柔性暖邊中空玻璃節能效果解析—以薩沃奇柔性暖邊密封技術為例
柔性暖邊中空玻璃節能效果解析
——以薩沃奇柔性暖邊密封技術為例
一、引言
門窗的保溫效能和密封效能對建築能耗影響重大，門窗能耗約佔整個建築能耗的60％ 以上 ，密封不良的門窗熱損失是牆體熱損失的5～6倍。事實上，我國現行的建築節能標準，如GB 5076-1993《民用建築熱工設計規範》、（GB/T 8484-2008《建築外窗保溫效能分級及檢驗方法》等，對門窗能耗早有規定；行業標準JGJ l34-2010《夏熱冬冷地區居住建築節能設計標準》中，將大窗牆比的外窗傳熱係數定為2。5W/（㎡·K），寒冷地區這一指標在部分條件下達到了2。0W/（㎡·K）或更低，低輻射的LOW-E中空玻璃、 加多屏中空玻璃成為建築門窗的最佳之選。
對於Low-E中空玻璃而言，Low-E玻璃的使用降低了輻射熱傳遞， 尤其是堪稱黑科技的“加多屏”玻璃 ；惰性氣體的填充解決了中間部位熱傳導，如何透過邊部密封系統解決其邊部熱傳導，成為了進一步提升其節能效果的關鍵。傳統的中空玻璃邊部密封系統採用鋁等金屬材料作為間隔材料，導致大量熱量從邊部密封面積穿過中空玻璃，因此導熱係數高、節能效果相對較差；同時，中空玻璃內部空氣層因熱脹冷縮產生的“呼吸作用”導致丁基膠向玻璃內側 位移產生水汽通道，以及插腳的存在使得邊部密封系統具有較高的水汽滲透指數，都導致中空玻璃使用壽命下降。要解決上述問題，開發新型的中空玻璃邊部間隔材料是關鍵。
二、 暖邊節能中空玻璃概述
據統計，1990年時，冷邊中空玻璃佔市場份額的85％，暖邊中空玻璃僅佔15％；到2000年，暖邊上升到80%，冷邊則下降到20％。DB13（J）/T177-2015《被動式低能耗居住建築節能設計標準》中明確規定，玻璃間隔條應使用耐久效能良好的暖邊間隔條。任何一種中空玻璃間隔材料，只要傳導係數小於鋁間隔條的熱傳導係數，都可稱之為暖邊間隔條，包括 剛性暖邊間隔條和柔性暖邊間隔條兩類。 本文重點介紹薩沃奇柔性暖邊密封系統。薩沃奇柔性暖邊入選住建部《被動式低能耗建築產品選用目錄》，是行業《暖邊行業標註》的主要起草單位 。柔性暖邊膠條顏色可調（黑、白、灰），尺寸為（6～22）mm×8mm，採用鍍鋁袋包裝（要求置於乾燥環境中，僅在製作中空玻璃時暴露於空氣中），儲存壽命至少為1年（45℃以下，未開包裝）。柔性暖邊 間隔 條結構示意見圖1，主要效能指標見表1。
圖1 柔性暖邊膠條結構示意
注：吸附層為改性丁基膠．作用是吸附溼氣．降低露點，提高間隔條的抗紫線效能；隔熱層為低導熱耐老化塑膠條（PP隔熱條），作用是降低間隔條K值．方便間隔條成型的同時提高膠條抗壓強度；支撐層為波浪形鋁條或波浪形塑膠條，作用是提高間隔條的抗壓強度，同時提供間隔條可折彎的定型性；隔離層為鋁塑薄膜，作用是阻隔間隔條的水汽透過，使粘結層表面平整；粘結層為高強度丁基膠，要求具有極低的水汽透過率．能夠阻止水汽滲入，作用是使玻璃與膠條粘結在一起；增強層為高粘結效能、高硬度的丁基膠，作用是將隔離層、支撐層和隔熱層粘結為整體。
柔性暖邊間隔條作為中空玻璃邊部密封系統的重要組成，應當具有極優的水汽阻隔能力、抗壓強度、氬氣滲透等效能。柔性暖邊間隔條採用丁基橡膠等低水汽透過率的高分子主材，新增各類功能助劑及填料製成，並設有波浪形鋁條與鋁塑複合薄膜雙道屏障，水汽透過率極低，按照ASTM F 1249中的方法測得其水汽透過率僅為0。1 g/（㎡·d）（表1、圖2）。
圖2 常見密封材料水汽滲透率對比
三、柔性暖邊中空玻璃效能特點
1）完善的角部處理
柔性暖邊內藏連續高度捲曲的柔性穩定裝置，避免了槽鋁插角部分的欠缺，使中空玻璃的潮氣通道降到最少（圖3）。角部對中空玻璃效能影響對比見表2。
圖3 柔性暖邊中空玻璃角部處理
如表2所示，對於 角部 處理不好的中空玻璃，規格為35cm×35cm時，理論使用壽命約為13a；規格為1m×1m時，理論使用壽命約為26a。隨玻璃面積增加，中空玻璃的理論使用壽命也增加，但由於民用中空玻璃往往尺寸較小，採用槽鋁密封的中空玻璃在使用壽命方面存在潛在風險。而柔性暖邊中空玻璃邊部採用連續密封，可有效避免上述問題。
2） 更低的熱傳導率
柔性暖邊中空玻璃採用的邊部密封材料（薩沃奇柔性暖邊間隔條）導熱因子小於0。007W/K，遠低於金屬鋁的導熱係數，因此具有更優的隔熱保溫效能。採用加拿大中空玻璃系統實驗室（ADSL）提出的一種測量熱阻的方法分別測試柔性暖邊膠條與鋁間隔條邊部密封區域的隔熱效能，測試結果見圖4。
圖四
如圖4所示，暖邊間隔條密封系統的導熱係數遠低於槽鋁雙道密封系統的導熱係數，因此可大大降低中空玻璃邊部熱損失；在寒冷天氣下，可使玻璃內片溫度增高8℃以上，可使玻璃邊緣溫度增高約5℃，減少了玻璃周邊的熱傳遞及邊部冷凝（圖5），從而使中空玻璃結露可能降低80％（冷凝的水汽可在中空玻璃密封處堆積，破壞玻璃與膠之間的密封，導致中空玻璃內部過早結露，縮短中空玻璃的使用壽命）。據統計，與傳統式鋁隔條中空玻璃相比，柔性暖邊中空玻璃整體熱傳導率可下降約5％；柔性暖邊Low-E中空玻璃整體熱傳導率可下降約10％。
圖5 中空玻璃耐冷凝效能對比
3）更長的水汽通道
暖邊節能中空玻璃壓合後邊部密封膠的寬度約為8mm左右，遠高於槽鋁密封邊部丁基膠的寬度3mm。因此，其水汽阻隔能力約為槽鋁密封中空玻璃的2。7倍（圖6）。
圖6 中空玻璃邊部水汽通道示意
4）可緩解“呼吸作用”
中空玻璃腔體記憶體在空氣（或惰性氣體），由於中空玻璃製作時的溫度與中空玻璃的實際使用溫度存在溫差，以夏季最高溫度30℃，冬季最低溫度-15℃為例，根據氣體方程：pV=nRT（p為氣體壓強，V為氣體體積，n為氣體物質的量，R為比例常數，T為溫度），30℃時氣體體積vl=nR（273+30）／P1；-15℃時氣體體積V2=nR（273-15）／P2。要保持中空玻璃腔體內的壓強不變，則氣體體積必須相應變化（V1／V2=1。17），即出現“呼吸作用”。這種氣體體積的變化會對邊部密封材料產生擠壓或者拉伸，鋁隔條膨脹係數小，會擠壓丁基膠向玻璃內部遷移；而採用暖邊間隔條，可避免上述情況的發生。
四、生產工藝評析
冷邊 （ 鋁條法 ） 中空玻璃與柔性暖邊中空玻璃生產工藝對比見表 3 ：生產效率對比見表 4 。與傳統槽鋁中空玻璃相比，柔性暖邊中空玻璃生產工藝更加簡化，工藝步驟有原來的 9 步減少到 5 步，因而生產效率也更高。同樣單班生產線生產時，傳統槽鋁中空玻璃需要操作工人 8 人以上，且每班只能生產 400 塊中空玻璃；而柔性暖邊中空玻璃僅需操作工人 3 人，卻能生產 960 塊中空玻璃。
五、結語
綜上分析，與傳統槽鋁中空玻璃相比，暖邊節能中空玻璃採用更加完善的連續邊部處理，避免了槽鋁插角部分的欠缺，延長了中空玻璃的使用壽命；具有更低的導熱係數，能夠減少玻璃周邊的熱傳遞及邊部冷凝，從而降低中空玻璃結露的可能；同時，具有更長的水汽通道、可緩解“呼吸作用”、 加多屏中空玻璃 的節能效果和使用壽命；且在生產工藝、生產效率以及生產成本方面也具有明顯的優勢。據統計，與傳統槽鋁中空玻璃相比，柔性暖邊的中空玻璃整體熱傳導率可下降約5％；柔性暖邊 加多屏中空玻璃 整體熱傳導率可下降約10％。
作者：蔣秉鈞 馬馳
編輯：小馬談節能
