玻璃釬焊料封邊，通過(guò)抽氣口抽真空，然后封接抽氣口保持真空層的一種結構。為了長(cháng)久保持真空度，延長(cháng)真空玻璃壽命，新立基公司生產(chǎn)的真空玻璃在真空腔內還放置了吸氣劑。微小支撐物是外徑0.5mm，厚度0.15 mm的金屬環(huán)，由于體積微小，對人的視覺(jué)和玻璃的光學(xué)性能幾乎沒(méi)有影響。

　　真空玻璃的保溫原理和結構與保溫瓶極為相似，建筑上使用真空玻璃就好象把建筑罩在一個(gè)巨大的保溫瓶中，保溫節能效果可想而知。

　　三、真空玻璃的保溫性能Low-E中空玻璃是目前市場(chǎng)上運用較為普遍、節能效果也很好的玻璃品種。

　　中空玻璃利用了空氣導熱系數低的特點(diǎn)。從傳熱學(xué)上講空氣雖然導熱系數較小，但畢竟是要進(jìn)行熱傳導，其它氣體包括惰性氣體也一樣。中空玻璃由于存在著(zhù)較大的空氣傳導熱量，使得使用Low-E玻璃降低輻射熱的最終保溫隔熱效果大為降低。只有真空狀態(tài)才能消除熱傳導，使玻璃的綜合傳熱性能優(yōu)勢充分發(fā)揮出來(lái)。

　　常規真空玻璃產(chǎn)品系列中的真空玻璃保溫。最好的Low-E中空玻璃和充氬氣的Low-E中空玻璃的保溫。通過(guò)對比真空玻璃和中空玻璃不難得出下述結論：

　　1、真空玻璃熱導隨著(zhù)所用原片的有效發(fā)射率的降低而迅速降低，中空玻璃熱導降低的并不明顯。

　　2、如果Low-E玻璃發(fā)射率做得很低，比如0.05以下，輻射熱導到了幾乎可以忽略的地步，此時(shí)再降低Low-E玻璃發(fā)射率對中空玻璃來(lái)講意義已經(jīng)不大，但真空玻璃傳熱系數可以做到0.5W/m².k，而充空氣的中空玻璃傳熱系數只能做到1.60W/m².k，充氬氣的中空玻璃傳熱系數只能做到1.23 W/m².k.

　　3、就傳熱系數K值而言，真空玻璃K值只有充空氣中空玻璃的三分之一，充氬氣中空玻璃的二分之一，在不考慮太陽(yáng)光輻射的情況下，比如，夜晚，真空玻璃比充空氣的中空玻璃節能近70%，比充氬氣的中空玻璃節能50%.

　　4、在輻射熱導可以忽略的情況下，真空玻璃熱導的主要來(lái)源是支撐物熱導0.5W/m².k，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，有望進(jìn)一步降低該數值，比如在玻璃強度提高的情況下，減小支撐物直徑或增大支撐物的間距都有望大幅度減小熱導；充空氣（或氬氣）的中空玻璃熱導的主要來(lái)源是氣體對流傳熱和氣體導熱，為2.1（或1.5） W/m².k，該數值不可能再有下降。從發(fā)展的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，在保溫性能上真空玻璃將超越中空玻璃（或充氬氣的中空玻璃）更多。

　　5、由于真空玻璃的厚度通常只有中空玻璃厚度的一半，因此，真空玻璃的表觀(guān)導熱系數更顯著(zhù)地小于中空玻璃的表觀(guān)導熱系數。真空玻璃可以使用三塊玻璃制成雙真空層的真空玻璃，熱阻增加一倍，熱導降低一倍，而厚度在單真空層真空玻璃厚度的基礎上只增加4mm，比中空玻璃還是薄。

　　可以說(shuō)在保溫性能上，現階段真空玻璃已經(jīng)大大超越了中空玻璃，將來(lái)會(huì )超越得更多。

　　四、真空玻璃的光學(xué)性能和隔熱常規真空玻璃由兩片玻璃組成，真空間隔層對太陽(yáng)光譜是通透的，間隔層支撐物很小。

　　新立基公司所用支撐物為環(huán)形金屬片，外徑只有0.5mm，高度約0.15mm，即使按圓柱形考慮，每平方米約1600個(gè)支撐物對輻射的遮擋面積只有：1600×π×0.252=0.000314（m²），約占玻璃總面積的萬(wàn)分之三，故支撐物對輻射的遮擋作用可以忽略。

　　我們知道，建筑上的傳熱除了要考慮溫差因素引起的傳熱外，還要考慮太陽(yáng)輻射因素。太陽(yáng)輻射透過(guò)玻璃的能量與玻璃光學(xué)特性有直接關(guān)系。最重要的就是要考慮得熱系數SHGC（太陽(yáng)能總透射比）。

　　嚴寒地區冬季寒冷，夏季涼爽，應多考慮冬季陽(yáng)光的射入，以減少取暖熱耗，選用得熱系數大的真空玻璃對節能更為有利；夏熱冬暖地區，夏季陽(yáng)光強烈，氣候炎熱，冬季溫暖，應多考慮遮陽(yáng)，減少陽(yáng)光的射入以節約制冷能耗，選用得熱系數小的真空玻璃更為合理。

　　五、真空玻璃工程實(shí)例

　　1.天恒大廈工程天恒大廈2005年6月落成，位于北京東直門(mén)立交橋東南角，地上22層，地下4層，建筑高度89米，總建筑面積57000平方米，是一座具有5A智能系統的高級寫(xiě)字樓。

　　天恒大廈北側有一面橫隱框豎明框玻璃幕墻，西北角是一面橫明框豎隱框，向內與垂直面傾斜15°的三角形玻璃幕墻。幕墻設計和施工單位是江蘇省建偉幕墻裝飾工程有限公司，兩面幕墻所用玻璃全部是新立基公司提供的真空玻璃。玻璃最大尺寸為1985×1161mm（矩形），其西北角幕墻由于是三角形立面，所用玻璃很大部分是異形（梯形和三角形）。兩面玻璃幕墻總面積約7000平方米，共用去真空玻璃3365塊，合4848平方米。另外，大廈各種窗戶(hù)所用玻璃也全部是新立基公司提供的真空玻璃。窗面積約2500平方米，用真空玻璃共用去1636塊，合1540平方米。

　　天恒大廈玻璃的傳熱系數（K值）和空氣計權隔聲量經(jīng)國家建筑工程質(zhì)量監督中心檢測，A結構真空玻璃K值=1.0w/m².k，B結構真空玻璃K值=1.2 w/m².k.B結構真空玻璃空氣計權隔聲量Rw=36dB.天恒大廈幕墻玻璃采用FB雙面復合中空的做法，除了能夠使K值在NL真空玻璃的基礎上進(jìn)一步提高外，主要考慮了幕墻抗風(fēng)壓和人身安全方面的要求。與室內外空氣接觸的玻璃采用兩塊6 mm鋼化玻璃，有效地承受了正負風(fēng)荷載，室內鋼化玻璃還有效防止了人的身體對玻璃的沖擊可能引起的傷害并保護了玻璃的真空部分。

　　2.清華大學(xué)超低能耗示范樓工程清華大學(xué)超低能耗示范樓落成于2005年3月，是北京市科委重點(diǎn)科研和“奧運科技專(zhuān)項”項目。該項目還是國家“十五”科技攻關(guān)項目“綠色建筑關(guān)鍵技術(shù)研究”的技術(shù)集成平臺，用于展示和實(shí)驗各種低能耗、生態(tài)化、人性化的建筑形式及先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品。

　　超低能耗示范樓座落于清華大學(xué)校園東區，總建筑面積 2930m²，地下一層，地上四層。新立基公司的真空玻璃產(chǎn)品用于南立面幕墻玻璃和西面、北面的門(mén)窗玻璃。該工程幕墻部分共使用真空玻璃72塊，合計74m²，最大玻璃尺寸為1982×1200mm；門(mén)窗部分共使用真空玻璃92塊，合計50m²，最大玻璃尺寸為1356×964mm.幕墻設計施工單位是深圳市方大裝飾工程有限公司，門(mén)窗制造和安裝單位是日本YKKAP公司。玻璃結構見(jiàn)圖3幕墻玻璃K值=1.0 w/m².k，門(mén)窗玻璃由于在中空層玻璃上用一塊低輻射鍍膜玻璃代替了普通鋼化玻璃，使得K值=0.9 w/m².k.幕墻玻璃考慮到面積較大和承受正負風(fēng)荷載的影響，內外兩面均為鋼化玻璃。門(mén)窗面積較小，除室內考慮人身可能的沖擊使用5mm鋼化玻璃外，朝向室外的玻璃未使用鋼化玻璃。

　　由于該幕墻為隱框幕墻，玻璃面積大，玻璃的自重和風(fēng)壓等荷載較大。

　　六、節能效果試驗和分析

　　1、真空玻璃節能試驗2003年冬季，在建筑科學(xué)院的協(xié)助下，進(jìn)行了真空玻璃冬季節能效果試驗。結果表明真空玻璃與中空玻璃相比有非常明顯的節能效果。

　　該試驗所用真空玻璃為新立基公司的產(chǎn)品，當時(shí)常規真空玻璃的K值為1.4w/m².k，復合真空玻璃的K值為1.2w/m².k試驗是在北京市馬家堡選用的兩個(gè)同樣戶(hù)型、面積、朝向，同一層相鄰的兩戶(hù)新建單元房501、502室中進(jìn)行。該戶(hù)型的南向房間建筑面積15.12m²，北向房間為10.8m².外墻為240mm，磚墻加60mm厚聚苯夾心石膏板保溫。實(shí)驗過(guò)程是502戶(hù)的南北鋼窗保持原樣，僅把501戶(hù)南北鋼窗拆下，換成塑鋼窗。這就形成501塑鋼窗與502單玻鋼窗（南向），雙玻窗（北向）的對比試驗。試驗期間塑鋼窗按需更換，分別為中空玻璃（N4+A9+N4），常規真空玻璃（N3+V+L4 ）、復合真空玻璃（N3+V+L4+A9+N3）。試驗的測量元件采用熱流計和銅—康銅熱電偶測溫元件。測量元件布置在窗玻璃、窗框、陽(yáng)臺門(mén)肚板和房間的各內外墻上，通過(guò)BXSCC-1型便攜式數據采集和處理系統，每小時(shí)檢測一次。試驗從2002年12月11日開(kāi)始采集，至2003年元月9日為止，共取得22晝夜實(shí)測數據。試驗期間，南向陽(yáng)臺門(mén)窗戶(hù)全部打開(kāi)，使試驗窗直接面臨室外氣候。房間房門(mén)關(guān)閉，室內供暖沒(méi)有控制。

　　試驗遇到北京多年未遇寒冷天氣，連續幾天下雪陰天，曾測量到日平均氣溫-7.9℃。日最低氣溫達-9.3℃的嚴寒天氣。針對上述氣候狀況，采用南向有陽(yáng)光，北向無(wú)陽(yáng)光和陰天三種工況來(lái)統計試驗結果。試驗大部分時(shí)間室外的平均氣溫低于節能規范，即北京地區采暖期間室外日平均氣溫為-1.6℃。

　　2、天恒大廈節能效果分析以天恒大廈為例，假設該大廈分別采用白玻、普通中空玻璃、熱反射玻璃、熱反射中空玻璃、Low-E中空玻璃、標準真空玻璃組合雙中空六種情況，進(jìn)行耗能比較。并對真空玻璃節能經(jīng)濟效益作估算。

　　以國內某玻璃企業(yè)生產(chǎn)的白玻、普通中空玻璃、熱反射玻璃、熱反射中空玻璃、Low-E中空玻璃和新立基公司為天恒大廈生產(chǎn)的真空玻璃參數為根據進(jìn)行計算。

　　結論

　�。�1）從全年節能來(lái)分析，復合真空玻璃比其它玻璃節能，最低的達28%，最高可達72%.

　�。�2）北京屬于寒冷地區，冬季復合真空充分發(fā)揮了節能優(yōu)勢。但夏天節能卻不如熱反射中空玻璃，其原因是真空玻璃的遮蔽系數較高，但降低其遮蔽系數又會(huì )影響室內采光和冬季太陽(yáng)輻射進(jìn)熱。遮蔽系數應取合適值。從全年節能來(lái)看復合真空比熱反射中空節能36%.

　�。�3）與其它各種玻璃比較，采用復合真空，可節能、省電、節省電費開(kāi)支，最低62萬(wàn)元/年，最高424萬(wàn)元/年，經(jīng)濟效益十分明顯。同時(shí)由于節能，可節省發(fā)電燃煤，減少環(huán)境污染，保護地球，造福人類(lèi)。

　�。�4）由于節省能源費用，對于單片玻璃，使用真空玻璃當年即可收回投資，即使對于Low-E中空2年內也可基本收回多付出的投資成本。

　　七、結束語(yǔ)

　　天恒和清華工程分別落成于2005年9月和2005年3月，為兩個(gè)工程提供的真空玻璃的生產(chǎn)時(shí)間是在2004年下半年。事實(shí)上，新立基公司真空玻璃的生產(chǎn)技術(shù)在這兩年里又有了新的發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量也有了很大的提高。

　　第一，Low-E玻璃作為生產(chǎn)真空玻璃的原片，質(zhì)量有了很大提高。南方玻璃集團和皇明太陽(yáng)能有限公司的離線(xiàn)硬膜Low-E玻璃的輻射率都做到了0.11以下，這為大幅度降低真空玻璃的傳熱系數，提高真空玻璃的保溫性能作出了重要貢獻。以上兩個(gè)工程NL真空玻璃部分的傳熱系數為1.3w/m².k左右，而目前NL真空玻璃的傳熱系數已經(jīng)可以做到0.85w/m².k，LL真空玻璃的傳熱系數已經(jīng)可以做到0.70w/m².k.第二，研制成功了具有國內專(zhuān)利的夾層真空玻璃，使得真空玻璃又多了一個(gè)安全玻璃品種。

　　第三，真空腔內置入了吸氣劑，使得真空玻璃壽命得到延長(cháng)。

　　第四，開(kāi)發(fā)出新一代真空玻璃快速熱阻測定儀，使得真空玻璃性能得到更好的檢驗，質(zhì)量得到了更有效的保證。

　　我們相信，真空玻璃事業(yè)在我國還只是剛剛起步，未來(lái)一定有巨大的成長(cháng)空間。

　　北京新立基真空玻璃技術(shù)有限公司  技術(shù)總監北京新立基真空玻璃研究所  所   長(cháng)：唐健正

　　北京新立基真空玻璃技術(shù)有限公司   高級工程師：盛建中