新型玻璃技術(shù)及應(yīng)用 論文[運用文書]

1、新型玻璃技術(shù)及應(yīng)用 1. 摘要：本文簡要介紹節(jié)能玻璃的種類及特點和在社會生產(chǎn)中的應(yīng)用，各種節(jié)能玻璃擁有不同的物理特性，在建筑中起著不同的作用；文章并涉及到高科技節(jié)能玻璃的研究進展及應(yīng)用進展，比如低輻射節(jié)能玻璃和復(fù)合型節(jié)能玻璃等等。主要闡述了節(jié)能玻璃開發(fā)意義、節(jié)能原理、分類及相應(yīng)的生產(chǎn)工藝。結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對不同玻璃的節(jié)能效果和特性進行對比，并對今后節(jié)能玻璃的發(fā)展應(yīng)用方向進行了評價及展望。在當今能源問題非常突出的時代，建筑能耗占社會總能耗的相當多一部分，盡快采取措施對建筑，特別是建筑幕墻進行節(jié)能改造，并且研究這些措施對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，成為一項很緊迫的任務(wù)。2. 引言：玻璃幕墻作為建筑物的

2、外裝飾是現(xiàn)代化城市建筑的重要標志之一，打破了傳統(tǒng)的實體墻與門窗的界限，巧妙地將建筑物圍護結(jié)構(gòu)的使用功能與建筑物的裝飾功能有機地融為一體，使建筑物更具有時代感和藝術(shù)造型。當前，建筑節(jié)能成為我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一部分，社會上對建筑節(jié)能的意識也在逐漸增強。建筑的節(jié)能主要是建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能，而玻璃幕墻是現(xiàn)代建筑圍護結(jié)構(gòu)的一個非常重要的組成部分。充分考慮玻璃幕墻使用的靈活性和最大限度地減少能耗，并且探求節(jié)能措施對建筑結(jié)構(gòu)的影響，是結(jié)構(gòu)師們應(yīng)考慮的問題。 現(xiàn)代建筑中,大面積的采光玻璃應(yīng)用十分廣泛,人們對建筑玻璃的要求越來越高,但建筑用普通玻璃的傳熱系數(shù)比磚體結(jié)構(gòu)墻壁要高很多,從而導(dǎo)致建筑物的熱量損耗增加。

3、據(jù)統(tǒng)計,各項建筑能源消耗占總能耗的三分之一左右,而在建筑能耗中,高達50%以上又是由門窗玻璃散失的。在中國430億m2的建筑中99%屬于高能耗建筑,即使是新建筑,也有95%以上仍是高能耗建筑。因此,如何正確選擇設(shè)計建筑玻璃,使其能耗降低到最小,滿足國家公共建筑節(jié)能標準的規(guī)定,符合國家節(jié)能減排的要求,是當前能源危機條件下首要解決的問題之一。近些年來，舒適與自然、環(huán)保與節(jié)能逐漸成為新世紀國際建筑的準則，建筑節(jié)能成為世界性潮流。作為建筑節(jié)能最大潛力的門窗和幕墻，玻璃的節(jié)能成為關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。3 節(jié)能玻璃的種類與特點： 目前玻璃種類有吸熱玻璃、熱發(fā)射玻璃、低輻射玻璃、中空玻璃、真空玻璃和普通玻璃等。4.

4、節(jié)能玻璃的物理特性及應(yīng)用：我國正處于建設(shè)的鼎盛時期，每年建成房屋近20億平方米，而能達到國家規(guī)定節(jié)能標準的建筑只占10%左右；且在即有的約400億平方米建筑中，95%以上是高耗能建筑可見，在我國推行節(jié)能建筑已刻不容緩。影響建筑能耗最直接的因素是建筑維護結(jié)構(gòu)的保溫與隔熱性能，門窗又是其中最薄弱的環(huán)節(jié)。據(jù)統(tǒng)計，在建筑中門窗玻璃的能耗約占建筑總能耗的35%左右，因此節(jié)能玻璃的應(yīng)用在建筑節(jié)能中具有重要意義。一、與節(jié)能玻璃相關(guān)的物理學原理及概念建筑是如何通過門窗玻璃傳熱的呢？我們知道，熱量傳遞有熱傳導(dǎo)、對流和輻射三種基本方式熱傳導(dǎo)依靠物質(zhì)的分子、原子或電子的移動或（和振動來傳遞熱量。對流傳熱依靠流體微團

5、的宏觀運動來傳遞熱量，所以它只能在流體中存在。輻射傳熱是通過電磁波傳遞熱量，不需要物質(zhì)作媒介。玻璃傳熱是熱傳導(dǎo)、輻射兩種方式同時進行、綜合作用的結(jié)果。太陽輻射能量的97%集中在波長為0.32.5的范圍內(nèi)，包括紫外線、可見光和紅外線，這部分能量從室外進入室內(nèi)；而室內(nèi)物體的輻射以2.5以上的紅外線為主。冬季，我們希望室外的輻射能量盡可能多的進入室內(nèi)，而室內(nèi)的輻射能量不要外泄，因此，選擇具有一定物理特性的窗玻璃就成為建筑保溫隔熱的關(guān)鍵。為了下文敘述方便，先介紹幾個和玻璃傳熱有關(guān)的物理概念。二、節(jié)能玻璃的種類及物理特性節(jié)能玻璃主要有鍍膜玻璃、中空玻璃、真空玻璃、貼膜玻璃等，為了將節(jié)能玻璃的特性與普通玻

6、璃進行比較，在此也列出了普通透明玻璃。普通透明玻璃 透射率約為85%，它對陽光輻射阻擋能力很差，絕大部分的太陽輻射能量可透過玻璃進入室內(nèi)。熱反射鍍膜玻璃 是在玻璃表面鍍一層或多層如鉻、鈦或不銹鋼等金屬或其化合物組成的薄膜，對可見光有適當?shù)耐干渎?，對近紅外線有較高的反射率，對紫外線有很低的透過率。低輻射鍍膜玻璃 也稱Low-E玻璃，是在玻璃表面鍍上多層金屬銀或其他化合物組成的膜系產(chǎn)品，其鍍膜層具有對可見光高透過及對中遠紅外線高反射的特性。貼膜玻璃 由玻璃材料和貼膜兩部分組成。目前，此類玻璃貼膜在國內(nèi)已廣泛用于銀行的防彈玻璃，大廈的玻璃幕墻上。例如，國家劇院的安全貼膜玻璃，不僅起到保溫的作用，而減

7、少了玻璃破碎可能引起的對人體的傷害，同時隔了99%以上的紫外線。中空玻璃 由兩片或多片平板玻璃組合而成，在兩層玻璃之間用金屬框隔開，四周再用密封膠或焊接密封而形成隔層空間，內(nèi)部充入干燥的空氣或惰性氣體層。隨著能源問題的日益突出和“可持續(xù)發(fā)展”理念的推廣，我國已經(jīng)制定了建筑節(jié)能標準，廣大建筑工作者也相當重視相應(yīng)的設(shè)計和施工。但目前，我國的建筑節(jié)能水平還落后于發(fā)達國家。如歐美國家建筑已普遍采用節(jié)能玻璃，但由于初次投資要比普通玻璃高很多，而節(jié)能效果的收益要在較長一段時間才能顯現(xiàn)，因此目前在我國大面積推廣還存在一定困難。但相信，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和提高，節(jié)能玻璃會逐漸走進千家萬戶。三建筑幕墻節(jié)能改造措

8、施建筑幕墻節(jié)能措施有主動式節(jié)能和被動式節(jié)能兩種方式。被動式節(jié)能是指我們選用合適的材料和構(gòu)造措施來減少建筑能耗，提高節(jié)能效率。主動式節(jié)能是指不僅改進材料，更積極地是對風、太陽能等加以收集和利用，節(jié)約能源。1）幕墻主動式節(jié)能技術(shù)幕墻主動式節(jié)能主要有幕墻與建筑采光照明，幕墻與通風，幕墻與光電技術(shù)三個方面的措施。幕墻與建筑采光照明主要是指利用幕墻本身通透性的特點進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，使建筑可以利用盡可能多的室外光源，減少市內(nèi)照明所需要的能耗。幕墻在通風節(jié)能方面的應(yīng)用主要是利用熱通道玻璃幕墻對空氣的不同組織方式，使通道內(nèi)的溫度維持在我們所需要的溫度上，從而減少室內(nèi)取暖或制冷的能源消耗。以外循環(huán)為例來說明熱通道玻

9、璃幕墻的工作原理：外循環(huán)式DSF的一般構(gòu)造是外層幕墻采用固定的單層玻璃，上下設(shè)有進出風口，有的不可關(guān)閉，有的可電動開閉和調(diào)節(jié)開啟率；內(nèi)層幕墻一般采用雙層保溫隔熱玻璃窗扇，通常每兩扇門窗設(shè)一個可開啟扇，也有只設(shè)個別維護用開啟扇的。在冬季，外層幕墻的進出風口和內(nèi)層幕墻的窗扇都保持關(guān)閉，這時通道就形成了一個緩沖層（Buffer Zone），其中的氣流速度遠低于室外，而溫度則高于室外，從而減少了內(nèi)層幕墻的向外傳熱量，從而減低了室內(nèi)采暖多需要的能源消耗，達到節(jié)能的效果。幕墻與光電技術(shù)主要是指在幕墻上安裝太陽能電池板，在幕墻作維護結(jié)構(gòu)的同時收集太陽能，再轉(zhuǎn)化為建筑物所能利用的電能，供給建筑物使用。2）幕墻

10、被動式節(jié)能技術(shù)幕墻被動式節(jié)能主要是指在節(jié)能玻璃和建筑物遮陽這兩方面的應(yīng)用?，F(xiàn)在主要利用的節(jié)能玻璃主要有中空玻璃，夾膠玻璃和真空玻璃三種。中空玻璃的中空層內(nèi)可以充入惰性氣體，減少熱量傳遞。真空玻璃由于把中空玻璃內(nèi)的空氣抽空，減少了空氣層的熱傳遞和熱對流，能進一步減少透過玻璃的熱量。5. 節(jié)能玻璃的發(fā)展及改造節(jié)能減排對社會可持續(xù)發(fā)展起著舉足輕重的作用，也是當今世界各國所共同面臨的任務(wù)和挑戰(zhàn)2006年我國民用建筑(運行)能耗占當年社會總能耗的23.1%，而且隨著城市化率的提高、經(jīng)濟發(fā)展、人們收入和生活水平的不斷改善，能耗總量將持續(xù)增長。因此，降低建筑能耗是節(jié)能工作最重要的任務(wù)之一。而玻璃作為門窗結(jié)構(gòu)

11、的最主要材料，其節(jié)能性質(zhì)正日益引起重視。氣凝膠一種超級隔熱材料氣凝膠是一種由膠體粒子或高聚物分子相互交聯(lián)構(gòu)成的具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)納米多孔材料。因其半透明的色彩和超輕重量，氣凝膠也被稱為“固態(tài)煙”或“凍煙”。最近，美國宇航局研制出的一種新型氣凝膠，密度為3.55 kg/m3，僅為空氣密度的2.75倍，被認為是“世界上密度最低的固體”。早在1931年，美國斯坦福大學的Kistler利用溶膠凝膠方法及超臨界干燥技術(shù)首次制得氣凝膠，但由于氣凝膠的制備工藝復(fù)雜和造價較高等原因，加之又未發(fā)現(xiàn)氣凝膠的實際應(yīng)用價值，限制了當時氣凝膠的發(fā)展和應(yīng)用。Peri利用硅酯經(jīng)溶膠凝膠法制備出二氧化硅氣凝膠，大大縮短氣

12、凝膠的干燥和制備周期；其后Tewari以二氧化碳為超臨界干燥介質(zhì)來制備氣凝膠，使氣凝膠的干燥溫度降至室溫，提高了設(shè)備的安全可靠性，推動了氣凝膠制備和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，使氣凝膠的商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用成為可能。6.節(jié)能玻璃的現(xiàn)狀與目前存在的問題： 節(jié)能建筑幕墻性能研究現(xiàn)狀節(jié)能建筑幕墻性能分析分為兩個方面：熱性能分析和結(jié)構(gòu)性能分析。熱性能分析所得的數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)性能分析的基礎(chǔ)。要探求建筑節(jié)能改造對建筑的影響，首先應(yīng)該分析所采取的節(jié)能改造措施對建筑結(jié)構(gòu)溫度場的影響，進而分析溫度場作用下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布。1）多層玻璃真實溫度場的分布研究現(xiàn)狀關(guān)于玻璃系統(tǒng)的真實溫度梯度很多學者作過研究，以R.K.MacGREGO的研究

13、為例介紹中空玻璃體系在環(huán)境因素的作用下真實溫度梯度的分布。圖5是謝努爾數(shù)謝努爾數(shù)隨葛拉曉夫數(shù)的變化情況。從圖中我們可以看出：在葛拉曉夫數(shù)很小的情況下，換熱主要是通過流體層的熱傳導(dǎo)產(chǎn)生的。隨著葛拉曉夫數(shù)的提高，將會出現(xiàn)不同的流動狀態(tài)。進而MacGREGOR提出H/W，邊界條件，玻璃板的傾斜程度等因素都有可能影響中空層內(nèi)溫度的分布，并且通過試驗進一步驗證其假設(shè)。 圖6上、下部曲線是H/W分別為10和20時實驗測得的溫度分布情況。從圖中我們可以大致看出，隨著高寬比的增大，即空氣層越狹長，其間空氣流動越接近層流，溫度分布越接近線性分布。常用幕墻玻璃寬厚比大致為70左右，可認為中空層溫度分布為線性分布。

14、當前對中空內(nèi)玻璃溫度場的分布還有很多學者研究，但還沒有比較統(tǒng)一的理論解析，爭論點在于中空層流動狀態(tài)的劃分界限，是層流還是湍流，沒有統(tǒng)一的標準，并且對于湍流狀態(tài)下的傳熱過程機理還有研究，故現(xiàn)在的成果多以經(jīng)驗公式和實驗結(jié)果解釋為主，對于超出實驗范圍的情況多數(shù)作者多說明還沒有確切結(jié)果。 研究中的難點和待解決問題由上所述，在建筑節(jié)能玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)性能研究方面還有很多有待解決的問題，總結(jié)起來有以下幾方面：1）在玻璃系統(tǒng)溫度場的確定上存在諸多不確定的因素，除非我們能實地檢測幕墻的溫度場分布，否則僅靠實驗室的實驗很難準確模擬真實環(huán)境中的邊界條件，這就給計算結(jié)果的實際應(yīng)用帶來問題。2）在進行熱分析和模擬時還應(yīng)

15、考慮冷橋作用，若框支式幕墻的邊框處和點支式幕墻的金屬支撐的傳熱效應(yīng)。3）在幕墻結(jié)構(gòu)性能分析時，如何計算分析中空層內(nèi)在溫度梯度作用下引起的體積，壓強的變化，及如何準確模擬空氣的性質(zhì)，都是有待解決的問題。 低輻射玻璃發(fā)展了近20年,很多技術(shù)趨于成熟,但是還是存在很多問題。在線浮法生產(chǎn)低輻射玻璃成本較低,國內(nèi)浮法玻璃生產(chǎn)線較多,但浮法生產(chǎn)低輻射玻璃的生產(chǎn)線極少,國內(nèi)主要的鍍膜設(shè)備基本依靠進口,主要原因是發(fā)達國家的技術(shù)封鎖,研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的浮法低輻射玻璃生產(chǎn)技術(shù)乃是低輻射玻璃研究的首要問題。低輻射薄膜的光學性能和機械性能有待于提高,需要探索新的膜系結(jié)構(gòu),選用新材料,采用新工藝,獲得性能更加優(yōu)異的

16、膜層。目前國內(nèi)生產(chǎn)低輻射玻璃基本上采用離線法生產(chǎn),高質(zhì)量的離線膜工藝復(fù)雜,成本較高,如何降低成本,實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)是今后離線法生產(chǎn)低輻射玻璃的一個重要發(fā)展方向。現(xiàn)在商用的低輻射玻璃薄膜的可見光透過率在80%左右,而紅外線反射率也只在70%左右,所以進一步提高其可見光透過率和紅外線反射率也是一個難題。低輻射玻璃后期深加工也值得重視,鍍膜、熱彎、切割一體的生產(chǎn)線也需盡快研發(fā)。新興的溶膠-凝膠法鍍制低輻射膜的方法其成本和薄膜控制方面的問題有待于進一步解決。7.結(jié)論與展望：通過研究節(jié)能玻璃的物理特性,使筆者深刻認識到,基礎(chǔ)物理實驗聯(lián)系當前國民經(jīng)濟熱門課題的重要性,在聯(lián)系實際的研究性實驗學習中,提高了學生

17、對知識的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識. 隨著人們節(jié)能環(huán)保意識和社會可持續(xù)發(fā)展要求的不斷提高，建筑保溫隔熱技術(shù)和材料的研究成為實現(xiàn)降低建筑能耗和實現(xiàn)建筑節(jié)能的重要途徑?，F(xiàn)有建筑節(jié)能玻璃如中空玻璃、真空玻璃、Low-E玻璃和貼膜玻璃等在建筑節(jié)能方面起到了一定的作用，但其在提高玻璃保溫隔熱性能的同時不同程度地降低了玻璃的通透性，而氣凝膠作為新型透光隔熱材料在建筑節(jié)能玻璃中的應(yīng)用引起了越來越多的關(guān)注，具有非常廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。盡管氣凝膠的強度較低和韌性較差限制了其在當前建筑節(jié)能方面的大規(guī)模應(yīng)用，但隨著對氣凝膠制備工藝和性能研究的不斷深入，其作為新型建筑節(jié)能玻璃材料必將大顯身手，對于降低建筑能耗、減少碳以

18、及其他有害物質(zhì)的排放以及實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。為了進一步加強建筑工程門窗、玻璃質(zhì)量管理，加大建筑節(jié)能監(jiān)管力度，根據(jù)國家建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范GB50411等有關(guān)強制性標準要求，結(jié)合本市實際情況，現(xiàn)將加強本市建筑門窗、玻璃質(zhì)量工作有關(guān)事項通知如下：一、加強設(shè)計管理設(shè)計單位在施工圖設(shè)計總說明及門窗表中應(yīng)明確門窗的氣密性、水密性、抗風壓性、傳熱系數(shù)、型材、玻璃及中空玻璃的空氣層厚度、玻璃遮陽系數(shù)、玻璃可見光透射比等技術(shù)指標，標注選用門窗的圖集編號。施工圖設(shè)計文件審查機構(gòu)在審查過程中，應(yīng)對門窗的主要性能指標進行審查。門窗分包單位應(yīng)嚴格按照設(shè)計單位的要求深化門窗設(shè)計，并經(jīng)原設(shè)計單

19、位簽字蓋章確認。二、加強檢測管理1、建設(shè)單位應(yīng)委托通過評估認可的建筑門窗檢測機構(gòu)（見附件1）進行檢測。（1）同一廠家生產(chǎn)的同一品種、同一類型的建筑外窗應(yīng)至少抽取一組（3樘）樣品進行氣密性、水密性、抗風壓性、傳熱系數(shù)、玻璃遮陽系數(shù)、可見光透射比和中空玻璃露點的復(fù)驗，其中外窗傳熱系數(shù)、玻璃遮陽系數(shù)、可見光透射比和中空玻璃露點的檢測要求見附件2。（2）外窗氣密性的現(xiàn)場實體檢測，每單位工程的外窗至少抽查3樘，當單位工程外窗有2種以上品種、類型和開啟方式時，每種品種、類型和開啟方式的外窗應(yīng)至少抽查3樘。（3）委托建筑門窗產(chǎn)品檢測時，應(yīng)填寫本市統(tǒng)一的建筑門窗檢測委托單（見附件3）。（4）未經(jīng)檢測或檢測不合

20、格的建筑門窗不得在本市建設(shè)工程中使用。（5）檢測前，建設(shè)單位應(yīng)當與建筑門窗檢測機構(gòu)簽訂書面委托合同，并由建設(shè)單位將合同信息登記到檢測行業(yè)信息管理系統(tǒng)，辦理合同登記確認手續(xù)。2、建筑門窗進場時，施工單位應(yīng)檢查由門窗生產(chǎn)企業(yè)提供的上海市建設(shè)工程材料備案證明使用現(xiàn)場驗證單及建筑門窗質(zhì)量保證書、鋁合金門窗型材質(zhì)量保證書、建筑門窗配件質(zhì)量保證書。門窗及門窗玻璃的取樣應(yīng)在見證人員見證下，按照標準、規(guī)范的要求隨機抽取試樣，見證人員應(yīng)與施工單位送樣人員共同將試樣送達檢測機構(gòu)。建筑門窗進行現(xiàn)場實體檢測的，監(jiān)理人員應(yīng)對現(xiàn)場檢測人員持證上崗情況和現(xiàn)場檢測的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行旁站監(jiān)理，留取反映現(xiàn)場檢測情況的影像資料，并在現(xiàn)

21、場檢測原始記錄上簽名確認。3、建筑門窗檢測機構(gòu)應(yīng)通過能力和行為評估認可，嚴格按照標準、規(guī)范的要求對所送樣品或現(xiàn)場實體進行檢測，并在檢測報告中給出明確結(jié)論，判定是否滿足該工程的設(shè)計要求。檢測結(jié)果不符合設(shè)計要求的，檢測機構(gòu)須在24小時內(nèi)上報工程受監(jiān)質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)，同時通知建設(shè)單位（監(jiān)理單位）。建筑節(jié)能分部工程驗收時，建筑門窗檢測機構(gòu)應(yīng)出具建筑門窗檢測報告確認證明。4、加強建筑門窗及門窗玻璃檢測信息的統(tǒng)計、分析工作，建筑門窗及門窗玻璃檢測信息應(yīng)納入檢測行業(yè)信息管理系統(tǒng)。建筑門窗檢測機構(gòu)應(yīng)建立檢測結(jié)果上報制度，并對上報檢測信息的真實性負責。三、加強制作質(zhì)量管理建筑門窗生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)完善質(zhì)量保證體系，建立健全

22、企業(yè)內(nèi)部試驗室，加強原材料和門窗配件的入庫檢驗、加強生產(chǎn)過程控制和產(chǎn)品出廠檢驗，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量。四、加強監(jiān)督管理本市各級質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)應(yīng)按本通知要求，加強施工現(xiàn)場建筑門窗及門窗玻璃的監(jiān)管，認真檢查門窗、玻璃出廠合格證、檢驗報告，對不符合要求的工程項目責令整改，對違反國家強制性標準規(guī)定的行為實施行政處罰，確保建筑門窗產(chǎn)品符合國家標準及相關(guān)管理要求。附件：1、已通過評估認可的建筑門窗檢測機構(gòu)名單2、建筑門窗及門窗玻璃復(fù)驗項目3、檢測委托單（適用于建筑門窗檢測）8.參考文獻： （1） 低輻射建筑節(jié)能玻璃研究進展*張波1,2 張建新1,2 ,蔡偉1(1.哈爾濱工業(yè)大學材料物理與化學系,黑龍江哈爾濱150001;2.山東大學材料學院信息功能材料系,山東濟南250061) (2) 從物理學角度看節(jié)能玻璃趙洪波 （3） 復(fù)合式節(jié)能玻璃承載性能及抗風壓設(shè)計劉小根 包亦望 中國建筑材料科學研究總院 (4) ScienceDirect JOURNAL OF RARE EARTHS,Vol.28,No.6,Dec.2010,p.903Intense up conversion luminescence of Er3+/Yb3+ codope