劉成雄

（1.秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計院有限公司 秦皇島 066001；2.河北省玻璃節(jié)能減排技術(shù)創(chuàng)新中心 秦皇島 066001；3.河北省企業(yè)技術(shù)中心 秦皇島 066001）

0 引言

在現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11944—2012 《中空玻璃》中，中空玻璃定義為兩片或多片玻璃以有效支撐均勻隔開并周邊粘接密封，使玻璃層間形成有干燥氣體空間的玻璃制品。中空玻璃具有傳熱系數(shù)低、隔音性能高、節(jié)能效果顯著和美觀適用等特征，隨著新型節(jié)能低碳建筑的發(fā)展，中空玻璃薄型化趨勢明顯，以達(dá)到新型建筑物門窗輕量化和節(jié)能降碳的目的。

1 中空玻璃的發(fā)展及現(xiàn)狀

1.1 中空玻璃的發(fā)展

1865年8月，美國人T·D·Stofson 最早獲得了發(fā)明中空玻璃的專利。經(jīng)過近100年的發(fā)展，到上世紀(jì)50年代在全世界得到了廣泛使用，在歐洲、北美、日本、韓國等發(fā)達(dá)國家及地區(qū)應(yīng)用更為普遍，其制造工藝為金屬框架有機(jī)粘接法。1940年美國利比-歐文思-福特公司（LOF公司）發(fā)明金屬焊接法，它是把銅噴鍍在玻璃的四周，再以鉛合金的框子把兩片玻璃焊接起來，然后再用干燥空氣把內(nèi)部空氣置換出來。1978年美國化學(xué)博士Tom Greenlee發(fā)明膠條型有機(jī)粘接法，膠條法與金屬框架法的生產(chǎn)工藝及其設(shè)備基本相同，只是干燥劑在制作膠條時已經(jīng)預(yù)先放入其中了。

我國中空玻璃生產(chǎn)工藝研究起步較晚，1964年開始用手工方法小批量生產(chǎn)，上世紀(jì)70年代初，在沈陽玻璃廠試制成功半機(jī)械生產(chǎn)中空玻璃的生產(chǎn)線，并開始推廣應(yīng)用，其后一段時間發(fā)展基本處于停滯狀態(tài)。直到上世紀(jì)80年代中期，廣東深圳從國外引進(jìn)首條全自動化中空玻璃裝備生產(chǎn)線后，我國中空玻璃制造才得以發(fā)展。1997年我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的輥壓式中空玻璃生產(chǎn)線投放市場，1999年秦皇島耀華工業(yè)技術(shù)玻璃廠又引進(jìn)了具有當(dāng)今國際先進(jìn)水平的，可充入惰性氣體的全自動中空玻璃生產(chǎn)線。目前，我國已形成了從中空玻璃生產(chǎn)到設(shè)備制造的科研、開發(fā)的完整體系。

1.2 我國中空玻璃的生產(chǎn)及消費(fèi)情況

按國家統(tǒng)計局和國家海關(guān)的統(tǒng)計口徑，2022年我國中空玻璃產(chǎn)量為1.44億m2，同比減少9.3%；表觀消費(fèi)量為1.39億m2，同比減少9.7%。出口量515.6萬m2，同比增長1.9%，進(jìn)口量2.0萬m2，同比減少28.6%，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 我國中空玻璃生產(chǎn)及消費(fèi)變化情況

2 中空玻璃的新興發(fā)展趨勢

中空玻璃的主要特點(diǎn)是隔音和節(jié)能，所以提高其能源效率是業(yè)內(nèi)不斷追尋的方向，其發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面。

Low-E涂層應(yīng)用于玻璃表面，以減少進(jìn)入建筑物的熱量和紫外線輻射，同時允許可見光通過， 有助于保持室內(nèi)溫度更加穩(wěn)定，并減少建筑物供暖或制冷所需的能量，可以顯著提高建筑物的能源效率和舒適度。目前Low-E中空玻璃已廣泛應(yīng)用于建筑及其他領(lǐng)域，是新型建筑和既有建筑改造的首選門窗材料，但提高建筑業(yè)Low-E中空玻璃普及率仍是當(dāng)前的課題。

2.2 智能中空玻璃

所謂智能中空玻璃，是使用調(diào)光玻璃或電致變色玻璃作為中空玻璃的組成原片，根據(jù)熱、光或電流等外部刺激改變其透明度、不透明度和顏色的中空玻璃。智能中空玻璃可以手動或自動控制，提供更大的靈活性并控制進(jìn)入建筑物的光和熱量。智能中空玻璃還可以與其他智能家居技術(shù)集成，如照明和暖通空調(diào)系統(tǒng)，以優(yōu)化能源消耗并提高舒適度。

2.3 薄型化中空玻璃

薄玻璃是一種比傳統(tǒng)玻璃更薄的玻璃，具有更輕、更柔韌的特性。薄玻璃可用于生產(chǎn)薄型中空玻璃，從而提高熱性能和能源效率，還可以生產(chǎn)可用于建筑特殊位置的彎曲或柔性中空玻璃。從節(jié)約材料、節(jié)能降碳角度來說，薄型化中空玻璃將是當(dāng)期和未來的主要門窗材料。

2.4 三層或多層中空玻璃

三層或多層中空玻璃，是使用由兩個或多個密封氣體空間隔開的三片或多片玻璃板組成的中空玻璃，比雙層玻璃具有更好的隔熱性能，使其成為極冷氣候下建筑物的理想選擇。三層或多層中空玻璃還提供更好的隔音效果和更高的安全性。

2.5 多元化的功能中空玻璃

中空玻璃生產(chǎn)的其他新興趨勢是使用不同功能的玻璃作為中空玻璃的組成原片，以生產(chǎn)適應(yīng)不同場合的獨(dú)特功能的中空玻璃，主要包括真空中空玻璃（VIG）、自清潔中空玻璃、能量收集中空玻璃、高隔音中空玻璃、防火中空玻璃以及納米玻璃、柔性玻璃與智能家居技術(shù)集成的中空玻璃等。

3 中空玻璃薄型化定義及可行性

3.1 薄型中空玻璃的定義

薄型中空玻璃的“薄型”，是指中空玻璃組成原片的厚度還是整個中空玻璃的厚度，目前尚未有統(tǒng)一的規(guī)定和認(rèn)知。在現(xiàn)行國標(biāo)GB/T 11944—2012 《中空玻璃》中，組成中空玻璃的原片可采用平板玻璃、鍍膜玻璃、夾層玻璃、鋼化玻璃、防火玻璃、半鋼化玻璃和壓花玻璃等，所用玻璃應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求?，F(xiàn)行國標(biāo)GB 11614—2022 《平板玻璃》中，平板玻璃的常用厚度規(guī)格為2mm、3 mm、4mm、5mm、6mm、8mm、10 mm、12 mm、15 mm、19 mm、22 mm、25 mm。

根據(jù)中空玻璃生產(chǎn)和應(yīng)用特點(diǎn)，并參考世界各大公司產(chǎn)品情況，暫且以中空玻璃組成原片的厚度來定義“薄型”。即中空玻璃組成原片3 mm（含）以下厚度的為薄型中空玻璃，厚度4～10 mm（含）為常規(guī)型中空玻璃，厚度10～19 mm（含）為加厚型中空玻璃，厚度19 mm以上為特厚型中空玻璃。

如板硝子公司的薄型中空玻璃產(chǎn)品就是以中空玻璃組成原片厚度定義的，見表2。

表2 板硝子公司部分薄型中空玻璃產(chǎn)品

3.2 薄型中空玻璃符合節(jié)能降碳要求

理論上，中空玻璃的傳熱系數(shù)與玻璃的熱阻和玻璃厚度的乘積有著直接的聯(lián)系。當(dāng)增加玻璃厚度時，必然會增大該片玻璃對熱量傳遞的阻擋能力，從而降低整個中空玻璃系統(tǒng)的傳熱系數(shù)。但從表3中可以看出，增加玻璃厚度對降低中空玻璃U值的作用并沒有那么明顯，如對具有12 mm空氣間隔層的普通中空玻璃來說，兩片玻璃都為5 mm白玻組成的中空玻璃的U值僅比3 mm白玻的中空玻璃U值降低0.04 W/m2·K。所以，中空玻璃原片薄型化發(fā)展從節(jié)能降碳效果上講是可行的。

表3 不同玻璃原片厚度的中空玻璃U 值

4 薄型中空玻璃的發(fā)展方向

薄型中空玻璃不僅要符合節(jié)能降碳的需要，而且也要滿足既有建筑門窗更換玻璃的需要，即保證門窗框體不變，更加輕量化。

4.1 薄型中空玻璃整體更薄

要使薄型中空玻璃整體更薄，僅減小中空玻璃組成原片的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，同時也需要減少中間氣體層的厚度。許多關(guān)于薄型中空玻璃的專利，其中間氣體層的厚度是很小的。如日本JPH0960433A號專利“薄中空玻璃”，使用厚度為2.5～3.0 mm的平板玻璃，玻璃間隔為2.0 mm，制作成厚度為7.0～7.5 mm的中空玻璃。日本中央硝子公司產(chǎn)品目錄中的薄型中空玻璃產(chǎn)品均為特殊氣體層，厚度為2.5 mm，見表4。

表4 中央硝子部分薄型中空玻璃產(chǎn)品厚度

所謂特殊氣體層，主要是指在玻璃板之間的間隙中填充惰性氣體，如氬氣、SF6或碳氟化合物等，通過充入導(dǎo)熱系數(shù)比空氣低的惰性氣體，可進(jìn)一步提高中空玻璃的隔熱性能，使中空玻璃整體更薄。

4.2 薄型三層中空玻璃

薄型三層中空玻璃由美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室附屬斯蒂芬·塞爾科維茨顧問公司的史蒂夫·塞爾科維茨（Selkowitz）在20世紀(jì)80年代末發(fā)明，并于1991年獲得發(fā)明注冊。鑒于當(dāng)時的消費(fèi)理念及技術(shù)情況，既沒有薄玻璃產(chǎn)品，也沒有市場需求，薄玻璃是在2000年后，隨著智能手機(jī)和平板電視的出現(xiàn)和快速增長才得以快速發(fā)展的。

2018年美國高性能產(chǎn)品公司開始與美國能源部合作開發(fā)商用薄玻璃三層中空玻璃。到2019年，經(jīng)過廣泛的測試和現(xiàn)場驗(yàn)證，該公司將其作為產(chǎn)品推出。到2023年中期，該公司預(yù)計將向商業(yè)和住宅應(yīng)用市場銷售9.29萬m2的薄玻璃中空玻璃產(chǎn)品。

德國、比利時等歐洲發(fā)達(dá)國家隨著隔熱法律要求變得越來越嚴(yán)格（如德國節(jié)能法規(guī)EnEV），使用三層中空玻璃的趨勢明顯。如結(jié)構(gòu)為4 mm浮法玻璃板（外側(cè)）＋空氣層＋2 mm鋼化玻璃＋氬氣層＋3 mm浮法玻璃板（內(nèi)側(cè)），其質(zhì)量僅為22.5 kg/m2時，Ug值為0.6 W/m2·K，透光率為73%，熱效能明顯提高。德國聯(lián)邦平板玻璃協(xié)會公布的三層中空玻璃的典型U值見表5。

表5 三層中空玻璃的典型U 值

當(dāng)然，三層中空玻璃的中間玻璃可使用比兩外側(cè)更薄的玻璃，以達(dá)到在不增加太多重量的情況下大幅提高熱性能。另外，薄型三層中空玻璃應(yīng)比傳統(tǒng)的三層中空玻璃薄得多，以便輕松地容納在既有建筑外窗系統(tǒng)中。

5 結(jié)語

2023年11月初，中國建材總院新增4個“十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目，“薄型中空玻璃及節(jié)能外窗系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用”項(xiàng)目列在其中。說明目前我國薄型中空玻璃發(fā)展尚有欠缺，在滿足建筑外窗系統(tǒng)節(jié)能和節(jié)材雙重需求方面尚不完備，需要通過大力開發(fā)既有建筑外窗改造用高效節(jié)能薄型中空玻璃及其替換技術(shù)，構(gòu)建建筑用節(jié)材薄型中空玻璃與外窗系統(tǒng)，建立薄型中空玻璃和外窗系統(tǒng)性能評價體系，才能有效推動輕量化薄型中空玻璃的應(yīng)用，從而大幅度提高建筑等領(lǐng)域的節(jié)能降碳效果。