摘 要:门窗玻璃是“被动房”和低能耗建筑设计的关键节点之一。在中德政府间合作的“被动房”项目中，既有德国原版的“双中空玻璃”结构，也有中国特色的“真空复合中空玻璃”结构。本文主要通过对真空玻璃在“被动房”项目中的应用分析，探讨了真空玻璃在以“被动房”为代表的低能耗建筑中，既能提升节能环保指标，又减轻了窗体耗材及承重设计的特殊性。
关键词:被动房 真空玻璃 节能环保
1 前言
节能减排、绿色环保是建筑业发展的大势所趋。建筑能耗占全社会总能耗的比例已经超过30％。按照国际经验和我国目前建筑用能水平发展预测，到2020年，我国建筑能耗占全社会总能耗的比例将达到35％，超越工业用能，成为用能的第一领域。建筑能耗的50％是通过门窗流失的，门窗节能的关键在于玻璃，玻璃在门窗中的比重占到了70％。因此，在不包括工业用玻璃和交通用玻璃的情况下，仅建筑玻璃一项，对全社会总能耗的影响比例已经超过10％。传统的建筑玻璃制品与其它腔体材料相比，其传热系数偏高、隔热保温效果不佳，一直是能源散失和能源消耗的重点部位。“Low-E真空玻璃”的出现，有望成为这一矛盾的理想解决方案。
2“被动房”简介
所谓“被动房”技术是指：采用被动式节能技术使建筑围护结构达到最优化，极大限度的提高建筑的保温、隔热和气密性能，并通过新风系统的高效热（冷）回收装置将室内废气中的热（冷）量回收利用，从而显著降低建筑的采暖和制冷的需求。通过利用自然通风，采光、室内非供暖热源、太阳辐射等实现舒适的室内温度、湿度，最大限度减低对主动式机械采暖或制冷系统的依赖。世界上已经有5万座以上被动房建筑建成，并且被动房的理念已经不再只局限于住宅建筑中，在一些公共建筑中，也逐渐开始采用被动房的标准进行建设。
按照欧盟委员会支持的欧洲被动房建筑促进项目(Promotion of European Passive Houses)中对被动房建筑的定义，被动房建筑是指：不通过传统的采暖方式和主动的空调形式来实现舒适的冬季和夏季室内环境的建筑。在欧洲国家，要真正被认证为被动房建筑必须满足2条标准：1) 建筑每年的采暖能耗不超过15kwh/m2；2) 建筑每年总能耗(采暖、空调、生活热水、照明、家电等) 不超过120kwh/m2。目前的被动房项目中，设计和建造被动房建筑时主要致力于解决冬季的采暖问题，其设计理念的核心思想在于最大限度地减少建筑的热量损失，而采用高效节能玻璃就是其加强建筑围护体系的保温性能的主要技术措施。
3 真空玻璃简介
平板真空玻璃：是指两片或两片以上平板玻璃以支撑物隔开并对周边熔封，在玻璃间形成真空层的玻璃制品。真空玻璃包括标准型真空玻璃和复合真空玻璃。复合真空玻璃是由标准真空玻璃通过采用夹层、中空等玻璃深加工技术复合成“真空+夹层” 、“真空+中空”等结构的玻璃制品。
3.1 传热机理不同
真空玻璃中心部位传热由辐射传热和支撑物传热构成，其中忽略了残余气体传热。而中空玻璃则由气体传热（包括传导和对流）和辐射传热构成。由此可见，要减小因温差引起的传热，真空玻璃和中空玻璃都要减小辐射传热，有效的方法是采用镀有低辐射膜的玻璃（LOW-E玻璃），在兼顾其它光学性能要求的条件下，其发射率（也称辐射率）越低越好。二者的不同点是真空玻璃还要尽可能减小点阵支撑物的传热。
3.2 结构不同
3.3 传热方式不同
3.4 舒适度不同
3.5 防结露性能不同
高性能的真空玻璃使室内侧玻璃表面保持温暖，减少了由冷凝造成的结露和结霜现象，如果使用暖边系统和隔热窗框，效果更好。真空玻璃的结露温度可低于-50℃、真空层内不会发生结露现象、真空层不结露使Low-E膜层具有更长的使用寿命。
4 中德 “被动房”项目
最早登陆中国的被动房，是2009年为上海世博会建设的“汉堡之家”。“汉堡之家”由汉堡的Spengler & Wiescholek 和Dittert & Reumschüssel建筑设计事务所共同设计。它成为了2010年上海世博会中优秀可持续建筑的范例，同时也是中国第一个获得认证的“被动房”新建筑项目。该建筑地处湿热的长江三角洲区，每年每平方米消耗50kwh的能量仅相当于普通办公楼四分之一的平均能源消耗量。
中德被动式低能耗房屋示范项目启动于2011年，是中国住房和城乡建设部与德国能源署开展的政府间国际科技合作项目。住房和城乡建设部通过大量深入调研，确定先期开展秦皇岛市的“在水一方”和哈尔滨市的“辰能•溪树庭院”两个示范项目。目前已经竣工的秦皇岛“在水一方” 示范项目，冬天不用供暖，夏天不用空调，室内温度却一年四季保持在18℃～24℃，空气相对湿度在40％～60％，平均室内空气流速小于0.15m/s，房间全年有新鲜空气，不潮湿，无霉菌。
“在水一方”被动房按100平方米户型计算，比国内先进地区65％的节能标准在工程上每平方米多投入600元左右，但是在城市热网初投资费上每平方米就可节省403.5元。此外，不需要建设热交换站。热交换站所占用地下车库面积为200平方米，折合8个停车位的面积。按照每个车位售价10万元计算，可创造80万元的收入。对于居民，每个采暖期每户可节省采暖费5115元，同时还节省了空调购置费和电费等。
5 真空玻璃在“被动房”设计关键节点上的作用
建筑围护体系主要由外墙、屋面和外窗组成，加强围护体系的保温性能是“被动房”建筑设计和建造中最为重要的技术措施。在欧洲的“被动房”建筑中，为达到“被动房标准”，所采用材料的厚度都非常大。例如：外墙采用275mm的EPS聚苯保温板，其传热系数为0.14W/(m2•K)；屋面采用了445mm的岩棉保温，其传热系数达到0.1W/(m2•K)；外窗采用带保温夹层的断桥铝合金的窗框，以及50mm的三玻两腔的双中空Low-E玻璃，其传热系数达到0.8W/(m2•K)。
作为国内房地产公司开发的第一个“被动房”项目，为了比对相关材料、工艺和技术的性价比、费效比，为以后的建设推广积累经验，秦皇岛“在水一方”工程一期的四座“被动房”楼上，一座全部采用德国原装进口的三玻两腔的双中空Low-E玻璃；一座采用国产42mm的三玻两腔的双中空Low-E玻璃；两座采用31mm的Low-E真空复合中空玻璃。无论中空玻璃、还是真空玻璃，全都选用Low-E玻璃作为主要原片，这是因为Low-E玻璃是一种具有优异节能性能的镀膜玻璃，具有较低的遮阳系数和较好的可见光透射比，既可以遮阳，又有利于自然采光。适用于从严寒到热带的所有气候区。根据模拟计算，仅采用Low-E中空玻璃后节能效果就比单片普通玻璃提高了70％以上，比普通中空玻璃提高40％以上。
真空玻璃在被动房上应用的优势：由于中空腔内成分为空气或惰性气体，长时间使用可能对离线Low-E膜银层造成损伤，特别是在漏气或者分子筛失效的情况下会加剧。真空玻璃在边部熔封不破坏的情况下不会产生这类现象。真空玻璃用于房顶、采光顶等倾斜的地方时U值不会改变。而中空玻璃水平30度时，U值下降45％，60度时，下降30％。（原因：中空玻璃存在对流传热，角度越小，从热端玻璃到冷端玻璃的对流传热路程越短，热量散失的就越快）。通过真空复合中空玻璃0.6W/m2K以下的传热系数，轻松满足被动房对于整窗传热系数＜0.8W/m2K的要求。
通过采用真空玻璃，不但可使国内目前65％节能标准的建筑提升到被动式建筑水平（相当于90％以上节能标准），还可使被动式建筑节能指标进一步升级。
国内首个应用真空玻璃的被动式建筑案例：中德合作被动式低能耗建筑——秦皇岛在水一方被动式住宅（C区14#楼）
玻璃配置：5Low-E+16A+5Low-E+0.15V+5C
玻璃性能：U值≤0.6（W/m2K）；Sc值≤0.4；隔音量≥38dB。
实际体验过程中，31mm的真空复合中空Low-E玻璃与42mm的三玻两腔的双中空Low-E玻璃相比，在夏季可降低室内温度4℃；在冬季可提高室内温度3℃以上。
6 总结
随着人们对建筑环境舒适程度需求的提高，城镇建筑采暖制冷用能还将增加。我国正处在城镇化快速发展期，按“十一五”期间城镇每年新建建筑面积推算，“十二五”期间，全国城镇累计新建建筑面积将达到40亿～50亿平方米。如果把这些建筑全部建成被动房实现90％的节能，则每年大约可节约1亿多吨标准煤，同时可大大改善城市的环境质量。“十二五”期间我国要实现节约能源6.7亿吨标准煤的目标。被动房及真空玻璃在完成前所未有的节能减排任务及应对气候变化方面有着不可忽视的优势。
参考文献
[1]彭梦月.被动房和低能耗建筑关键节点设计与构造[Z]，秦皇岛，2013年
[2]徐峰，周爱东，刘兰. 建筑围护结构保温隔热应用技术[M]，北京，中国建筑工业出版社，2011年
注:基金项目：“十二五”国家科技支撑计划（2011BAE14B03）