Vákuumszigetelő üveg használata átlátszó hőszigetelő anyagként
Osamu Asano, Toru Futagami, Tsuguhisa Takamoto, Tetsuo Minaai
NIPPON SHEET GLASS CO. Kft
A vákuumos hőszigetelő üveg, amely két üveglap, és a távtartók támogató rendszer levegőtlen helyen, a szigetelő képessége függ a hővezető a dúcok, a hősugárzást a belső felülete az üveg és a konvekciós a nagyon kis mennyiségű gáz (levegő), amely továbbra is a térben az üvegtáblák közötti. A szigetelési teljesítmény növelése érdekében alacsony hőmérsékletű gyártási eljárást fejlesztettek ki, amely lehetővé tette a távtartók közötti távolság növelését edzett üveg használatával. Ezt a folyamatot fémes tömítőanyag használatával, ólom használata nélkül valósították meg. Ráadásul az üveg felületéről származó sugárzás speciális, alacsony kibocsátású bevonattal csökkenthető.
Minta üveg ily módon készült mutatott alacsony értékű rekord U-érték 0,45 W / m 2 K. Ezt az index értéke egyenlő a hővezető üveggyapot szigetelés 10 cm vastag. Vákuum üvegezés, által előállított alacsony hőmérsékletű technológiai folyamatok is erősen módosíthatja a meglévő tervezési koncepciók építészet.
Vákuumos dupla üvegezésű ablakokat találtak 90 évvel ezelőtt. Mindazonáltal az ipari termelés hosszú ideje nem jött létre. A gyártás legfőbb nehézsége az volt, hogy az üveglap felületén a légköri nyomást figyelembe véve a szakítószilárdság az üveg megsemmisítéséhez vezethet.
Számos technikai probléma megoldása lehetővé tette a vákuumüvegezés hőszigetelő tulajdonságainak javítását. Ebben a cikkben fontolóra veszi a jellemzők továbbfejlesztését a meglévő csomag jellemzőinek fejlesztésében.
A pillanatnyilag meglévő vákuumszigetelő üveg
A SPACIA® vákuumszigetelő üvegszerkezet szerkezetét az 1. ábrán mutatjuk be. 1 A kettős üvegezésű ablakok két, 0,2 mm vastagságú vákuumos közbenső rétegből állnak. A csomagolás szélét üvegforrasztással lezárják, jellemző lágyulási hőmérséklete 350 Celsius fok.
A két üveglap között 0,2 mm magas fém távtartók helyezkednek el egymástól 20 mm távolságra. Biztosítják a légköri nyomóerő egyenletes hatását a csomagolás felületére. A palackok közötti levegőt egy kis szelepen keresztül szivattyúzzák, amely a gyártási folyamat végén felolvad és lezár. A szabványos kettős üvegezésű ablakot az SPACIA ® egy kis emissziójú bevonattal látja el, amelyet az egyik üvegtábla belső síkjára helyezett.
Egy másik típusú vákuumos üveges egység, amely az úgynevezett „hibrid mázas SPACIA21 ®» áll egy vákuum hőszigetelő üveg és a hagyományos üveg kamrában gázzal töltött (ábra. 2). Más szavakkal, egy hibrid kettős üvegezésű ablak egy egykamrás egység, amelyben az egyik szemüveg helyett vákuumos zacskót használnak. Ez a csomag nagyobb hőszigetelési tulajdonságokkal rendelkezik, mint egy egyszerű vákuumszigetelő üveg.
Az 1. táblázat számos típusú üvegezés hőszigetelési jellemzőit mutatja be. Az asztalról látható, hogy a vákuum kettős üvegezésű ablak kedvezőbb jellemzőkkel rendelkezik, mint egy hagyományos gázzal töltött egyetlen kamra. A hibrid csomag nagyon jó hőszigetelési tulajdonságokkal rendelkezik, 0,8 W / m2 K vastagságban, mindössze 21 mm vastagságban. Ez a hővezetési érték megfelel az 50 mm vastag üveggyapotréteg tulajdonságainak.
A meglévő vákuumüvegegység gyártási folyamatát az 1. ábrán mutatjuk be. 3. Két üveglap kivágása után az üveg egyik sarkában egy nyílást fúrtunk a levegő levegő eltávolítása céljából egy cső és egy szivattyú segítségével. Ezután az üveget megtisztítják, és speciális felszereléssel vannak felszerelve távtartók. Egy távtartóval ellátott üveglapot egy másik üveglap borít. A csatlakoztatott lapok szélein egy üvegpasztából álló tömítőanyagot kell alkalmazni.
Ezután a kapott áttetsző szerkezetet a kemencében a tömítő munkahőmérsékletére melegítjük. Ennek eléréséhez a tömítőanyag megolvadása szükséges. Ezután a szerkezetet eltávolítjuk, hogy javítsuk a gáz elszívását a belső üregből forró állapotban. A gyártási folyamat végén a cső fedele, amelyen keresztül a levegőt szivattyúzták, megolvad és lezáródik.
A vákuum üvegezés alapvető kialakítása
A Collins és munkatársai által javasolt projekt szerint [1] a távtartók optimális elrendezését számításba lehet venni, figyelembe véve a hőáramot, az üveglap szilárdságát és a távtartó anyag szilárdságát. Ezen paraméterek alapján a távtartók közötti számított távolság 20 mm volt.
Hőszigetelési tulajdonságait a vákuum üveges egység távtartók függ a hővezető, a hővezető képessége a visszamaradó gáz a vákuum és a hősugárzást a belső oldalán a csomagot. Ábra. A 4. ábra a vákuumszigetelő üvegegység hővezető képességének kiszámításának eredményeit mutatja. Ezeket a számításokat a meglévő kettős üvegezésű ablakra készítették, amely távolsága a távolság 20 mm és az alacsony emissziójú üveg 0,15 mm-es emissziójú. A hővezetési tényező az üvegezés egyik oldalán a hőáramlásra alapozott érték. Ábra. Az 5. ábra az érték és az U-érték jelző értéke közötti kapcsolatot mutatja, amelyet általában a szigetelőüveg jellemzőinek mérésére használnak. Ezekből a számokból arra lehet következtetni, hogy a meglévő vákuum üvegezés egy belső nyomás 0,1 Pa lehet egy hővezető képessége 2,0 W / m 2 K, amely megfelel az U-érték 1,5 W / m 2 K.
A szigetelő üvegegységek szigetelő tulajdonságainak javítása
E projekt alapján a csomag hőszigetelő tulajdonságainak javítása a távtartók számának csökkentésével érhető el, csökkentve a tasak belső nyomását és csökkentve az üvegfelület kibocsátását.
A távtartók számának csökkentése, vagyis a nagyobb távolságra történő elhelyezése az üveg megsemmisítéséhez vezethet, mivel mindig a légköri nyomás hatására van kitéve. A szigetelés teljesítményének javítása az üveg pusztításának veszélye nélkül, edzett üveg használható.
A temperált üveg azonban nem lehet használni a meglévő gyártási folyamat annak a ténynek köszönhető, hogy megolvad a hőmérséklet nagyobb, mint 350 fok által elért tömítő szélei a csomagot. Ennek a problémának a megoldása érdekében egy alacsony hőmérsékletű lezárt gyártási eljárást fejlesztettek ki fémes ólommentes tüske alkalmazásával 200 fokos hőmérsékleten.
A gyártósor prototípusát fejlesztették ki, amely lehetővé tette a kettős üvegezésű ablakok előállítását, amelyek legnagyobb mérete 2150 mm x 1350 mm. Ezzel a berendezéssel az üveglapokat felmelegítették, majd automatizált tömítési eljárást hajtottak végre. Az üveg hőmérséklete, az olvadt fém tömítőanyag hőmérséklete és a tömítési sebesség optimalizálásra került. Ezeknek a változásoknak köszönhetően lehetővé vált az edzett üveg és a távtartók ritka elrendezése.
A hőszigetelési teljesítmény további javítását egy még kevésbé emissziójú üvegbevonat alkalmazásával érte el. A meglévő csomagolásban 0,15 mm-es emissziójú pirolitikus bevonatot használtunk. Az új, 0,045-ös emissziójú, nemrégiben kifejlesztett bevonatot alkalmazták. Ebben a cikkben egy csomagot használunk, amely két bevonattal ellátott üveglapot használ.
Ezenkívül lehetővé válik kisebb hővezető képességű anyagból készült távtartók alkalmazása, mint fém távtartók, például üveg vagy kerámia. Az ilyen anyagok felhasználásának hatékonyságát ebben a cikkben nem veszik figyelembe, de kétségtelen, hogy ez egy nagyon fontos tényező, amelyet a jövőben kell megvalósítani.
A támasztékok elrendezése a jobb vákuumüvegekben
A távtartók közötti távolság növelése megnövelt hajlítószilárdságú edzett üveg használatával érhető el. Ennek alapján kiszámítottuk a hővezetőképességet. A számítási feltételeket az alábbiak szerint fogadták el: két edzett üvegből készült üveg 0,045 mm-es bevonattal és 40 mm-es távtartók közötti távolsággal. Mivel a használt üveglap vastagsága 3 mm, az üvegegység teljes vastagsága csak 6 mm. A számítások eredményeit az 1. ábrán mutatjuk be. 6
Összevetve az ábrát. Ábrákon. 6, nagy különbséget látunk a meglévő vákuumszigetelő üvegegység és a javított hővezetőképesség között. Nyilvánvalóvá válik, hogy a távtartók közötti távolság növelése és az üveg belső felületének kibocsátásának csökkentése jelentős javulást eredményez a hővezetőképességben. Az 1. ábrából. A 6. ábrán látható, hogy egy kettős üvegezésű egység, amely a távtartók közötti távolság és a 0,1 Pa belső nyomása 40 mm-re emelkedik, 0,49 W / m 2 K hővezetőképességű lehet. 4, ez az érték 0,45 W / m 2 K U-értéket eredményez.
A vákuum stabilitása vákuumszigetelő üvegben alacsony hőmérsékletű gyártási folyamatban
A vákuum-üvegezés termelési folyamatában a vákuum hosszú távú stabilitása szempontjából nagyon fontos a levegő evakuálása a belső térből. Ebben a tekintetben az alacsony hőmérsékletű eljárásnak az edzett üveg szélének lezárását javítani kell az elégtelen gáztalanítás miatt. A probléma megoldható olyan szorpciós anyag felhasználásával, amely abszorbeálhatja a gázot az üvegegység belsejében. Hosszú távú vizsgálatokat végeztek szorbens anyag alkalmazása nélkül. A vizsgálatok azt mutatták, hogy az ilyen anyagok hosszú távú javulást eredményezhetnek mind a meglévő, mind a javított kettős üvegezésű ablakok teljesítményében.
A szigetelő üvegegységek hőszigetelési jellemzőinek összehasonlítása
Ábra. A 7. ábrán látható az U-érték függése és a tipikus üveggyapot szigetelés vastagsága. Az ábrán az egyrétegű egység, a kettős üvegezésű egység, a hibrid és a javított kettős üvegezésű egység U-értékeinek értékei láthatók. A javított vákuumszigetelő üveg U-értéke 0,45 W / m2 K, ami 100 mm vastag üveggyapotrétegű szigetelésnek felel meg.
A jövőben a vastagabb lemezek szélesebb elrendezése lehetővé teszi a hőszigetelés magasabb értékeinek elérését.
következtetés
Vákuumos kettős üvegezésű ablak javított jellemzőkkel. A javított csomag U-értéke 0,45 W / m 2 K vastagsága 6 mm, amely 100 mm vastag üveggyapotrétegű szigetelésnek felel meg. A technológia kifejlesztésének folyamata során számos problémát sikerült megoldani, beleértve az alacsony hőmérsékletű lezárási eljárást, az edzett üveg használatát és a vákuum stabilizálását.
Ez az átlátszó anyag, amely meglehetősen magas hőszigetelési jellemzőkkel bír, jelentősen megváltoztathatja az építészeti tervezési koncepciókat. Ráadásul a vákuum kettős üvegezésű ablakok nemcsak az építészetben, hanem olyan helyeken is alkalmazhatók, mint a hűtő- és fagyasztók, háztartási és kereskedelmi hűtőgépek és fagyasztók stb.