中空玻璃薄型化及发展趋势

刘成雄

（1.秦皇岛玻璃工业研究设计院有限公司 秦皇岛 066001；2.河北省玻璃节能减排技术创新中心 秦皇岛 066001；3.河北省企业技术中心 秦皇岛 066001）

0 引言

在现行国家标准GB/T 11944—2012 《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T·D·Stofson 最早获得了发明中空玻璃的专利。经过近100年的发展，到上世纪50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。1940年美国利比-欧文思-福特公司（LOF公司）发明金属焊接法，它是把铜喷镀在玻璃的四周，再以铅合金的框子把两片玻璃焊接起来，然后再用干燥空气把内部空气置换出来。1978年美国化学博士Tom Greenlee发明胶条型有机粘接法，胶条法与金属框架法的生产工艺及其设备基本相同，只是干燥剂在制作胶条时已经预先放入其中了。

我国中空玻璃生产工艺研究起步较晚，1964年开始用手工方法小批量生产，上世纪70年代初，在沈阳玻璃厂试制成功半机械生产中空玻璃的生产线，并开始推广应用，其后一段时间发展基本处于停滞状态。直到上世纪80年代中期，广东深圳从国外引进首条全自动化中空玻璃装备生产线后，我国中空玻璃制造才得以发展。1997年我国拥有自主知识产权的辊压式中空玻璃生产线投放市场，1999年秦皇岛耀华工业技术玻璃厂又引进了具有当今国际先进水平的，可充入惰性气体的全自动中空玻璃生产线。目前，我国已形成了从中空玻璃生产到设备制造的科研、开发的完整体系。

1.2 我国中空玻璃的生产及消费情况

按国家统计局和国家海关的统计口径，2022年我国中空玻璃产量为1.44亿m2，同比减少9.3%；表观消费量为1.39亿m2，同比减少9.7%。出口量515.6万m2，同比增长1.9%，进口量2.0万m2，同比减少28.6%，具体数据见表1。

表1 我国中空玻璃生产及消费变化情况

2 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。

Low-E涂层应用于玻璃表面，以减少进入建筑物的热量和紫外线辐射，同时允许可见光通过， 有助于保持室内温度更加稳定，并减少建筑物供暖或制冷所需的能量，可以显著提高建筑物的能源效率和舒适度。目前Low-E中空玻璃已广泛应用于建筑及其他领域，是新型建筑和既有建筑改造的首选门窗材料，但提高建筑业Low-E中空玻璃普及率仍是当前的课题。

2.2 智能中空玻璃

所谓智能中空玻璃，是使用调光玻璃或电致变色玻璃作为中空玻璃的组成原片，根据热、光或电流等外部刺激改变其透明度、不透明度和颜色的中空玻璃。智能中空玻璃可以手动或自动控制，提供更大的灵活性并控制进入建筑物的光和热量。智能中空玻璃还可以与其他智能家居技术集成，如照明和暖通空调系统，以优化能源消耗并提高舒适度。

2.3 薄型化中空玻璃

薄玻璃是一种比传统玻璃更薄的玻璃，具有更轻、更柔韧的特性。薄玻璃可用于生产薄型中空玻璃，从而提高热性能和能源效率，还可以生产可用于建筑特殊位置的弯曲或柔性中空玻璃。从节约材料、节能降碳角度来说，薄型化中空玻璃将是当期和未来的主要门窗材料。

2.4 三层或多层中空玻璃

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。

2.5 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。

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/T 11944—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GB 11614—2022 《平板玻璃》中，平板玻璃的常用厚度规格为2mm、3 mm、4mm、5mm、6mm、8mm、10 mm、12 mm、15 mm、19 mm、22 mm、25 mm。

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4～10 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

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发展从节能降碳效果上讲是可行的。

表3 不同玻璃原片厚度的中空玻璃U 值

4 薄型中空玻璃的发展方向

薄型中空玻璃不仅要符合节能降碳的需要，而且也要满足既有建筑门窗更换玻璃的需要，即保证门窗框体不变，更加轻量化。

4.1 薄型中空玻璃整体更薄

要使薄型中空玻璃整体更薄，仅减小中空玻璃组成原片的厚度远远不够，同时也需要减少中间气体层的厚度。许多关于薄型中空玻璃的专利，其中间气体层的厚度是很小的。如日本JPH0960433A号专利“薄中空玻璃”，使用厚度为2.5～3.0 mm的平板玻璃，玻璃间隔为2.0 mm，制作成厚度为7.0～7.5 mm的中空玻璃。日本中央硝子公司产品目录中的薄型中空玻璃产品均为特殊气体层，厚度为2.5 mm，见表4。

表4 中央硝子部分薄型中空玻璃产品厚度

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、SF6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20世纪80年代末发明，并于1991年获得发明注册。鉴于当时的消费理念及技术情况，既没有薄玻璃产品，也没有市场需求，薄玻璃是在2000年后，随着智能手机和平板电视的出现和快速增长才得以快速发展的。

2018年美国高性能产品公司开始与美国能源部合作开发商用薄玻璃三层中空玻璃。到2019年，经过广泛的测试和现场验证，该公司将其作为产品推出。到2023年中期，该公司预计将向商业和住宅应用市场销售9.29万m2的薄玻璃中空玻璃产品。

德国、比利时等欧洲发达国家随着隔热法律要求变得越来越严格（如德国节能法规EnEV），使用三层中空玻璃的趋势明显。如结构为4 mm浮法玻璃板（外侧）＋空气层＋2 mm钢化玻璃＋氩气层＋3 mm浮法玻璃板（内侧），其质量仅为22.5 kg/m2时，Ug值为0.6 W/m2·K，透光率为73%，热效能明显提高。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

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。