真空玻璃

1990年，在北京大學物理系已任教30多年的唐健正作為訪問學者來到澳大利亞悉尼大學，開始與該校時任應用物理系主任的R．E．Collins教授聯合研究平板真空玻璃。經過3年的努力，1993年，世界上首塊1米×1米的平板真空玻璃樣品問世。但發明人雖是唐健正與R．E．Collins兩人，專利權卻屬於悉尼大學。1996年，悉尼大學把專利轉讓給日本板硝子玻璃公司，日本人在次年即開始批量生產真空玻璃。

真空玻璃是新型玻璃深加工產品，是我國玻璃工業中為數不多的具有自主知識產權的前沿產品，它的研發推廣符合我國鼓勵自主創新的政策，也符合國家大力提倡的節能政策，在節能、隔音方面有很大的作用，具有良好的發展潛力和前景。

從原理上看真空玻璃可比喻為平板形保溫瓶，二者相同點是兩層玻璃的夾層均為氣壓低於10-1pa的真空，使氣體傳熱可忽略不計；二者內壁都鍍有低輻射膜，使輻射傳熱儘可能小。二者不同點：一是真空玻璃用於門窗必須透明或透光，不能像保溫瓶一樣鍍不透明銀膜，鍍的是不同種類的透明低輻射膜；二是從可均衡抗壓的圓筒型或球型保溫瓶變成平板，必須在兩層玻璃之間設置“支撐物”方陣來承受每平方米約10噸的大氣壓，使玻璃之間保持間隔，形成真空層。“支撐物”方陣間距根據玻璃板的厚度及力學參數設計，在20mm-40mm之間。為了減小支撐物“熱橋”形成的傳熱並使人眼難以分辨，支撐物直徑很小，產品中的支撐物直徑在0.3mm-0.5之mm間，高度在0.1mm-0.2mm之間。真空玻璃還有一個更好的功能那就是隔音，由於有真空層，無法傳導噪音，所以真空玻璃可以隔絕百分之九十的噪音。

由於結構不同，真空玻璃與中空玻璃的傳熱機理也有所不同。圖2為簡化的傳熱示意圖，真空玻璃中心部位傳熱由輻射傳熱和支撐物傳熱構成，其中忽略了殘餘氣體傳熱。而中空玻璃則由氣體傳熱（包括傳導和對流）和輻射傳熱構成。

由此可見，要減小因溫差引起的傳熱，真空玻璃和中空玻璃都要減小輻射傳熱，有效的方法是採用鍍有低輻射膜的玻璃（LOW-E玻璃），在兼顧其它光學性能要求的條件下，其發射率（也稱輻射率）越低越好。二者的不同點是真空玻璃還要儘可能減小點陣支撐物的傳熱，新立基公司根據自有專利採用直徑0.5mm的開口環形（或稱C型）支撐物，點陣間距25mm，其熱導約為0.5Wm-2k-1。中空玻璃則要儘可能減小氣體傳熱。為了減小氣體傳熱併兼顧隔聲性及厚度等因素，中空玻璃的空氣層厚度一般為9-24mm，以12mm居多。要減少氣體傳熱，還可用大分子量的氣體（如惰性氣體：氬、氪、氙）來代替空氣，但即使如此，氣體傳熱仍佔據主導地位。

真空玻璃和中空玻璃在結構和製作上完全不相同，中空玻璃只是簡單的把兩片玻璃粘合在一起，中間夾有空氣層，而真空玻璃是在兩片玻璃中間夾入膠片支撐，在高溫真空環境下使兩片玻璃完全融合，並且兩片玻璃中間是真空的，真空狀態下聲音是無法傳導的，當然由於真空玻璃的支撐成了聲橋，所以真空度不可能達到百分百真空，但這些支撐只佔玻璃的千分之一，這些只是微小的聲橋就可以忽略不計。

1. 低碳節能

真空玻璃依靠真空層特殊結構，有效阻隔室內外熱量傳導，傳熱係數U值在0.6Wm-2k-1以下，可低至0.3W/(m·K)，與牆體相近。可以顯著減少空調電耗及污染物和溫室氣體的排放，減少環境污染。

2. 隔熱保溫

選用適當遮陽係數的真空玻璃，在夏季，能夠有效控制太陽得熱，保持室內涼爽；在冬季，當室外溫度為-20℃時，真空玻璃的內表溫度僅比室內空氣溫度低3-5℃，可以保持室內溫暖舒適。

3. 隔聲降噪

隨著都市人口的密集和交通運輸工具的增多，雜訊污染日益嚴重，直接對人產生危害。真空玻璃的真空層可以有效地阻隔聲音的傳遞，特別是對於穿透性較強的中低頻率，效果十分顯著。

4. 遠離結露

真空玻璃具有超強的隔熱保溫性能，在寒冷的冬季，即使室外氣溫降到-30℃，室內玻璃表面的溫度也與室溫相近，遠高於結露溫度。

5. 應用廣泛

真空玻璃內部為真空狀態，不受環境氣壓的影響，適用於各種海拔地區；同時，真空玻璃應用於建築物的各個位置都能保持其優異的性能不變，包括立面，斜面及屋頂，不存在中空玻璃平放時氣體對流加大導致性能降低的問題。

1．真空夾層玻璃

產品可做成單面夾層結構，也可以做成雙面夾層結構， EVA膜（也稱EN膜）厚度約為0.4和0.7mm兩種。聚碳酸酯板厚度約為1.2mm。附加玻璃板在2.5mm到5mm之間選用，也可用鋼化玻璃。真空夾層玻璃還有另外一種做法就是在兩層玻璃中間灌膠水，然後通過加溫烘乾，也能做真空夾層玻璃，其特點是安全性和防盜性，同時其傳熱係數、隔聲及抗風壓等性能也優於真空玻璃原片，總厚度也比較薄。由於玻璃和夾膠層的熱導較大，對熱阻貢獻較小，因而真空夾層玻璃的傳熱係數只比真空玻璃略小，但隔聲性能會有較大提高。

2．“真空+中空”組合真空玻璃

此種結構相當於把真空玻璃當成一片玻璃再與附加玻璃板合成中空，附加玻璃板厚度一般選5或6mm的鋼化玻璃，放在建築物外側，也可以做成“中空+真空+中空”的雙面中空組合形式。

此類組合除解決安全性外，其隔熱隔聲性能也都有提高。特別是附加玻璃板也選用Low－E鋼化玻璃時更使傳熱係數降低。

計算這種組合玻璃時首先要從原理上認識到，在我們所討論的溫度和溫差範圍內，熱輻射波長是在遠紅外4—40μm波段，鈉鈣玻璃對此波段的電磁輻射基本上不透明，所以在計算三塊以上玻璃的輻射熱阻時，不必考慮透過第一塊的輻射對第三塊的影響，只要分段計算再相加即可，所以如果“真空+中空”組合的總熱阻為R組合，可寫成： R組合=R+R中空

式中R是真空玻璃的熱阻

R中空 是用兩塊與附加玻璃板等厚的玻璃製成的中空玻璃的熱阻

算出的R組合只多算了一片玻璃的熱阻，誤差很小。

3．“真空夾層+中空”結構

此種結構傳熱係數與上述“真空+中空”相近，但此結構的優點除傳熱係數低並解決了安全性之外，厚度比“中空+真空+中空”薄，而且由於真空玻璃兩側不對稱，減小了聲音傳播的共振，使隔聲性能提高。

曾為北京某音樂教學樓製作了樣品，為6+0.38EVA+4L+0.15V+4+12A+6結構，總厚度32.5mm,經清華大學建築物理實驗室實測計權隔聲量為42dB，離玻璃幕牆國家標準計權隔聲量最高級只差3dB。傳熱係數可在0.7-0.9Wm-2k-1之間，由LOW-E玻璃的選取來確定。

4．雙真空層真空玻璃

此種結構的總熱阻可看成兩片真空玻璃熱阻之和，如果是相同結構的真空玻璃，總熱阻則為單一真空玻璃的兩倍，即 R雙真空=2R

式中R是單一真空玻璃的熱阻

應該說明，結構中Low-E膜的位置不同，不影響K值，隻影響實際使用時三片玻璃的溫度分佈。

雙真空玻璃的熱阻高，K值低，而且很薄，可做到約9mm厚，也可以製成雙真空層夾層安全玻璃，具有很好的發展潛力。

隨著科學技術發展，新材料、新工藝、新技術不斷出現，真空玻璃本身的質量將會不斷提高。生產工藝和設備也將不斷更新，產量會不斷擴大，成本也會不斷降低。組合真空玻璃的品種也會不斷增多。國內外的研究表明，對大多數地區而言，建築物圍護結構的傳熱係數應至少達到1Wm-2k-1的水平，過去大量使用的總厚度約390mm的37磚牆（外加砂漿）的傳熱係數約為1.7 Wm-2k-1 ，總厚度約410mm的37空心磚牆（外加厚砂漿）的傳熱係數已接近1 Wm-2k-1 。各種新型牆體的傳熱係數已可降到0.4至0.8 Wm-2k-1之間。而門窗則是建築圍護結構的能耗大戶。單片5mm白玻的傳熱係數約為6.1 Wm-2k-1，比牆體差6倍以上，形象地比喻，每一扇非節能窗的能耗就相當於點著一盞數十瓦的長明燈在長年累月地消耗能量。三十多年前，在第一次石油危機之後，國外科學家就提出研製傳熱係數小於1的玻璃窗，稱之為“超級玻璃窗”（Superwindows）。真空玻璃的出現，使這一設想成為輕易之舉，雙真空玻璃的出現，更將使我們進入“超級真空玻璃窗”階段。

全鋼化真空玻璃是真空玻璃的升級版，它不僅繼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，其主要特點為使用的玻璃是全鋼化后的安全玻璃，它可廣泛應用於建築物及車船門窗、保溫箱櫃（如：展示櫃、冷藏櫃）等各種需要透明隔熱材料的領域。

居民消費結構升級、鼓勵企業自主創新、新農村建設和城鎮化進程等都將保證國內市場對玻璃產品的中長期需求增長趨勢不變。隨著建築、汽車、裝飾裝修、傢具、信息產業技術等行業的發展和人們對生活空間環境要求的提高，安全玻璃、節能中空玻璃等功能性加工產品得到廣泛應用。平板玻璃的供求格局和消費結構正在發生變化。

玻璃行業的發展與國民經濟的許多行業都存在著聯繫，玻璃行業對推動整個國民經濟的發展都起著積極作用。因此“十一五”規劃中也對玻璃產業的發展提出了具體要求。也頒布了各項法律法規來規範玻璃行業的健康發展。在新的形勢下，玻璃工業必須按照科學發展觀的要求，轉變增長方式，有效調整產業結構，才能促進行業健康發展。