Osamu Asano, Toru Futagami, Tsuguhisa Takamoto, Tetsuo Minaai
NIPPON SHEET GLASS CO. Ltd.
În unitatea de sticlă cu vid izolant, care cuprinde două foi de sticlă și distanțierele de susținere sistem spațiu fără aer, capacitatea de izolare depinde de conductivitatea termică a lonjeroanelor, radiația termică de pe suprafața interioară a sticlei și convecție a cantității foarte mici de gaz (aer), care rămâne în spațiul dintre geamuri. Pentru a îmbunătăți capacitatea de izolare a fost dezvoltată în procesul de producție de temperatură scăzută, ceea ce a permis să mărească distanța dintre distanțierele folosind sticla. Acest proces a fost pus în aplicare prin utilizarea de material de etanșare metal fără utilizarea de plumb. Mai mult, radiația de la suprafața de sticlă poate fi redusă utilizând un strat special scăzut de emisivitate.
sticla Sample făcut astfel a arătat un nivel record valoare scăzută valoare U 0,45 W / m 2 K. Această valoare a indicelui este egal cu conductivitatea termică a sticlei vate de 10 cm grosime. vitraj de vid, produse prin procese de joasă tehnologie de temperatură poate modifica puternic conceptele de proiectare existente arhitectura.
Vasele cu geam termopan au fost inventate acum 90 de ani. Cu toate acestea, producția industrială nu a fost stabilită de mult timp. Principala dificultate de fabricație a fost că solicitarea la tracțiune pe suprafața foilor de sticlă la presiune atmosferică înregistrate ar putea provoca spargerea sticlei.
Rezolvarea mai multor probleme tehnice care permit îmbunătățirea proprietăților termoizolante ale unității de vitrare în vid. În acest articol, vom lua în considerare îmbunătățirea în continuare a caracteristicilor ca dezvoltare a caracteristicilor pachetului existent.
Sticla izolatoare de sticlă existentă în prezent
Structura unității de sticlă izolatoare în vid SPACIA® este prezentată în Fig. 1 Ferestrele cu geam dublu constau din două foi de sticlă cu un strat intermediar de vid între ele, cu grosimea de 0,2 mm. Marginea pachetului este sigilată cu lipit de sticlă, cu o temperatură de înmuiere caracteristică de 350 grade Celsius.
Între cele două foi de sticlă sunt plasate distanțiere de metal, de 0,2 mm înălțime, plasate la o distanță de 20 mm una de cealaltă. Ele asigură o influență uniformă a forței de presiune atmosferică asupra suprafeței pachetului. Aerul dintre geamuri este pompat printr-o mică supapă care se topește și se închide la sfârșitul procesului de producție. Fereastra standard cu geam termopan SPACIA® este produsă cu un strat de acoperire cu emisii scăzute aplicat planului interior al uneia dintre geamuri.
Un alt tip de unitate de geam cu vid, care se numește „hibrid glazurat SPACIA21 ®» constă dintr-o unitate de sticlă cu vid izolant și o cameră de sticlă convențională umplută cu gaz (fig. 2). Cu alte cuvinte, acest geam dublu hibrid geam, în care locul unuia dintre paharele folosit pachetul vacuum. Acest pachet are proprietăți izolatoare mai mari decât geamurile cu vid simplu.
Tabelul 1 prezintă caracteristicile de izolare termică a mai multor tipuri de geamuri. Din tabel se poate observa că fereastra cu vid dublu are caracteristici mai favorabile decât o cameră convențională cu o singură cameră, umplută cu gaz. Un pachet hibrid are performanțe foarte bune de izolare termică, la o valoare de 0,8 W / m 2 K la o grosime de numai 21 mm. Această valoare a conductivității termice corespunde caracteristicilor unui strat de vată de sticlă de 50 mm grosime.
Procesul de producție al unității existente de sticlă de vid este prezentat în Fig. 3. După tăierea două foi de sticlă într-un colț al găurii ferestrei este perforată pentru evacuarea ulterioară a aerului printr-un tub și o pompă. Apoi, geamul este curățat și cu ajutorul unor dispozitive de distanțare speciale sunt atașate la acesta. O foaie de sticlă cu distanțiere este acoperită cu o altă foaie de sticlă. Un material de etanșare constând dintr-o pastă de sticlă este aplicat la marginile foilor conectate.
Apoi, structura translucidă rezultată este încălzită în cuptor la temperatura de lucru a agentului de etanșare. Realizarea acestei temperaturi este necesară pentru a topi materialul de etanșare. Structura este apoi îndepărtată pentru a spori evacuarea gazului din cavitatea interioară în stare fierbinte. La sfârșitul procesului de producție, capacul tubului prin care a fost pompat aerul este topit și închis.
Designul de bază al geamurilor cu vid
Conform proiectului propus de Collins și alții [1], aranjamentul optim al distanțierelor poate fi calculat luând în considerare fluxul de căldură, rezistența foii de sticlă și rezistența materialului distanțier. Pe baza acestor parametri, distanța calculată între distanțiere a fost considerată a fi de 20 mm.
Proprietățile de izolare termică ale unității de geam vid Distanțierele sunt dependente de conductivitatea termică, conductivitatea termică a gazului rămas în vid și prin radiația termică din partea interioară a ambalajului. Fig. 4 prezintă rezultatele de calcul conductivitatea termică a unei unități IG vacuum. Aceste calcule au fost făcute pentru un geam existent la distanta dintre distanțierele 20 mm și un pahar emisivitate scăzută cu indicele emissive 0.15. conductivitate termică este o valoare bazată pe fluxul de căldură dintr-o parte la alte geamuri. Fig. 5 prezintă relația dintre această valoare și indicele valoarea U, care este utilizată în general pentru caracteristicile sticlei izolatoare de măsurare. Din aceste cifre se poate trage concluzia că vidul existent geamurilor cu o presiune interioară de 0,1 Pa poate avea o conductivitate termică de 2,0 W / m 2 K, care corespunde cu valoarea U 1,5 W / m 2 K.
Îmbunătățirea calităților izolante ale unităților de sticlă izolatoare
Pe baza acestui proiect, îmbunătățirea proprietăților termoizolante ale ambalajului poate fi realizată prin reducerea numărului de distanțiere, reducerea presiunii interne în pungă și scăderea emisiei suprafeței de sticlă.
Reducerea numărului de distanțiere, cu alte cuvinte, plasarea acestora la o distanță mai mare poate duce la distrugerea sticlei, deoarece este întotdeauna supusă forței de presiune atmosferică. Pentru a îmbunătăți performanțele izolației fără riscul de distrugere a sticlei, se poate folosi sticlă călită.
Cu toate acestea, sticla securizată nu poate fi utilizată în procesul de producție existent, deoarece se topește la o temperatură mai mare de 350 de grade, obținută la etanșarea marginii ambalajului. Pentru a rezolva această problemă, s-a dezvoltat un proces de producție etanșă la temperatură joasă utilizând un vârf de plumb fără plumb la o temperatură de 200 de grade.
Sa dezvoltat un prototip al unei linii de producție, care a făcut posibilă producerea geamurilor cu geam termopan cu o dimensiune maximă de 2150 mm x 1350 mm. Cu ajutorul acestui echipament, foile de sticlă s-au încălzit și apoi a avut loc un proces de etanșare automată. Temperatura sticlei, temperatura materialului de etanșare metalic topit și viteza de etanșare au fost optimizate. Cu ajutorul acestor modificări a devenit posibil să se folosească sticlă călită și un aranjament rar al distanțierelor.
Îmbunătățirile suplimentare ale performanței termoizolante au fost obținute prin utilizarea unui strat de sticlă cu o emisivitate mai scăzută. În pachetul existent, a fost utilizat un strat pirolitic cu o emisivitate de 0,15. În noul strat, a fost aplicată o acoperire recent dezvoltată cu o emisie de 0,045. În acest articol luăm în considerare un pachet care folosește două straturi de sticlă cu această acoperire.
În plus față de aceasta, se poate folosi un distanțier dintr-un material având o conductivitate termică mai mică decât metal, cum ar fi sticla sau ceramica. Eficacitatea utilizării acestor materiale nu este luată în considerare în acest articol, dar fără îndoială acesta este un factor foarte important care trebuie realizat în viitor.
Aranjamentul struturilor în geamurile de vid îmbunătățite
Creșterea distanței dintre distanțiere poate fi realizată prin utilizarea unei sticlă călită cu o rezistență la încovoiere superioară a suprafeței. Pe această bază sa calculat conductivitatea termică. Condițiile de calcul au fost adoptate după cum urmează: două foi de sticlă călită cu un strat cu o emisie de 0,045 și o distanță între distanțiere de 40 mm. Deoarece grosimea foilor de sticlă utilizate este de 3 mm, grosimea totală a unității de sticlă este de numai 6 mm. Rezultatele calculelor sunt prezentate în Fig. 6
Comparând Fig. 4 și Fig. 6, putem observa o diferență uriașă în conductivitatea termică a unității existente de sticlă izolantă în vid și cea îmbunătățită. Este clar că creșterea distanței dintre distantierele și reducerea emisiei suprafața interioară a sticlei duce la o îmbunătățire semnificativă a performanței de conductivitate termică. Din fig. 6 arată că de sticlă cu o crescută la distanță de 40 mm între distanțierele și presiunea interioară 0,1Pa poate avea o conductivitate termică de 0.49 W / m 2 K. Din Fig. 4, această valoare are ca rezultat o valoare U de 0,45W / m 2 K.
Stabilitatea vidului în sticlă izolantă în vid în procesul de producție la temperaturi scăzute
În procesul de producție a geamurilor cu vid pentru stabilitatea pe termen lung a vidului, procesul de evacuare a aerului din spațiul interior este foarte important. În acest sens, procesul de temperatură scăzută de etanșare a muchiei geamului securizat trebuie să fie îmbunătățit datorită degazării insuficiente. Problema poate fi rezolvată prin utilizarea unui material de sorbție care poate absorbi gazul în interiorul unității de sticlă. Testele pe termen lung au fost efectuate fără utilizarea unui material sorbent. Testele au arătat că un astfel de material ar putea conduce la o îmbunătățire pe termen lung a performanței ferestrelor cu geam termopan existente și îmbunătățite.
Compararea caracteristicilor de izolare termică a unităților de sticlă izolatoare
Fig. 7 prezintă dependența valorii U și grosimea unei izolații tipice din vată de sticlă. Figura arată valorile valorii U a unei unități cu geam simplu, a unei unități cu geam dublu, a unui hibrid și a unei unități îmbunătățite cu vitraj dublu. Valoarea U a sticlei termoizolante îmbunătățite este de 0,45 W / m 2 K, ceea ce corespunde izolației cu un strat de vată de sticlă de 100 mm grosime.
În viitor, un aranjament mai larg de distanțiere atunci când se utilizează foi de sticlă mai groase va permite obținerea unor valori mai ridicate ale izolației termice.
concluzie
A fost dezvoltată o fereastră cu vid dublu cu caracteristici îmbunătățite. Valoarea U a pachetului îmbunătățit este de 0,45 W / m 2 K la o grosime de 6 mm, ceea ce corespunde izolației cu un strat de vată de sticlă de 100 mm grosime. În procesul de dezvoltare a acestei tehnologii, au fost rezolvate cu succes câteva probleme, inclusiv un proces de etanșare la temperaturi scăzute, utilizarea de sticlă călită și stabilizarea vidului.
Acest material transparent, care are caracteristici de izolare termică destul de ridicate, poate schimba în mod semnificativ conceptele de design din arhitectură. Mai mult decât atât, ferestrele cu geam dublu cu vid pot găsi aplicații nu numai în arhitectură, ci și în domenii precum frigidere și congelatoare, frigidere și congelatoare de uz casnic și comercial și așa mai departe.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: