充气中空玻璃尽管与其他欧洲国家相比用量少很多,但近些年充气中空玻璃在意大利建筑领域的应用,比传统普通的双白玻中空玻璃更大程度地节约了能源。一般要达到更高水平的隔热性能,需要用到镀膜,进而,对中空内腔进行气体填充,以减少传导和对流而产生的热传递。
对于充气中空玻璃的应用已经有很多研究,文章,标准,法律及法规都广泛地进行过论述,并得到了一致认知,所以在这里就不展开探讨了。
例如,为了评估充气中空玻璃特有的作用,下表根据EN673要求对相同配置的中空玻璃填充不同气体而得到不同的K值,(K值以W/m2·K为计量单位)。
表1 不同类型玻璃和气腔层内氩气含量与K值的关系
图1 不同类型玻璃和不同气腔层宽度与K值的关系
应用气体
对中空玻璃填充的气体而言,较广泛应用的是氩气。度时比重是1.7836kg/m3(同样条件下空气比重是1.2928kg/m3)。无色,无味,无毒(除非它的浓度高到替代了空间中的氧气),耐紫外线,对光线无影响。且它是市场上最便宜的气体之一。
另外可选择的气体是氙气和氪气,但价格昂贵,0度时的比重分别是4.56kg/m3和2.86kg/m3,这两种惰性气体的稳定性和反应性和氩气类似。
六氟化硫(SF6)有隔音性能,但是隔热性能较差,并且对环境有害(瑞士于2002年禁止中空玻璃内填充SF6)。因此它的使用有诸多限制。
被用于中空玻璃填充的气体,密度要大于空气,这样可减低它们的对流速度,从而降低热传导。
而当气体层宽度超过一定限度时,气体的隔热性能就会大大降低,这是因为气体层的增加导致对流增强,从而热传递也随之增加。为了达到最佳效果,气体层的宽度建议在16mm左右,如果大于这个宽度隔热性能将不会继续增加。
我们通过对三种不同配置的中空玻璃进行检测发现不同的充气的浓度对4-12-4的中空玻璃K值得影响有所不同参见图2。
图2 不同类型玻璃的K值与不同气腔层宽度的关系
试验再次证明,氩气浓度越高中空玻璃的性能越好。
始终如一的性能
保持中空玻璃的完整性显然非常重要。在充气中空玻璃方面,这一点除了跟其良好的服务年限有关联外,充气是否按照规范操作也非常重要。
气体泄露与否是决定中空玻璃质量的要素之一,它跟密封胶的质量以及密封胶的正确使用有直接关系,当然按规范制作中空玻璃也很重要。
对于密封胶的气密性评估(参见表2),(此方法通过测量气体在一定时间内透过既定厚度和尺寸的胶层的值进行评估),在选择最适宜的中空材料情况下,考虑所有其它因素对密封胶随时间变化的影响,例如在特定的大气和老化后的玻璃粘合性能,及机械应力。
表2密封胶的气密性
表3 UNI标示公司的气体泄漏率(Li)和相关渗透指数(I)分年汇总(平均值)

此报告的目的是归纳近五年来经过老化试验后的中空玻璃气体泄漏率的测量结果,并对实验室和工厂的浓度测量的结果进行对比,测量不同密封胶材料的气体泄漏率。
在整个试验期间,我们一直和中空玻璃生产企业保持密切互动,使得我们在欧洲标准强制执行前,完成了各项测量工作,确保中空玻璃的充气质量和服务服务年限。
此间用到了两种充气方法:在线自动充气,是一种快速和保证有良好充气效果的方法,同时可排除多种问题;还有一种充气方法就是用探针在间隔条上打孔后充气。
第二种方法需要对充气孔和出气口进行快速封堵,以避免在打密封胶前就发生漏气,并且在开孔和封堵时都要非常小心。
所有这些手动操作都比较耗时,就严格意义充气来说,它的风险较高,存在诸多潜在的“风险点”,时间久了容易漏气。此外打孔的位置对充气浓度也有影响。因此我们强烈建议用塑料保护套和丁基材料进行密封,尤其在那些接缝的地方一定要用丁基胶做封堵。最后密封胶涂布阶段需要特别注意,不管是手动还是自动,充气合片后的中空玻璃需尽快进行外道胶的封胶。
实验室检测
正因为如此,对于一片寿命长,性能高的充气中空玻璃来讲,密封胶的气密性能和与玻璃的粘合性能,首道胶和外道胶的密封胶质量,间隔条焊接如果是金属制)质量,间隔条角部(插脚件)的丁基胶密封质量,和间隔条上为充气孔封堵质量,这些细节均非常重要。
总体而言,或者说更为重要的是,最优化密封的规程和方法,需要使用数量适当和品质良好的材料(配量,混合等)得以保证,除此之外,还需检查生产运行是否良好(磨边,清洗,干噪,装配,合片等)。所有这些规定在UNI标识规程里有描述。通过遵守这些规定,有UNI标识的企业在过去五年里所做的充气中空玻璃均可满足UNI标准要求,从而保证他们的产品是严格遵照国际标准来制作的。
气体泄漏率
密封胶的气体泄漏率的测试方法在EN1279第4章有解释,是一个类似测定泄漏率的测量系统;把一块有着标准直径和厚度的密封胶放在一个金属密闭箱正中间,这样分隔成两个空间,工作气体和氩气通过胶层流动。
通过对混合气体了即从胶层透漏出的氩气和工作气体,进行分析,漏气量用g*-2*h-1表示。以表征材料特有的值,同水汽渗透率,标准并不对这个值设定范围。
材料的气体泄漏率在标准的测试的条件下进行,(未包含其他特殊环境条件及材料因素),不同种类的化学材料的外道密封胶,其气密性差异极大。
表2为按大小排列,SSV实验室总结的测试结果。为了增加对比,测试结果还包括了通常作为首道密封材料的丁基胶的相关数据。另外一列为材料的水汽渗透率(MVTR)(根据EN1279第2章要求进行测量)根据该表,可以得出以下的结论:(虽然单个材料的测量数据没有放在这里,)可以看出聚硫胶的测试结果,目前充气中空玻璃上使用最普遍的,所有样品的氩气泄漏率都在很小的一个范围,不管供货商是谁。
对于聚氨醋密封胶,除了数值上比较大以外,对于提供试验用的不同家产品测试结果也有较大的区别,泄漏率的测量数据范围也较宽。
对于硅酮胶,也有相类似的结论,气体渗出率方面比聚硫胶差两个等级。这并不意味着在特殊的中空玻璃结构情况下,其他材料比聚硫胶更符合标准的要求:在过去的这些年里,我们的专业观测使得我们有条件检测严格控制的制造环境下生产的用聚硫胶密封中空玻璃单元,表3中所列为测试结果,那些受控的中空玻璃制造企业可毫无问题的通过UNI按EN1279第三章要求的飞行检查。
气体泄漏率测量
中空玻璃的气体泄漏率(Li每年不大于1%)是根据2002年出台的EN1279第三章规定进行测量。所有测试的样品根据标准第二章规定进行老化循环试验(循环时间减半,正常情况下评估耐水汽渗透性),然后,进行适当的处理后,放入一个“环状容器”的密封系统内。
整个密封系统装有调节阀,用以调节工作气体(氦气),该工作气体会在中空玻璃边部密封胶的表面流动,实际上,中空玻璃被放置在一个比其尺寸稍大一点的金属框内。这就给中空玻璃周边留下一个残气量,也就是说在进行老化循环试验时,透过中空玻璃的热机械应力,气体(氩气)会渗漏出来,通过工作气体捕获,收集及传递。
环状容器/中空玻璃装置被放在一个有恒温调节器的罐子里,罐子里装满软化水以保证有一个理想的测量环境。
经过一段时间“清洗”和液氮的“诱捕”处理让其保持在190摄氏度凝缩,这时工作气体会在中空玻璃周边流动并收集那些泄漏出来的氩气,再用气相色谱仪进行分析,判定从测试的中空玻璃内泄漏出来的氩气量。
整个过程非常复杂,但是非常必要,因为气体的损失量是以毫克来计量的。气体泄漏量如此之少,只有用这种测量办法才能计算出泄漏量。
通过以上试验所获得的数值,用以计算气体泄漏率,Li以一元方程式来解。

标准中对泄漏率的限定是:年泄漏率不大于1%;中空玻璃内的氩气含量,在循环老化试验后还需要进行测量,规定测量结果不可以比申报值低5%或高10%。以上参考值是根据型式试验的结果定做出的,是企业的中空玻璃制作是否能符合标准的认证要求。
一旦申请了UNI标示认证,企业每年就必须进行年检。
表3显示的是在我们实验室申报UNI标示的企业厉年来的检测的结果汇总。
这里值得说明的是,做型式试验和重复的老化循环气体泄漏测试所用的中空玻璃,都是标准尺寸和配置。目前标准里规定的,年泄漏率检测方法只允许对固定尺寸的样片进行测量。
还有其它测量气体含量的方法,如从任意尺寸和配置的中空玻璃取样气分析,又或如无损和其它昂贵的间接测量方法,但是这些方法都不适用于气体泄漏率测量。
考虑到水汽渗透率(以“I”表示),有可能将标准样片和不同配置及尺寸的样片进行对比测试,我们在过往七年多时间里对几家企业进行了测试,经验告诉我们目前初始浓度都能达到90%,说明中空玻璃的完整性是可以做到的,在不做任何改进的情况下:标准样片的测试可被认为是正常生产的产品代表,如果企业确有执行一个良好的产品质量控制体系,同时中空材料的质量和数量能够保证达到中空玻璃系统种类要求。
所以,如果型式测试通过了,而且生产厂商严格地遵照产品生产的规章和检查项执行我们就可以合理地认为其它尺寸的中空玻璃也符合年气体泄漏在允许范围内。
企业测试和实验室测试
随着自愿标示和未来欧洲新标准的执行,企业会因此被要求去测试中空玻璃充气含量的水平,一天一次或者从正常生产中抽不少于三片进行检测。这样的测试通常会用到“破损型”测量方法,用适当的仪器从中空玻璃样片中抽取气体,然后通过分析气体中氧含量:充气含量将通过对比计算氧含量和样气含量的差异得出。
表4给我们展示的是企业自己测试的结果和我们实验室测试的结果,我们实验室用的是比较先进的方法,仪器不是测量残余的氧含量而是直接测量氩气,都是对同类型的中空玻璃进行的检测。
从对比结果可以看出,厂商所做的检测结果与实验室测量的结果非常接近,尽管有些地方真实的含量值会被轻微地低估。
但是不管怎样,为了增加安全系数,就最终K值意义而言,总是比根据申报的含量而计算出来的K值结果要好。
根据我们的经验企业在测量方面可能会受到影响:
·能够精准测量的测量工具;
·手动取样(样气被污染等);
·样片哪个点被取样检测;
在测量时应该把轻微的变化考虑进去计算,这样才能正视不同的影响因素(包括充气和封堵工序所间隔的时间),即使样片间大约只有2%-3%的不同。
在过去这些年里,我们也一并评估了企业从既有生产过程中每天所取得测量结果记录,使得我们相信充气浓度,至少对于充氩气而言,保证达到了要求的标准。
举例来说,将图2中从申报含量值中偏差的最大负公差值数据(型式检测的-5%)和表4中的测量结果进行对比,如果企业申报的充气含量为85%(用于计算K值),被检测样片的K值会高出其指标值,变化从1.366到1.385之间有0.02的增加。因为在热工计算K值的时候,K值显示是四舍五入到小数点后一位,其结果表示充气量大于75%时,均能达到所需的指标值。而我们也认为一般情况下充气含量均能超过75%。
表4

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