真空玻璃大型公共建筑节能分析论文

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摘要：我们国家把节能降耗工作看作是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重要内容，是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择，对于调整经济结构、转变增长方式、提高人民生活质量、维护中华民族长远利益，具有极其重要而深远的意义。

一

建筑节能在整个节能工作中占有极其重要的地位。我们知道建筑能耗在社会整个能源消耗中占到30%以上，建筑节能工作的好坏直接影响到整个节能工作。特别是现有的许多大型公共建筑，数量特别巨大，能耗特别严重。目前，中国每年竣工的各类建筑的建筑面积约为20亿平方米，其中公共建筑约为4亿平方米。

年初，建设部、国家发展改革委员会、财政部、监察部、审计署联合《关于加强大型公共建筑工程建设管理的若干意见》，要求新建大型公共建筑必须严格执行《公共建筑节能设计标准》和有关的建筑节能强制性标准，建设单位要按照相应的建筑节能标准委托工程项目的规划设计，项目建成后应经建筑能效专项测评，凡达不到工程建设节能强制性标准的，有关部门不得办理竣工验收备案手续。

当今，绝大多数公共建筑有一个共性，就是采暖能耗、空调能耗特别高。在公共建筑全年能耗中，大约60%消耗于采暖和空调，而其中的20～50%由外围护结构传热所消耗。在围护结构方面，由于此类建筑大多数都要求具有良好的自然采光，因而，玻璃门窗设计得尺寸很大，窗墙比很高，或干脆设计成玻璃幕墙结构。

玻璃与其优良的透光性能和特殊的质感在建筑上的运用是其它材料无法替代的。长久以来，由于玻璃材料本身的特性造成了玻璃自身的保温隔热性能差，不能满足现代建筑所要求的节能和舒适的要求。特别是那些大面积采用玻璃幕墙的大型公共建筑，过去，由于使用了不节能的普通钢化玻璃或普通中空玻璃制作幕墙，该部分建筑的能耗特别高，而且冬冷夏热很不舒适。

随着玻璃深加工技术的发展，各种各样的节能玻璃象雨后春笋一样蓬勃发展。真空玻璃的出现超越了以往所有的节能玻璃品种，标志着真空玻璃节能时代即将到来。

二、真空玻璃的基本结构真空玻璃是一种保温、隔声性能非常突出的高新技术产品

真空玻璃是由两块平板玻璃，中间由微小支撑物将其隔开，玻璃四周用玻璃钎焊料封边，通过抽气口抽真空，然后封接抽气口保持真空层的一种结构。为了长久保持真空度，延长真空玻璃寿命，新立基公司生产的真空玻璃在真空腔内还放置了吸气剂。微小支撑物是外径0.5mm，厚度0.15mm的金属环，由于体积微小，对人的视觉和玻璃的光学性能几乎没有影响。

真空玻璃的保温原理和结构与保温瓶极为相似，建筑上使用真空玻璃就好象把建筑罩在一个巨大的保温瓶中，保温节能效果可想而知。

三、真空玻璃的保温性能Low-E中空玻璃是目前市场上运用较为普遍、节能效果也很好的玻璃品种。

中空玻璃利用了空气导热系数低的特点。从传热学上讲空气虽然导热系数较小，但毕竟是要进行热传导，其它气体包括惰性气体也一样。中空玻璃由于存在着较大的空气传导热量，使得使用Low-E玻璃降低辐射热的最终保温隔热效果大为降低。只有真空状态才能消除热传导，使玻璃的综合传热性能优势充分发挥出来。

常规真空玻璃产品系列中的真空玻璃保温。最好的Low-E中空玻璃和充氩气的Low-E中空玻璃的保温。通过对比真空玻璃和中空玻璃不难得出下述结论：

1、真空玻璃热导随着所用原片的有效发射率的降低而迅速降低，中空玻璃热导降低的并不明显。

2、如果Low-E玻璃发射率做得很低，比如0.05以下，辐射热导到了几乎可以忽略的地步，此时再降低Low-E玻璃发射率对中空玻璃来讲意义已经不大，但真空玻璃传热系数可以做到0.5W/m2.k，而充空气的中空玻璃传热系数只能做到1.60W/m2.k，充氩气的中空玻璃传热系数只能做到1.23W/m2.k.

3、就传热系数K值而言，真空玻璃K值只有充空气中空玻璃的三分之一，充氩气中空玻璃的二分之一，在不考虑太阳光辐射的情况下，比如，夜晚，真空玻璃比充空气的中空玻璃节能近70%，比充氩气的中空玻璃节能50%.

4、在辐射热导可以忽略的情况下，真空玻璃热导的主要来源是支撑物热导0.5W/m2.k，随着科学技术的进步，有望进一步降低该数值，比如在玻璃强度提高的情况下，减小支撑物直径或增大支撑物的间距都有望大幅度减小热导；充空气（或氩气）的中空玻璃热导的主要来源是气体对流传热和气体导热，为2.1（或1.5）W/m2.k，该数值不可能再有下降。从发展的观点来看，在保温性能上真空玻璃将超越中空玻璃（或充氩气的中空玻璃）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，真空玻璃的表观导热系数更显著地小于中空玻璃的表观导热系数。真空玻璃可以使用三块玻璃制成双真空层的真空玻璃，热阻增加一倍，热导降低一倍，而厚度在单真空层真空玻璃厚度的基础上只增加4mm，比中空玻璃还是薄。

可以说在保温性能上，现阶段真空玻璃已经大大超越了中空玻璃，将来会超越得更多。

四、真空玻璃的光学性能和隔热常规真空玻璃由两片玻璃组成，真空间隔层对太阳光谱是通透的，间隔层支撑物很小。

新立基公司所用支撑物为环形金属片，外径只有0.5mm，高度约0.15mm，即使按圆柱形考虑，每平方米约1600个支撑物对辐射的遮挡面积只有：1600×π×0.252=0.000314（m2），约占玻璃总面积的万分之三，故支撑物对辐射的遮挡作用可以忽略。

我们知道，建筑上的传热除了要考虑温差因素引起的传热外，还要考虑太阳辐射因素。太阳辐射透过玻璃的能量与玻璃光学特性有直接关系。最重要的就是要考虑得热系数SHGC（太阳能总透射比）。

严寒地区冬季寒冷，夏季凉爽，应多考虑冬季阳光的射入，以减少取暖热耗，选用得热系数大的真空玻璃对节能更为有利；夏热冬暖地区，夏季阳光强烈，气候炎热，冬季温暖，应多考虑遮阳，减少阳光的射入以节约制冷能耗，选用得热系数小的真空玻璃更为合理。

五、真空玻璃工程实例

1.天恒大厦工程天恒大厦2005年6月落成，位于北京东直门立交桥东南角，地上22层，地下4层，建筑高度89米，总建筑面积57000平方米，是一座具有5A智能系统的高级写字楼。天恒大厦北侧有一面横隐框竖明框玻璃幕墙，西北角是一面横明框竖隐框，向内与垂直面倾斜15°的三角形玻璃幕墙。幕墙设计和施工单位是江苏省建伟幕墙装饰工程有限公司，两面幕墙所用玻璃全部是新立基公司提供的真空玻璃。玻璃最大尺寸为1985×1161mm（矩形），其西北角幕墙由于是三角形立面，所用玻璃很大部分是异形（梯形和三角形）。两面玻璃幕墙总面积约7000平方米，共用去真空玻璃3365块，合4848平方米。另外，大厦各种窗户所用玻璃也全部是新立基公司提供的真空玻璃。窗面积约2500平方米，用真空玻璃共用去1636块，合1540平方米。

天恒大厦玻璃的传热系数（K值）和空气计权隔声量经国家建筑工程质量监督中心检测，A结构真空玻璃K值=1.0w/m2.k，B结构真空玻璃K值=1.2w/m2.k.B结构真空玻璃空气计权隔声量Rw=36dB.天恒大厦幕墙玻璃采用FB双面复合中空的做法，除了能够使K值在NL真空玻璃的基础上进一步提高外，主要考虑了幕墙抗风压和人身安全方面的要求。与室内外空气接触的玻璃采用两块6mm钢化玻璃，有效地承受了正负风荷载，室内钢化玻璃还有效防止了人的身体对玻璃的冲击可能引起的伤害并保护了玻璃的真空部分。

2.清华大学超低能耗示范楼工程清华大学超低能耗示范楼落成于2005年3月，是北京市科委重点科研和“奥运科技专项”项目。该项目还是国家“十五”科技攻关项目“绿色建筑关键技术研究”的技术集成平台，用于展示和实验各种低能耗、生态化、人性化的建筑形式及先进的技术产品。

超低能耗示范楼座落于清华大学校园东区，总建筑面积2930m2，地下一层，地上四层。新立基公司的真空玻璃产品用于南立面幕墙玻璃和西面、北面的门窗玻璃。该工程幕墙部分共使用真空玻璃72块，合计74m2，最大玻璃尺寸为1982×1200mm；门窗部分共使用真空玻璃92块，合计50m2，最大玻璃尺寸为1356×964mm.幕墙设计施工单位是深圳市方大装饰工程有限公司，门窗制造和安装单位是日本YKKAP公司。玻璃结构见图3幕墙玻璃K值=1.0w/m2.k，门窗玻璃由于在中空层玻璃上用一块低辐射镀膜玻璃代替了普通钢化玻璃，使得K值=0.9w/m2.k.幕墙玻璃考虑到面积较大和承受正负风荷载的影响，内外两面均为钢化玻璃。门窗面积较小，除室内考虑人身可能的冲击使用5mm钢化玻璃外，朝向室外的玻璃未使用钢化玻璃。

由于该幕墙为隐框幕墙，玻璃面积大，玻璃的自重和风压等荷载较大。

六、节能效果试验和分析

1、真空玻璃节能试验2003年冬季，在建筑科学院的协助下，进行了真空玻璃冬季节能效果试验。结果表明真空玻璃与中空玻璃相比有非常明显的节能效果。

该试验所用真空玻璃为新立基公司的产品，当时常规真空玻璃的K值为1.4w/m2.k，复合真空玻璃的K值为1.2w/m2.k试验是在北京市马家堡选用的两个同样户型、面积、朝向，同一层相邻的两户新建单元房501、502室中进行。该户型的南向房间建筑面积15.12m2，北向房间为10.8m2.外墙为240mm，砖墙加60mm厚聚苯夹心石膏板保温。实验过程是502户的南北钢窗保持原样，仅把501户南北钢窗拆下，换成塑钢窗。这就形成501塑钢窗与502单玻钢窗（南向），双玻窗（北向）的对比试验。试验期间塑钢窗按需更换，分别为中空玻璃（N4+A9+N4），常规真空玻璃（N3+V+L4）、复合真空玻璃（N3+V+L4+A9+N3）。试验的测量元件采用热流计和铜—康铜热电偶测温元件。测量元件布置在窗玻璃、窗框、阳台门肚板和房间的各内外墙上，通过BXSCC-1型便携式数据采集和处理系统，每小时检测一次。试验从2002年12月11日开始采集，至2003年元月9日为止，共取得22昼夜实测数据。试验期间，南向阳台门窗户全部打开，使试验窗直接面临室外气候。房间房门关闭，室内供暖没有控制。

试验遇到北京多年未遇寒冷天气，连续几天下雪阴天，曾测量到日平均气温-7.9℃。日最低气温达-9.3℃的严寒天气。针对上述气候状况，采用南向有阳光，北向无阳光和阴天三种工况来统计试验结果。试验大部分时间室外的平均气温低于节能规范，即北京地区采暖期间室外日平均气温为-1.6℃。

2、天恒大厦节能效果分析以天恒大厦为例，假设该大厦分别采用白玻、普通中空玻璃、热反射玻璃、热反射中空玻璃、Low-E中空玻璃、标准真空玻璃组合双中空六种情况，进行耗能比较。并对真空玻璃节能经济效益作估算。

以国内某玻璃企业生产的白玻、普通中空玻璃、热反射玻璃、热反射中空玻璃、Low-E中空玻璃和新立基公司为天恒大厦生产的真空玻璃参数为根据进行计算。

结论

（1）从全年节能来分析，复合真空玻璃比其它玻璃节能，最低的达28%，最高可达72%.

（2）北京属于寒冷地区，冬季复合真空充分发挥了节能优势。但夏天节能却不如热反射中空玻璃，其原因是真空玻璃的遮蔽系数较高，但降低其遮蔽系数又会影响室内采光和冬季太阳辐射进热。遮蔽系数应取合适值。从全年节能来看复合真空比热反射中空节能36%.

（3）与其它各种玻璃比较，采用复合真空，可节能、省电、节省电费开支，最低62万元/年，最高424万元/年，经济效益十分明显。同时由于节能，可节省发电燃煤，减少环境污染，保护地球，造福人类。

（4）由于节省能源费用，对于单片玻璃，使用真空玻璃当年即可收回投资，即使对于Low-E中空2年内也可基本收回多付出的投资成本。

七、结束语

天恒和清华工程分别落成于2005年9月和2005年3月，为两个工程提供的真空玻璃的生产时间是在2004年下半年。事实上，新立基公司真空玻璃的生产技术在这两年里又有了新的发展，产品质量也有了很大的提高。

第一，Low-E玻璃作为生产真空玻璃的原片，质量有了很大提高。南方玻璃集团和皇明太阳能有限公司的离线硬膜Low-E玻璃的辐射率都做到了0.11以下，这为大幅度降低真空玻璃的传热系数，提高真空玻璃的保温性能作出了重要贡献。以上两个工程NL真空玻璃部分的传热系数为1.3w/m2.k左右，而目前NL真空玻璃的传热系数已经可以做到0.85w/m2.k，LL真空玻璃的传热系数已经可以做到0.70w/m2.k.第二，研制成功了具有国内专利的夹层真空玻璃，使得真空玻璃又多了一个安全玻璃品种。

第三，真空腔内置入了吸气剂，使得真空玻璃寿命得到延长。

第四，开发出新一代真空玻璃快速热阻测定仪，使得真空玻璃性能得到更好的检验，质量得到了更有效的保证。

我们相信，真空玻璃事业在我国还只是刚刚起步，未来一定有巨大的成长空间。