一、概述

　　不管在當(dāng)今世界哪個(gè)地方，對(duì)于高品質(zhì)中空玻璃的需求都與日俱增。很多國(guó)家都在國(guó)際上或本土承諾要減少二氧化碳排放。能源需求受世界上日益增長(zhǎng)的人口和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)的影響在不斷增長(zhǎng)。能源生產(chǎn)和環(huán)境效應(yīng)的基本目標(biāo)是降低全球氣候變暖的速度，和以安全方式生產(chǎn)能源。在21世紀(jì)初，能耗的增加已經(jīng)以平均每年3%的最快增長(zhǎng)呈現(xiàn)出來(lái)，這個(gè)現(xiàn)象來(lái)自于快速的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，如印度和中國(guó)。在全球范圍能源的生產(chǎn)是基于化石材料。二氧化碳排放被認(rèn)為是所謂溫室效應(yīng)中最主要的原因，而能源是其最大的來(lái)源。碳排放預(yù)計(jì)要降低其年均水平，尤其對(duì)最大來(lái)源的工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)定就非常高。在建筑領(lǐng)域達(dá)到目標(biāo)將需要對(duì)既有實(shí)踐和法規(guī)進(jìn)行更改。在建筑領(lǐng)域目標(biāo)分兩個(gè)階段，首先是降低建筑物的能源使用，其次是用可再生能源來(lái)替代縮減后的能源需求。根據(jù)多個(gè)國(guó)際建筑項(xiàng)目就可以知道，投資節(jié)能建筑是明智的選擇。盡管低能耗的建筑造價(jià)比普通建筑要高2到5個(gè)百分點(diǎn)，但是從長(zhǎng)期成本來(lái)看還是低的，因?yàn)槟茉闯杀镜土恕�為了減少建筑施工帶來(lái)的碳排放，政府機(jī)構(gòu)出臺(tái)了正式的法令法規(guī)來(lái)控制保溫和建筑材料的節(jié)能性。當(dāng)涉及到建筑的保溫效果時(shí)，玻璃通常是最薄弱的一個(gè)環(huán)節(jié)，所以提高建筑的整體節(jié)能水平成了提高中空玻璃質(zhì)量的強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力。在芬蘭，建筑的用電和取暖方面大概占總能耗的34%。這些法規(guī)里同樣對(duì)門(mén)窗（詞條“門(mén)窗”由行業(yè)大百科提供）和用于制作門(mén)窗的玻璃設(shè)定了要求，其中就包括中空玻璃所用的材料和結(jié)構(gòu)。

　　當(dāng)研究中空玻璃的節(jié)能效果時(shí)，觀(guān)察員將注重其隔熱效果和玻璃的輻射率。這篇文章將重點(diǎn)放在中空玻璃所用玻璃部分。除非另有定義，這篇文章中所指的U值為熱傳導(dǎo)系數(shù)。它描述了在標(biāo)準(zhǔn)條件下，單位時(shí)間內(nèi)從單位面積的玻璃組件一側(cè)空氣到另一側(cè)空氣的傳輸熱量。即U = 1/R = Qa/dT(W/m2K)(單位：瓦每平方米每開(kāi)氏溫度)。它亦以R值的導(dǎo)數(shù)為人所知，R值為熱阻系數(shù)。U值越低，玻璃的隔熱性能越好。

　　表1：玻璃部分對(duì)窗戶(hù)性能的影響

　　二、低輻射鍍膜中空玻璃

　　術(shù)語(yǔ)“選擇型輻射”或“低輻射”玻璃是指玻璃帶有一層或多層的金屬氧化物的透明膜。選擇型輻射是指輻射的傳輸和反射依賴(lài)于輻射的光波波長(zhǎng)。低輻射鍍膜的意義在于減少中空玻璃的玻璃片間的熱輻射，以提高它的隔熱性能。

　　熱傳遞是通過(guò)氣體流動(dòng)，傳導(dǎo)和輻射來(lái)實(shí)現(xiàn)的。輻射被分為長(zhǎng)波和短波輻射。短波輻射如可見(jiàn)太陽(yáng)光，射入玻璃的一部分長(zhǎng)波熱輻射會(huì)被低輻射鍍膜給濾過(guò)。這會(huì)改善玻璃的隔熱性能和整體的熱力性能。同樣，內(nèi)部表面的結(jié)霜也會(huì)由于低輻射鍍膜而降低。結(jié)霜是由于不同玻璃片的溫度差和濕度差引起的。如果中空玻璃的表面溫度比其內(nèi)部的空氣的溫度低的話(huà)，同樣也會(huì)在窗戶(hù)周邊引起冷空氣流動(dòng)，但如果用的中空玻璃隔熱性能好的話(huà)就沒(méi)有問(wèn)題，因?yàn)橹锌毡砻娴臏囟葧?huì)相對(duì)高些，不會(huì)與其內(nèi)部空氣產(chǎn)生那么大的溫度差。

　　對(duì)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的窗戶(hù)來(lái)說(shuō)，其近乎一半的熱損失（詞條“熱損失”由行業(yè)大百科提供）是由于玻璃片間的輻射引起的，而另一半是由于惰性氣體的熱傳導(dǎo)和其間的對(duì)流。

　　表2：不同窗戶(hù)結(jié)構(gòu)的U值舉例：自1978年以來(lái)芬蘭所用的窗戶(hù)

　　圖1：低輻射鍍膜在中空玻璃內(nèi)的效果

　　三、惰性氣體

　　3.1為什么要充氣?

　　稀有氣體如氬氣和氪氣，甚至氙氣一般被作為惰性氣體填充于中空玻璃里，因?yàn)樗麄儗?duì)于熱的傳輸和傳導(dǎo)要比標(biāo)準(zhǔn)空氣要小的多。這也是為什么要用惰性氣體作為填充氣體。最大的改進(jìn)方法可以通過(guò)鍍低輻射膜和充氬氣來(lái)實(shí)現(xiàn)。氬氣是最被廣泛運(yùn)用的惰性氣體，因?yàn)樗�的價(jià)格便宜，且易提取。氬氣無(wú)毒不活躍，比空氣在熱傳導(dǎo)性上低大概30%左右(0,0179 W/mk 對(duì) 0,0262 W/mK)，它是通過(guò)液態(tài)氮和氧制作過(guò)程中從空氣中提煉出來(lái)的。作為一種非活性氣體，氬氣也可以保護(hù)中空玻璃內(nèi)其它有價(jià)值的材料。比氬氣貴的選擇是氪氣和氙氣，它們相對(duì)氬氣來(lái)說(shuō)更穩(wěn)定和不活躍。六氟化硫由于它的聲學(xué)特質(zhì)也被用于絕緣，但現(xiàn)在認(rèn)為它會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，所以已經(jīng)很少使用。

　　中空玻璃的熱損失也可通過(guò)優(yōu)化玻璃片間的間隔條寬度來(lái)降低。常用的間隔條寬度為16mm或12mm，很少有用超過(guò)18mm的間隔條。通過(guò)選擇密度（詞條“密度”由行業(yè)大百科提供）高過(guò)空氣的最佳惰性氣體可以降低氣體的對(duì)流。間隔條通常是用導(dǎo)熱材料制造的，如鋁（詞條“鋁”由行業(yè)大百科提供）或鋼，創(chuàng)建一種線(xiàn)性熱橋。先進(jìn)的間隔條材料可以通過(guò)其熱導(dǎo)性來(lái)降低熱損失，使得中空玻璃內(nèi)側(cè)在寒冷的時(shí)候也可以保持與加熱了建筑物同樣的溫度。

　　通過(guò)對(duì)建筑的U值的要求有著間接或直接的不同標(biāo)準(zhǔn)，而根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于氬氣充氣率需求也不一樣。不同的標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)根據(jù)市場(chǎng)區(qū)域不同而有所變化，但它們大部分都為生產(chǎn)設(shè)定了高要求，那就是要求充氣含量達(dá)到90%，且年泄露率低于1%。

　　圖2：在不同氣體與不同含量下，間隔條寬度12 mm時(shí)，玻璃第三面的U值與輻射率的關(guān)系

　　3.2充氣和氣體保持力的問(wèn)題

　　一些潛在的問(wèn)題會(huì)在對(duì)中空玻璃充氣過(guò)程中發(fā)生。充氣可以通過(guò)自動(dòng)箱式充氣或手動(dòng)式充氣的方法來(lái)執(zhí)行，但是兩者都有各自的風(fēng)險(xiǎn)和質(zhì)量控制問(wèn)題。當(dāng)使用自動(dòng)充氣線(xiàn)時(shí)，操作者需要檢驗(yàn)機(jī)械和充氣過(guò)程是否都正常工作。因?yàn)槎栊詺怏w是看不見(jiàn)且無(wú)味的，所以沒(méi)有正確的工具是很難探測(cè)到的。手動(dòng)充氣同樣可能會(huì)因操作過(guò)程中人為的錯(cuò)誤而易泄露掉，例如在填補(bǔ)充氣孔或在封第二道密封膠時(shí)。另外，充氣結(jié)果可能會(huì)產(chǎn)生湍流，或者氣體沒(méi)有均勻分布的問(wèn)題。盡管充氣過(guò)程可能成功了，但問(wèn)題仍會(huì)發(fā)生。惰性氣體可能會(huì)由于生產(chǎn)過(guò)程中使用的不良的材料或做工而慢慢地泄露掉。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)該多次檢驗(yàn)氣體含量，以確保整個(gè)生產(chǎn)階段都按其設(shè)置地一樣運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　四、檢測(cè)和探測(cè)中空玻璃內(nèi)惰性氣體含量和低輻射鍍膜

　　4.1探測(cè)低輻射鍍膜

　　選擇性輻射玻璃的鍍膜一般是金屬類(lèi)和導(dǎo)電性鍍膜。另外鍍了膜的玻璃比白玻會(huì)反射更多的光，這個(gè)可以在用來(lái)檢測(cè)玻璃是否有低輻射鍍膜時(shí)采用。

　　對(duì)于電容式探測(cè)儀來(lái)說(shuō)，交流電通過(guò)電極被導(dǎo)在玻璃表面。探測(cè)儀可以為低輻射鍍膜探測(cè)或潮氣探測(cè)而設(shè)計(jì)。這類(lèi)探測(cè)儀將可以探測(cè)電流的強(qiáng)度。一片選擇性輻射玻璃可以比白玻會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的電流。這個(gè)方法在檢測(cè)低輻射鍍膜玻璃是否真的有低輻射鍍膜時(shí)使用。但是它不能用于多層玻璃結(jié)構(gòu)的低輻射鍍膜檢測(cè)。

　　另外一種檢測(cè)玻璃表面是否有低輻射鍍膜的方法是，把直流電通過(guò)一個(gè)電極導(dǎo)至到另一個(gè)電極然后導(dǎo)在玻璃表面。這時(shí)，有鍍膜的表面會(huì)引導(dǎo)電流而沒(méi)有鍍膜的那一面則表現(xiàn)為絕緣，因?yàn)椴ＡР皇菍?dǎo)體而是一個(gè)絕緣體。操作者在使用這種解決方案時(shí)，需要從已知的鍍膜表面進(jìn)行測(cè)量。

　　光學(xué)測(cè)量?jī)x器也被應(yīng)用于檢測(cè)玻璃的低輻射鍍膜探測(cè)和玻璃間隔厚度檢測(cè)。這些光學(xué)測(cè)量?jī)x器使得操作者在檢測(cè)中空玻璃各玻璃片厚度時(shí)同步地檢測(cè)到玻璃間隔的厚度。儀器的實(shí)例如圖2。這個(gè)技術(shù)是基于激光光柱，它以45度角射出，然后被反射到儀器傳感器。玻璃片和間隔厚度就是由這個(gè)反射回來(lái)的激光柱到傳感器的距離決定。該技術(shù)同時(shí)需要預(yù)先知道玻璃和空氣的折射參數(shù)。

　　市場(chǎng)有很多這樣用于探測(cè)低輻射鍍膜和間隔條厚度的儀器。其系列功能和價(jià)格視最終用戶(hù)的需求，范圍很廣。對(duì)于有些儀器，操作者必須根據(jù)在某些范圍的反射進(jìn)行總結(jié)。同樣，一些較復(fù)雜但用戶(hù)界面友好的儀器是可以以圖形的方式告訴使用者中空玻璃的檢測(cè)結(jié)果。這樣的儀器可以去檢測(cè)整個(gè)配置結(jié)構(gòu)，檢查低輻射鍍膜是否在正確的位置上，同時(shí)檢測(cè)玻璃片和間隔寬度是否在允許的公差范圍內(nèi)。關(guān)于潛在的過(guò)剩壓力的結(jié)論是通過(guò)適當(dāng)?shù)膬x器也是可以測(cè)量的。

　　圖3：一臺(tái)檢測(cè)玻璃和間隔厚度的光學(xué)檢測(cè)儀器

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