柔性暖边中空玻璃节能效果解析

——以萨沃奇柔性暖边密封技术为例

一、引言

门窗的保温性能和密封性能对建筑能耗影响重大，门窗能耗约占整个建筑能耗的60％以上，密封不良的门窗热损失是墙体热损失的5～6倍。事实上，我国现行的建筑节能标准，如GB 5076-1993《民用建筑热工设计规范》、(GB/T 8484-2008《建筑外窗保温性能分级及检验方法》等，对门窗能耗早有规定；行业标准JGJ l34-2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中，将大窗墙比的外窗传热系数定为2.5W/(㎡·K)，寒冷地区这一指标在部分条件下达到了2.0W/(㎡·K)或更低，低辐射的LOW-E中空玻璃、加多屏中空玻璃成为建筑门窗的最佳之选。

对于Low-E中空玻璃而言，Low-E玻璃的使用降低了辐射热传递，尤其是堪称黑科技的“加多屏”玻璃；惰性气体的填充解决了中间部位热传导，如何通过边部密封系统解决其边部热传导，成为了进一步提升其节能效果的关键。传统的中空玻璃边部密封系统采用铝等金属材料作为间隔材料，导致大量热量从边部密封面积穿过中空玻璃，因此导热系数高、节能效果相对较差；同时，中空玻璃内部空气层因热胀冷缩产生的“呼吸作用”导致丁基胶向玻璃内侧位移产生水汽通道，以及插脚的存在使得边部密封系统具有较高的水汽渗透指数，都导致中空玻璃使用寿命下降。要解决上述问题，开发新型的中空玻璃边部间隔材料是关键。

二、 暖边节能中空玻璃概述

据统计，1990年时，冷边中空玻璃占市场份额的85％，暖边中空玻璃仅占15％；到2000年，暖边上升到80%，冷边则下降到20％。DB13(J)/T177-2015《被动式低能耗居住建筑节能设计标准》中明确规定，玻璃间隔条应使用耐久性能良好的暖边间隔条。任何一种中空玻璃间隔材料，只要传导系数小于铝间隔条的热传导系数，都可称之为暖边间隔条，包括刚性暖边间隔条和柔性暖边间隔条两类。本文重点介绍萨沃奇柔性暖边密封系统。萨沃奇柔性暖边入选住建部《被动式低能耗建筑产品选用目录》，是行业《暖边行业标注》的主要起草单位。柔性暖边胶条颜色可调(黑、白、灰)，尺寸为(6～22)mm×8mm，采用镀铝袋包装(要求置于干燥环境中，仅在制作中空玻璃时暴露于空气中)，储存寿命至少为1年(45℃以下，未开包装)。柔性暖边间隔条结构示意见图1，主要性能指标见表1。

图1 柔性暖边胶条结构示意

注：吸附层为改性丁基胶．作用是吸附湿气．降低露点，提高间隔条的抗紫线性能；隔热层为低导热耐老化塑料条（PP隔热条），作用是降低间隔条K值．方便间隔条成型的同时提高胶条抗压强度；支撑层为波浪形铝条或波浪形塑料条，作用是提高间隔条的抗压强度，同时提供间隔条可折弯的定型性；隔离层为铝塑薄膜，作用是阻隔间隔条的水汽透过，使粘结层表面平整；粘结层为高强度丁基胶，要求具有极低的水汽透过率．能够阻止水汽渗入，作用是使玻璃与胶条粘结在一起；增强层为高粘结性能、高硬度的丁基胶，作用是将隔离层、支撑层和隔热层粘结为整体。

柔性暖边间隔条作为中空玻璃边部密封系统的重要组成，应当具有极优的水汽阻隔能力、抗压强度、氩气渗透等性能。柔性暖边间隔条采用丁基橡胶等低水汽透过率的高分子主材，添加各类功能助剂及填料制成，并设有波浪形铝条与铝塑复合薄膜双道屏障，水汽透过率极低，按照ASTM F 1249中的方法测得其水汽透过率仅为0.1 g/(㎡·d)(表1、图2)。

图2 常见密封材料水汽渗透率对比

三、柔性暖边中空玻璃性能特点

1）完善的角部处理

柔性暖边内藏连续高度卷曲的柔性稳定装置，避免了槽铝插角部分的欠缺，使中空玻璃的潮气通道降到最少(图3)。角部对中空玻璃性能影响对比见表2。

图3 柔性暖边中空玻璃角部处理

如表2所示，对于角部处理不好的中空玻璃，规格为35cm×35cm时，理论使用寿命约为13a；规格为1m×1m时，理论使用寿命约为26a。随玻璃面积增加，中空玻璃的理论使用寿命也增加，但由于民用中空玻璃往往尺寸较小，采用槽铝密封的中空玻璃在使用寿命方面存在潜在风险。而柔性暖边中空玻璃边部采用连续密封，可有效避免上述问题。

2) 更低的热传导率

柔性暖边中空玻璃采用的边部密封材料(萨沃奇柔性暖边间隔条)导热因子小于0.007W/K，远低于金属铝的导热系数，因此具有更优的隔热保温性能。采用加拿大中空玻璃系统实验室(ADSL)提出的一种测量热阻的方法分别测试柔性暖边胶条与铝间隔条边部密封区域的隔热性能，测试结果见图4。

图四

如图4所示，暖边间隔条密封系统的导热系数远低于槽铝双道密封系统的导热系数，因此可大大降低中空玻璃边部热损失；在寒冷天气下，可使玻璃内片温度增高8℃以上，可使玻璃边缘温度增高约5℃，减少了玻璃周边的热传递及边部冷凝(图5)，从而使中空玻璃结露可能降低80％(冷凝的水汽可在中空玻璃密封处堆积，破坏玻璃与胶之间的密封，导致中空玻璃内部过早结露，缩短中空玻璃的使用寿命)。据统计，与传统式铝隔条中空玻璃相比，柔性暖边中空玻璃整体热传导率可下降约5％；柔性暖边Low-E中空玻璃整体热传导率可下降约10％。

图5 中空玻璃耐冷凝性能对比

3）更长的水汽通道

暖边节能中空玻璃压合后边部密封胶的宽度约为8mm左右，远高于槽铝密封边部丁基胶的宽度3mm。因此，其水汽阻隔能力约为槽铝密封中空玻璃的2.7倍(图6)。

图6 中空玻璃边部水汽通道示意

4）可缓解“呼吸作用”

中空玻璃腔体内存在空气（或惰性气体)，由于中空玻璃制作时的温度与中空玻璃的实际使用温度存在温差，以夏季最高温度30℃，冬季最低温度-15℃为例，根据气体方程：pV=nRT(p为气体压强，V为气体体积，n为气体物质的量，R为比例常数，T为温度)，30℃时气体体积vl=nR(273+30)／P1；-15℃时气体体积V2=nR(273-15)／P2。要保持中空玻璃腔体内的压强不变，则气体体积必须相应变化(V1／V2=1.17)，即出现“呼吸作用”。这种气体体积的变化会对边部密封材料产生挤压或者拉伸，铝隔条膨胀系数小，会挤压丁基胶向玻璃内部迁移；而采用暖边间隔条，可避免上述情况的发生。

四、生产工艺评析

冷边(铝条法)中空玻璃与柔性暖边中空玻璃生产工艺对比见表3：生产效率对比见表4。与传统槽铝中空玻璃相比，柔性暖边中空玻璃生产工艺更加简化，工艺步骤有原来的9步减少到5步，因而生产效率也更高。同样单班生产线生产时，传统槽铝中空玻璃需要操作工人8人以上，且每班只能生产400块中空玻璃；而柔性暖边中空玻璃仅需操作工人3人，却能生产960块中空玻璃。

五、结语

综上分析，与传统槽铝中空玻璃相比，暖边节能中空玻璃采用更加完善的连续边部处理，避免了槽铝插角部分的欠缺，延长了中空玻璃的使用寿命；具有更低的导热系数，能够减少玻璃周边的热传递及边部冷凝，从而降低中空玻璃结露的可能；同时，具有更长的水汽通道、可缓解“呼吸作用”、加多屏中空玻璃的节能效果和使用寿命；且在生产工艺、生产效率以及生产成本方面也具有明显的优势。据统计，与传统槽铝中空玻璃相比，柔性暖边的中空玻璃整体热传导率可下降约5％；柔性暖边加多屏中空玻璃整体热传导率可下降约10％。

作者：蒋秉钧 马驰

编辑：小马谈节能