中空玻璃薄型化及发展趋势.pdf

全国性建材科技期刊一一玻璃2024年第2 期月总第3 8 9 期中空玻璃薄型化及发展趋势刘成雄12.3（1.秦皇岛玻璃工业研究设计院有限公司2.河北省玻璃节能减排技术创新中心秦皇岛3.河北省企业技术中心秦皇岛0 6 6 0 0 1）摘要中空玻璃以其优异的节能效果，被广泛应用在工业、民用和家装领域，通过对中空玻璃的发展状况、生产及消费情况分析，提出了中空玻璃的发展趋势。并针对薄型中空玻璃的发展需求和节能降碳的应用要求，实现中空玻璃整体向薄型化、高性能方向发展，满足既有建筑门窗更换玻璃的需要，又能适应新建建筑的各项指标要求。关键词中空玻璃；薄型化；填充介质；超薄玻璃中图分类号：TQ171文献标识码：A文章编号：10 0 3-19 8 7（2 0 2 4）0 2-0 0 0 6-0 5Thinning of Insulating Glass and its Development Trend(1.Qinhuangdao Glass Industry Research and Design Institute Company Limited,Qinhuangdao 066001,China;2.Hebei Province Glass Energy Saving and Emission Reduction Technology Innovation Center,Qinhuangdao066001,China;3.Hebei Province Company Technology Center,Qinhuangdao 066001,China)Abstract:Insulating glass is widely used in industry,civil and home decoration fields for its excellentenergy saving effect.The development trend of insulating glass is put forward by analyzing its developmentcourse,production status and consumption demand.It is pointed out that the overall insulating glass productwill be thinner and thinner and of possessed high performance according to the development needs of thininsulating glass and the application requirements of energy saving and carbon reduction,which meets thereplacing needs of the existing build door and window glass,and can adapt to the requirements of variousindicators of new buildings.Key Words:insulating glass,thinning,filling medium,ultra-thin glass0引言在现行国家标准GB/T11944一2 0 12 中空玻璃中，中空玻璃定义为两片或多片玻璃以有效支撑均匀隔开并周边粘接密封，使玻璃层间形成有干燥气体空间的玻璃制品。中空玻璃具有传热系数低、隔音性能高、节能效果显著和美观适用等特征，随着新型节能低碳建筑的发展，中空玻璃薄型化趋势明显，以达到新型建筑物门窗轻量基金项目：国家重点研发计划项目（项目编号：2 0 2 3 YFC3806200）。作者简介：刘成雄（19 6 5-），男，教授级高级工程师，主要从事玻璃技术研究和工程应用工作。6可秦皇岛066001;066001;LIU Chengxiong1,2,3化和节能降碳的目的。1中空玻璃的发展及现状1.1中空玻璃的发展1865年8 月，美国人TDStofson最早获得了发明中空玻璃的专利。经过近10 0 年的发展，到上世纪5 0 年代在全世界得到了广泛使用，在欧洲、北美、日本、韩国等发达国家及地区应用更为普遍，其制造工艺为金属框架有机粘接法。19 40 年玻璃，比双层玻璃具有更好的隔热性能，使其成为极冷气候下建筑物的理想选择。三层或多层中空玻璃还提供更好的隔音效果和更高的安全性。研究与综述美国利比-欧文思-福特公司（LOF公司）发明金属2.1 LoW-E中空玻璃焊接法，它是把铜喷镀在玻璃的四周，再以铅合Low-E涂层应用于玻璃表面，以减少进人建金的框子把两片玻璃焊接起来，然后再用干燥空筑物的热量和紫外线辐射，同时允许可见光通气把内部空气置换出来。19 7 8 年美国化学博士Tom过，有助于保持室内温度更加稳定，并减少建筑Greenlee发明胶条型有机粘接法，胶条法与金属框物供暖或制冷所需的能量，可以显著提高建筑物架法的生产工艺及其设备基本相同，只是干燥剂的能源效率和舒适度。目前Low-E中空玻璃已广在制作胶条时已经预先放入其中了。泛应用于建筑及其他领域，是新型建筑和既有建我国中空玻璃生产工艺研究起步较晚，19 6 4年筑改造的首选门窗材料，但提高建筑业Low-E中开始用手工方法小批量生产，上世纪7 0 年代初，在空玻璃普及率仍是当前的课题。沈阳玻璃厂试制成功半机械生产中空玻璃的生产2.2智能中空玻璃线，并开始推广应用，其后一段时间发展基本处于所谓智能中空玻璃，是使用调光玻璃或电致变停滞状态。直到上世纪8 0 年代中期，广东深圳从国色玻璃作为中空玻璃的组成原片，根据热、光或电外引进首条全自动化中空玻璃装备生产线后，我国流等外部刺激改变其透明度、不透明度和颜色的中中空玻璃制造才得以发展。19 9 7 年我国拥有自主知空玻璃。智能中空玻璃可以手动或自动控制，提供识产权的辊压式中空玻璃生产线投放市场，19 9 9 年更大的灵活性并控制进人建筑物的光和热量。智能秦皇岛耀华工业技术玻璃厂又引进了具有当今国际中空玻璃还可以与其他智能家居技术集成，如照明先进水平的，可充人惰性气体的全自动中空玻璃生和暖通空调系统，以优化能源消耗并提高舒适度。产线。目前，我国已形成了从中空玻璃生产到设备2.3薄型化中空玻璃制造的科研、开发的完整体系。薄玻璃是一种比传统玻璃更薄的玻璃，具有1.2我国中空玻璃的生产及消费情况更轻、更柔韧的特性。薄玻璃可用于生产薄型中按国家统计局和国家海关的统计口径，2 0 2 2 年空玻璃，从而提高热性能和能源效率，还可以生我国中空玻璃产量为1.44亿m，同比减少9.3%；表产可用于建筑特殊位置的弯曲或柔性中空玻璃。观消费量为1.3 9 亿m，同比减少9.7%。出口量从节约材料、节能降碳角度来说，薄型化中空玻515.6万m，同比增长1.9%，进口量2.0 万m，同比璃将是当期和未来的主要门窗材料。减少2 8.6%，具体数据见表1。2.4三层或多层中空玻璃表1我国中空玻璃生产及消费变化情况三层或多层中空玻璃，是使用由两个或多个密封气体空间隔开的三片或多片玻璃板组成的中空项目名称2010年2 0 15 年2 0 2 0 年2 0 2 1年产量/万m3863.111987.4114575.815912.714426.8出口量/万m199.4进口量/万m27.6表观消费量/万m3691.311612.414110.615409.713913.22中空玻璃的新兴发展趋势中空玻璃的主要特点是隔音和节能，所以提高其能源效率是业内不断追寻的方向，其发展趋势主要有以下几个方面。2022年386.4466.311.41.1505.82.8515.62.02.5多元化的功能中空玻璃中空玻璃生产的其他新兴趋势是使用不同功能的玻璃作为中空玻璃的组成原片，以生产适应不同场合的独特功能的中空玻璃，主要包括真空中空玻璃（VIG）、自清洁中空玻璃、能量收集中空玻璃、高隔音中空玻璃、防火中空玻璃以及纳米玻璃、柔性玻璃与智能家居技术集成的中空玻璃等。7全国性建材科技期刊一一玻璃3中空玻璃薄型化定义及可行性3.1薄型中空玻璃的定义薄型中空玻璃的“薄型”，是指中空玻璃组成原片的厚度还是整个中空玻璃的厚度，目前尚未有统一的规定和认知。在现行国标GB/T11944一2012中空玻璃中，组成中空玻璃的原片可采用平板玻璃、镀膜玻璃、夹层玻璃、钢化玻璃、防火玻璃、半钢化玻璃和压花玻璃等，所用玻璃应符合相应标准要求。现行国标GB11614一2 0 2 2 平板玻璃中，平板玻璃的常用厚度规格为2 mm、室外侧+中空层+室内侧Low-E3+12A+Low-E3Low-E3+16A+Low-E3双Low-E中空玻璃（绿色）Low-E3+12Ar+Low-E3Low-E3+16Ar+Low-E3LoW-E3+12A+FL3单Low-E中空玻璃（绿色）Low-E3+16A+FL3普通中空玻璃FL3+12A+FL3注：Low-E为Low-E玻璃，A为空气层，Ar为氩气层，FL为浮法玻璃。3.2薄型中空玻璃符合节能降碳要求理论上，中空玻璃的传热系数与玻璃的热阻和玻璃厚度的乘积有着直接的联系。当增加玻璃厚度时，必然会增大该片玻璃对热量传递的阻挡能力，从而降低整个中空玻璃系统的传热系数。但从表3 中可以看出，增加玻璃厚度对降低中空玻璃U值的作用并没有那么明显，如对具有12 mm空气间隔层的普通中空玻璃来说，两片玻璃都为5 mm白玻组成的中空玻璃的U值仅比3mm白玻的中空玻璃U值降低0.0 4W/mK。所以，中空玻璃原片薄型化发展从节能降碳效果上讲是可行的。82024年第2 期总第3 8 9 期3mm、4m m、5 m m、6 m m、8 m m、10 m m、12 mm、15 m m、19 m m、2 2 m m、2 5 m m o根据中空玻璃生产和应用特点，并参考世界各大公司产品情况，暂且以中空玻璃组成原片的厚度来定义“薄型”。即中空玻璃组成原片3 mm（含）以下厚度的为薄型中空玻璃，厚度410 mm（含）为常规型中空玻璃，厚度10 19 mm（含）为加厚型中空玻璃，厚度19 mm以上为特厚型中空玻璃。如板硝子公司的薄型中空玻璃产品就是以中空玻璃组成原片厚度定义的，见表2。表2 板硝子公司部分薄型中空玻璃产品中空玻璃结构总厚度/mm18221822182218玻璃原片厚度/mm3456810注：A为空气层。4薄型中空玻璃的发展方向薄型中空玻璃不仅要符合节能降碳的需要，可见光透过率/%66.566.566.566.569.769.781.8表3不同玻璃原片厚度的中空玻璃U值中空玻璃结构3+12A+34+12A+45+12A+56+12A+68+12A+810+12A+10U值（冬）/（W/mK）1.41.21.21.11.61.42.9U值/(W/mK)2.752.732.712.692.662.64研究与综述理念及技术情况，既没有薄玻璃产品，也没有市而且也要满足既有建筑门窗更换玻璃的需要，即场需求，薄玻璃是在2 0 0 0 年后，随着智能手机和保证门窗框体不变，更加轻量化。平板电视的出现和快速增长才得以快速发展的。4.1薄型中空玻璃整体更薄2018年美国高性能产品公司开始与美国能源要使薄型中空玻璃整体更薄，仅减小中空玻部合作开发商用薄玻璃三层中空玻璃。到2 0 19璃组成原片的厚度远远不够，同时也需要减少中年，经过广泛的测试和现场验证，该公司将其作间气体层的厚度。许多关于薄型中空玻璃的专为产品推出。到2 0 2 3 年中期，该公司预计将向商利，其中间气体层的厚度是很小的。如日本业和住宅应用市场销售9.2 9 万m的薄玻璃中空玻JPH0960433A号专利“薄中空玻璃”，使用厚度璃产品。为2.5 3.0 mm的平板玻璃，玻璃间隔为2.0 mm，德国、比利时等欧洲发达国家随着隔热法律制作成厚度为7.0 7.5 mm的中空玻璃。日本中央要求变得越来越严格（如德国节能法规EnEV），硝子公司产品目录中的薄型中空玻璃产品均为特使用三层中空玻璃的趋势明显。如结构为4mm浮殊气体层，厚度为2.5 mm，见表4。法玻璃板（外侧）+空气层+2 mm钢化玻璃+氩表4中央硝子部分薄型中空玻璃产品厚度气层+3 mm浮法玻璃板（内侧），其质量仅为2 2.5总厚度kg/m时，U,值为0.6 W/mK，透光率为7 3%，热产品品种产品结构FL3+G2.5+FL3薄型窗FL3+G2.5+F3中空玻玻璃璃FL3+G2.5+（FL3+特殊树脂膜+FL3）薄型安全特殊FL3+G2.5+（FL3+特殊树脂膜+F3）中空场合LoW-E3+G2.5+（FL3+特殊树脂膜+FL3）玻璃Low-E3+G2.5+（FL3+特殊树脂膜+F3）注：FL为浮法平板玻璃，G为特殊气体层，F为钢化玻璃，Low-E为Low-E玻璃。所谓特殊气体层，主要是指在玻璃板之间的间隙中填充惰性气体，如氩气、SF.或碳氟化合物等，通过充入导热系数比空气低的惰性气体，可进一步提高中空玻璃的隔热性能，使中空玻璃整体更薄。4.2薄型三层中空玻璃薄型三层中空玻璃由美国劳伦斯伯克利国家实验室附属斯蒂芬塞尔科维茨顾问公司的史蒂夫塞尔科维茨（Selkowitz）在2 0 世纪8 0 年代末发明，并于19 9 1年获得发明注册。鉴于当时的消费/mm8.58.5Low-E3+G2.5+FL38.5LoW-E3+G2.5+F38.512.312.312.312.3效能明显提高。德国联邦平板玻璃协会公布的三层中空玻璃的典型U值见表5。表5三层中空玻璃的典型U值三层中空玻璃结构Low-E膜等涂膜位置4+10Ar+4+10Ar+4位置2+54+12Ar+4+12Ar+4位置2+54+14Ar+4+14Ar+4位置2+54+16Ar+4+16Ar+4位置2+5注：Ar为氩气层。当然，三层中空玻璃的中间玻璃可使用比两外侧更薄的玻璃，以达到在不增加太多重量的情况下大幅提高热性能。另外，薄型三层中空玻璃应比传统的三层中空玻璃薄得多，以便轻松地容纳在既有建筑外窗系统中。5结语2023年11月初，中国建材总院新增4个“十四五”国家重点研发计划项目，“薄型中空玻璃及节能外窗系统开发与应用”项目列在其中。说明目前我国薄型中空玻璃发展尚有欠缺，在满足（下转第18 页）9U值/(W/m.K)0.80.70.60.6全国性建材科技期刊一一玻璃以及温室气体排放。应用方面，最新的一个项目案例是瑞典开发商NCC与幕墙制造商Fasadglass合作的哥德堡的Habitat7大楼，采用了COOL-LITEXTREMEORAE节能玻璃。2022年11月，美国国家可再生能源实验室和威斯康星大学的研究者们开发了一种采用光伏玻璃外墙的建筑能量模型。作者研究了三种不同的光伏玻璃技术，结果最终表明，新型玻璃外墙技术，尤其是具有高热性能的光伏玻璃，在所有气候条件下与典型传统建筑相比，每年可节省1000040 0 0 0 G J的能源，每年可减少高达2 0 0 0t的CO,排放量。若结合有效的布置方法，通过光伏玻璃技术实现高层净零建筑是可行的。2022年12 月，AGC欧洲玻璃公司推出低碳浮法玻璃系列，其特点是生产4mm厚每平方米玻璃的CO,排放当量小于7 kg。此举将使AGC公司在生产浮法玻璃过程中减少40%以上的碳排放。生产该低碳浮法玻璃的工厂位于比利时Moustier，也将是AGC第一家生产低碳浮法玻璃的工厂。该低碳浮法玻璃原片能够加工成各类玻璃产品，如钢化、中空以及镀膜玻璃等。2023年7 月，美国康宁公司推出了Corning?ViridianTM注射剂玻璃瓶，其生产过程中的CO,排放量减少最多可达到3 0%。与传统玻璃注射剂瓶相比，ViridianTM注射剂瓶使用的玻璃材料减少了2024年第2 期总第3 8 9 期20%，且不会影响注射剂瓶的质量或安全性。玻璃材料用量的减少降低了3 0%的制造和运输过程中产生的相关排放，并减少了流人废弃物的玻璃总量。2023年7 月，美国宾西法尼亚州立大学（Pe n n St a t e）的研究人员通过改进玻璃配料，开发了一种名为LionGlas的新型玻璃。该研究团队将纯碱和石灰石替换为氧化铝或铁化合物，不仅大幅减少了熔化过程中的CO,直接排放，还将熔化所需温度降低了3 0 0 40 0，使能耗减少约30%。5结语“十四五”时期是我国平板玻璃工业实现碳达峰的关键阶段。目前，我国平板玻璃工业总体的碳排放还处于上升期，并未达到峰值，要实现最终的碳中和目标依然任重而道远。因此，需要从多方位、多角度、多路线发力，全面推进玻璃行业的各项碳中和技术路线不断取得突破，从而为我国实现碳中和目标贡献行业自身的力量。参考文献1】刘志海.全球玻璃工业现状与发展趋势 J.玻璃，2 0 2 3,50(01):14-19.【2 何峰，王健，金明芳，等.中国平板玻璃工业碳减排途径分析研究 J.玻璃,2 0 2 3,5 0（0 2）：1-7.（上接第9 页）建筑外窗系统节能和节材双重需求方面尚不完备，需要通过大力开发既有建筑外窗改造用高效节能薄型中空玻璃及其替换技术，构建建筑用节材薄型中空玻璃与外窗系统，建立薄型中空玻璃和外窗系统性能评价体系，才能有效推动轻量化薄型中空玻璃的应用，从而大幅度提高建筑等领域的节能降碳效果。18参考文献1 GB/T 119442012,中空玻璃 S2 GB 116142022,平板玻璃 S.【3】徐美君.低辐射镀膜玻璃的发展现状与市场（下）.玻璃,2 0 11,3 8（10）:3 9-49.4黄春勇.中空玻璃的热工性能研究及其在住宅建筑上适用性分析 D.重庆大学,2 0 0 9.5】郝曼.中空玻璃标准变更浅析 .门窗，2 0 15（0 2）：2 7-3 0.