真空玻璃在阳光房应用分析

发布日期：2025-04-22 来源: 浏览：

目前，玻璃阳光房应用越来越广泛，导致阳光房玻璃对建筑能耗的影响日益严重、无法忽视。 真空玻璃是由两片钢化玻璃边缘封接，中间抽真空形成的一种高效保温节能材料。在阳光房建筑中，真空玻璃传热系数U 值不受安装角度变化，始终保持在0.5W/(m2·K)以下，本文通过对不同配置的真空玻璃立面及采光顶安装时内外侧温度进行分析，确定了真空玻璃在阳光房应用时的最佳配置，为阳光房玻璃的设计选用提供参考。

关键字：阳光房玻璃 采光顶  真空玻璃

1、阳光房玻璃介绍

阳光房是属于现代化风格的新型建筑，大面积的玻璃，广阔的视域，实现了居室和阳光的完美结合。阳光房玻璃如果选择不合适，采光的同时也在“采热”，这样既增加了建筑物的能耗，又影响了空间的舒适性。因此，在确保阳光房玻璃安全情况下，阳光房玻璃的节能设计成为关键。作为一种特殊的建筑围护结构，玻璃对建筑形成的热损失主要，体现在太阳辐射热损失和热交换热损失两个方面。玻璃采光顶在建筑围护结构中引起的热交换热损失与混凝土或砖混砌体相比大7～8倍，玻璃采光面积越大或玻璃热工性能越差，建筑物能耗也越大。[1]目前，玻璃阳光房应用越来越广泛，导致阳光房玻璃对建筑能耗的影响日益严重、无法忽视。因此，选择合适的玻璃及其组成部件，对于降低建筑能耗，改善室内热环境具有重要意义。

2、真空玻璃在阳光房的应用

玻璃围护结构，通过其传递的热量主要有温差驱动的热传导、太阳辐射传热和空气渗透得失热量。热传导量的大小和建筑采光顶的传热系数大小有直接的关系，太阳辐射传热和太阳得热系数 SHGC 有关，空气渗透得失热量取决于室内外风速、温度引起的压力变化和采光顶的缝隙大小。

　　

综合以上因素，采光顶的热平衡方程列为如下形式：

式中：Q—— 通过采光顶系统进入室内的热量，W；

U—— 传热系数，W/(m2K)；

A—— 玻璃面积，m2；

Tout；Tin—— 室外、室内空气温度，K ；

I——太阳辐射强度，W/m2；
　　SHGC——玻璃系统的太阳光总透射比；

 HGinf il-------- 空气渗透带来的总得热，W；

对于阳光房玻璃而言，就是要选择U值尽可能低，LSG值尽可能大的产品。真空玻璃因其优异的保温隔热性、防结露性及隔声性能等，在阳光房领域具备优越的性能优势及广阔的应用前景。

2.1 真空玻璃节能优势

真空玻璃技术是由成熟的保温瓶技术与玻璃深加工技术的完美结合。两片玻璃的外边缘用密封材料焊接在一起，两片玻璃间的狭小间隙（0.3mm）呈高真空状态(P≤0.1Pa)，为避免两片玻璃接触，两片玻璃间分布细小支撑物，上下片玻璃为镀膜玻璃或透明浮法玻璃，内置吸气剂保持真空玻璃真空度不改变。是继中空玻璃、LOW-E 中空玻璃之后的第三代节能玻璃产品。真空玻璃应用于阳光房有如下优势：

图1 兰迪钛金属真空玻璃结构图

1）真空玻璃具有极低的传热系数

从公式1可知，阳光房节能舒适的关键是选择玻璃传热系数U值尽可能小 、太 阳 光 总 透 射比尽量小（有特殊用途的，例如严寒和寒冷地区阳光房除外）。 目前大多阳光房选用镀膜玻璃、LOW-E玻璃、热反射夹层玻璃制作的中空玻璃，来降低传热系数及太阳光总透射比。采用相同low-e膜层的真空玻璃，传热系数是中空玻璃的1/5，不到三玻两腔中空的1/3。

2）真空玻璃U值不受安装角度影响

 

当中空玻璃非垂直安装时，中空玻璃表面和内部空腔的对流环境发生了改变，其传热系数必将产生变化。从表2可以看出，由于真空玻璃中间无气体层，不存在气体热对流和热传导，其不受安装角度影响U值始终为0.48W/m2·K。中空玻璃的冬季 U 值随倾斜角度而变化的趋势非常明显， 在水平放置的状态下，单中空和三玻两腔中空玻璃的U值比竖直状态增加了41%和33%。  

3）真空玻璃可在高海拔地区应用

真空玻璃内腔为高真空，即使生产地与使用地存在较大的海拔落差，也不会出现内腔膨胀或收缩现象。

2.2 真空玻璃在阳光房应用分析

阳光房玻璃按照结构可分为立面玻璃和采光顶玻璃。立面玻璃与幕墙玻璃类似，其各项性能参照幕墙玻璃。 幕墙（全玻幕墙除外）必须使用安全玻璃（钢化玻璃、夹层玻璃及由钢化玻璃或夹层玻璃组合加工而成的其他玻璃制品）。[2]采光顶玻璃与幕墙玻璃在定义上的主要区别是， 前者与水平地面的夹角在 0°～75°之间，另外采光顶用玻璃还需要承受水平自重、人员踩踏以及雨雪载荷等。[3]JG/T 231-2018《建筑玻璃采光顶技术要求》规定，玻璃采光顶应采用夹层玻璃、含夹层玻璃的中空玻璃或含夹层玻璃的真空玻璃。根据标准要求，分别对真空玻璃真空复合夹层玻璃及真空复合中空夹层玻璃。

由于真空玻璃优异的保温隔热性能，在冬季或严寒寒冷地区使用时，真空玻璃阳光房无需特别处理就能够保证阳光房温暖舒适的状态。而对于夏季炎热地区阳光房的节能需要特别的设计，真空玻璃配置的选择成为关键。本节着重对真空玻璃在阳光房应用进行了跟踪测试及分析。

2.2.1 试验条件及装置

1)试验条件

试验地点为洛阳钛金属真空玻璃制造工厂试验场地，选取2020年7月2日~2020年7月20日中午11:00~15:00，室外温度32℃~35℃，太阳光辐照度900~1000W/m2满足以上条件的6天进行试验。

2）试验装置

a）阳光房立面为高2600mm六方柱形，阳光房顶面为由三角形及梯形玻璃组成的六边形玻璃顶。室内安装有空调将室内温度控制在25℃。

b）PT100热电阻

c）太阳能功率表

 

 

a） 阳光房

b)  PT100热电阻

           

 c )太阳能功率表

图3试验装置图

2.2.2 试验过程

1）立面玻璃测试

a)分别将真空玻璃5TL+0.3V+5T及真空复合夹层玻璃5TL+0.3V+5T+0.76P+5T在立面，如表3。

b)在朝西方向的800mm*1900mm立面玻璃中心布置PT100热电阻。

c)两种玻璃测温点分布如图6，分别测试玻璃上下表面中心点温度。

 

图6 a)样品1（ 5TL+0.3V+5T）测温点  b) 样品2（5TL+0.3V+5T+0.76P+5T）测温点

2）采光顶玻璃测试

a）将3种复合真空玻璃分别安装在阳光房顶部，如表4。阳光房顶面为由三角形及梯形玻璃组成的六边形玻璃顶。

b）在腰长716mm，底边长864mm的等腰三角形玻璃中心点布置热电偶。

c）3种玻璃测温点分布如图7，分别测试玻璃上下表面中心点及中空腔玻璃温度。

 

图7 a) 样品3（5TL+0.3V+5T+0.76P+5T）测温点 b) 样品4-6（复合真空玻璃）测温点

2.2.3 数据分析

1）立面玻璃数据分析；

立面安装时，样品1、2测试数据如表5。

 

样品1真空玻璃5TL+0.3V+5T与样品2真空复合夹层玻璃5TL+0.3V+5T+0.76P+5T分别立面安装时，玻璃外表面点1温度一致，表面温度主要是吸收太阳辐射升温。对于下表面温度点2由于样品2胶片的自身特性，胶层会蓄积热量，从而导致了样品2温度比样品1高3℃。

2）顶面玻璃数据分析

顶面安装时，样品3~6测试数据如表6。

对比样品3~样品6数据可以看出增加中空腔体后，真空玻璃两侧温差急剧加大从13℃最大增至48℃，对于2000mm大板玻璃48℃温差状态下，玻璃中心弓形变形量约为17mm，玻璃自身及窗框均承受较大应力。对比样品4~样品6，样品4与样品5真空玻璃两侧温差相近，样品5下表面点2温度更低，是由于在最外侧增加了一层low-e膜降低了太阳能得热系数SHGC，最终减少了太阳辐射造成的内侧玻璃温升。样品5及样品6均设置了两层low-e膜，样品5相对于样品6真空玻璃两侧温差从45℃降低到33℃。

3）立面与顶面玻璃数据分析

对于相同配置玻璃样品2和3分别安装于立面和顶面。由于阳光房采光顶玻璃处于倾斜直状态，水平屋顶接受的太阳辐射是西向辐射量的1.5~2倍，因此样品3外表面点1温度高于样品7℃，真空玻璃两侧温差也从10℃变为13℃。此种配置玻璃无论顶面或立面安装，玻璃两侧温差均较小，玻璃变形量及所受应力均较小。

3 结论

在满足安全性能前提下，对于阳光房立面及顶面玻璃有如下结论：

1）对于立面玻璃，真空玻璃和真空复合夹层玻璃在阳光房使用过程中节能效果相近，且真空玻璃上下板面温差很小，两者都适用于立面玻璃。

2）对于采光顶玻璃，一般情况下真空复合夹层玻璃由于两侧温差小，是比较优选方案。对于安全要求（需要经常上人）或节能要求更高，需要选用真空中空复合夹层玻璃时，采用样品6（5TL+12A+5T+0.3V+5TL+0.76P+5T),不仅能减少阳光房太阳光辐照带来的不舒适感还能保证真空玻璃两侧具有较低温差，真空玻璃承受变形应力最小，长期使用性能更稳定。

3）对于炎热夏季，由于室外阳光强烈，直接射入室内时会加热室内的空气温度，造成室内的舒适度大大降低。真空玻璃搭配建筑遮阳可以有效的减少太阳辐射透过玻璃射入室内，由此可以防止室内温度过高，以降低空调的使用量，达到更加节能的目的。

 

参考文献

[1]闫华生, 张竹慧. 玻璃采光顶传热特性分析及节能优化[J].硅谷, 2012（06）: 32-33.     

[2]孙景春,刘忠伟,蒋毅,闫培起.真空玻璃安全性综述[J].建设科技. 2018,(09):32-36.

[3]鲁大学. 不同倾角下采光顶用玻璃的节能性能分析[J]. 墙材革新与建筑节能. 2010,(12):41-43.