基于PCT/CN2024/077859专利的窗口节能保温技术分析-玻璃工业网

中国政府连续发布各领域100多个节能降碳文件。以2024年为例，2024年3月15日中国发改委、住建部印发《加快推动建筑领域节能降碳工作方案》的通知（国办函〔2024〕20号）；国务院关于印发《2024—2025年节能降碳行动方案》的通知（国发〔2024〕12号）；国务院办公厅2024年7月30发布的《加快构建碳排放双控制度体系工作方案》；中共中央、国务院2024年7月30日发布的《关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》等文件。

中国政府正努力推动建设绿色中国、美丽中国，但因窗口周边热桥在悄悄流失大量热量，玻璃传热系数逐渐升高成为不符合节能要求的普通中空玻璃，无法建设符合《近零能耗建筑技术标准》GB/T51350的近零能耗建筑，难以有效贯彻一系列节能降碳政策要求。

2 窗口节能保温技术存在的问题

2.1 热桥效应及密封失效造成能量损失

中空玻璃和真空玻璃密封耐久年限短、传热系数高，窗口是流失热量的大热桥。但人们长期以来对其流失的能量熟视无睹，导致能源消耗过多，也致使节能降碳难度加大，推高了生产与生活成本。

目前中空玻璃技术和真空玻璃技术都不满足在较长的耐久年限内（50年）保持低传热系数的要求。真空玻璃技术标准中没有耐久年限的规定。中空玻璃技术标准规定密封耐久年限不小于15年，时间太短，能否把中空玻璃的密封耐久年限提高到50年？

技术标准规定密封中空玻璃的丁基密封胶就渗气，虽然有3A分子筛吸气，但在15年之前分子筛很可能吸足了汽，中空玻璃就逐渐变为不合格的中空玻璃。中空玻璃内惰性气体逐步流失，Low-E镀膜的银被水汽和氧气腐蚀，就不具有反射红外线功能，成为普通高传热系数的中空玻璃，特别是沿海潮湿地区更为严重。

窗型材热桥占玻璃面积约20%~25%，包括木型材在内的窗型材都是大热桥，因为玻璃边缘与木型材咬合断面很小，其它型材的热桥更大，还有附框热桥、中空玻璃间隔条热桥、三元乙丙分隔条热桥等，热量就从这些热桥大量流出去。各种热桥的总面积可能达35%，热桥流失的能量非常多。

我们看不见热桥流失的能量，设计计算热桥流失的能量太复杂，哪个设计单位能说可以准确计算热桥流失的能量？有的工程安装附框，附框的大热桥计算了吗？为什么以前建设的包括被动式节能房在内的所有节能建筑都达不到预期的节能效果？一是因为根本不可能算清热桥流失的能量，二是因为中空玻璃密封耐久年限短，在达到15年甚或部分中空玻璃不到15年就丧失密封，成为高传热的中空玻璃。这种状况不适应当前节能降碳严峻局势的需要。

高传热系数的中空玻璃和窗口周边热桥导致窗口长期流失大量能量，估计窗口长期平均传热系数不低于（2.5~2.8）W/（m2·K），按中国《严寒和寒冷地区居住建筑设计标准》JGJ26规定的外墙传热热系数不大于0.26 W/（m2·K）计算，（2.5~2.8）÷0.26≈10倍，按窗口面积占围护结构面积的25%计算，考虑太阳得热，窗口流失的能量约是节能保温墙体流失能量的2~2.5倍，远超节能保温墙体流失的能量。

窗口流失的能量太多，是导致全球温度不断上升的最重要原因，致使极端天气事件频发、气候灾害加剧、空气污染、生态系统破坏，威胁人类和动植物物生存。

2.2 多悬膜中空玻璃普及应用存在阻碍

制造低传热系数的多腔悬膜中空玻璃投资大，能源和人工消耗多，麻烦，造价高，长期以来没有解决如何方便、快速安装PET悬膜问题。

多腔中空玻璃节能保温好，但中间安装2片或3片玻璃的三腔或四腔中空玻璃重量重，厚度厚。可以用（PET）镀膜替代中间玻璃，成为多腔悬膜中空玻璃，多腔悬膜中空玻璃重量轻、厚度薄、隔声好、屏蔽紫外线好。

多腔悬膜中空玻璃是美国韶华科技公司在70年代提出的，1981年起被广泛应用于全球多个著名建筑。但美国没有解决中空玻璃长期密封问题，没有解决安装PET悬膜难的问题，需要用高温窑烘烤使PET悬膜膨起，投资大、能耗高、时间长。美国也没有解决硅酮结构胶与Low-E镀膜不相容的问题。美国是用聚氨酯胶替代丁基胶密封，但聚氨酯胶不是密封胶，其密封性比丁基胶差得多，因此阻碍了普及应用低传热系数的多腔悬膜中空玻璃。

3 PCT/CN2024/077859专利技术方案与节能潜力分析

中空玻璃看起来简单，但在对建筑节能要求越来越高的形势下，解决中空玻璃密封耐久性问题、解决安装PET悬膜难的问题、解决硅酮结构胶与Low-E镀膜不相容的问题，及消灭窗口周边热桥问题涉及到复杂的中空玻璃热工知识、密封知识、光学知识、化工行业知识，及其它多种材料知识，还需要采用科学的建筑构造安装低传热系数玻璃。

PCT/CN2024/077859专利技术可以使中空玻璃有希望达到密封耐久年限50年，再采用消灭窗口周边热桥技术，消灭墙体热桥的节能保温墙体技术，窗口流失的大部分能量是可以堵住的，建筑能耗可以达到中国GB/T51350标准中对近零能耗建筑的规定，建筑领域节能降碳就容易实现了。

3.1 保证中空玻璃边部长期可靠密封，延长使用寿命

密封问题是一个复杂的问题，在不同的使用环境中对密封的要求是不同的。一些密封胶用于短期密封可满足要求，但不满足长期密封要求，丁基密封胶就不满足中空玻璃长期密封要求，气体渗透率高，粘接强度低。

（1）用满足使用环境的耐高低温要求和一定弹性要求的环氧树脂胶粘接密封中空玻璃。

环氧树脂分子含有羟基、醚基等极性基团，这些基团能与金属、陶瓷、玻璃等基材表面的羟基、胺基等活性官能团发生化学反应，形成化学键（如醚健、酯健），这种化学结合能显著增强粘附强度。而且环氧树脂胶能渗透到基材表面的微小孔隙，固化后通过物理锁合进一步增加粘附力。环氧树脂与与固化剂发生交联反应，形成低收缩率、高交联密度和致密性的三维网状结构，分子链相互缠绕形成致密屏障，可有效降低气体渗透。

丁基密封胶是线性聚合物，不能形成致密屏障，其密封性与环氧树脂胶不可比。

试验证明，环氧树脂胶与Low-E膜、与玻璃粘接强度高，与金属粘接强度更高，涂敷环氧树脂胶不需要除掉Low-E镀膜。例如某种环氧树脂胶在高温80℃和低温-50℃的不利使用环境下，与玻璃粘接、与Low-E镀膜粘接的拉伸剪切强度分别大于5MPa和4MP。而丁基密封胶和硅酮结构胶的技术标准规定，常温时与玻璃的粘接强度分别不小于0.15MPa和0.6MPa。环氧树脂行业可以提供满足使用要求、价格较低，满足使用要求的环氧树脂胶。

环氧树脂胶粘接范围广，在不受紫外线照射条件下耐久年限预计可达50年（目前对混凝土结构加固用环氧树脂胶粘贴钢板或植筋来增加配筋，认为用优质环氧树脂胶可满足50年设计使用年限要求。以此为根据，本文认为在不受紫外线照射条件下的中空玻璃密封耐久年限有望达到50年）。

（2）再在间隔条外用环氧树脂胶粘贴无针孔阳极氧化铝箔密封，就可做到对中空玻璃的绝对密封，见图1。中空玻璃传热系数可在长期内稳定，并避免硅酮结构胶可能与环氧树脂胶发生化学反应。

图1 四腔悬膜中空玻璃剖面图

（3）再在边缘封堵的硅酮结构胶外侧粘贴阳极氧化铝箔或符合要求的塑料薄膜或塑料复合膜，可减缓硅酮结构胶老化，延长硅酮结构胶耐久年限。

在中空玻璃制造中应用环氧树脂胶不仅解决密封问题，还因为其粘接强度高，在中空玻璃周边和间隔条上涂敷的环氧树脂胶及粘贴的阳极氧化铝箔可修补玻璃边缘裂隙，可分散外力冲击，减少玻璃破碎和自爆、防止玻璃片脱落，减少人员受伤风险，提高安全性。如1m长不锈钢间隔条用环氧树脂胶与玻璃粘接的拉伸剪切力可达几吨，即使粘接20mm厚玻璃也掉不下来来，提高玻璃幕墙安全性。通过理论计算及试验可加大玻璃片规格，减少中空玻璃规格和种类。例如，一般住宅建筑窗口可安装2片中空玻璃、一片固定扇、一片开启扇，减少制造和安装麻烦，因此在中空玻璃制造中引入环氧树脂胶具有重要意义。但用环氧树脂胶密封的方法不适用于对真空玻璃的密封，因为尽管环氧树脂胶气体渗透率极低，但仍有渗透，不能保证在较长时间内真空玻璃内气压不大于0.1Pa的要求。

夹层玻璃密封、包括对太阳能光伏夹层玻璃密封，也需要用环氧树脂胶密封，可使夹层玻璃的密封耐久年限有希望达到50年。在涂敷环氧树脂胶外侧粘贴阳极氧化铝箔或其它遮盖物屏蔽紫外线，或特殊部位用有机硅改性环氧树脂胶涂敷密封，有机硅改性可增加环氧树脂胶抵抗紫外线性能和增加柔韧性。用环氧树脂胶密封夹层玻璃，可大幅度减少水汽对夹层玻璃密封层的侵蚀，增加光伏发电效率，延长光伏发电玻璃的耐久年限，提高光伏发电投资效益。而当前对太阳能光伏夹层玻璃边缘密封是用硅酮结构胶或丁基密封胶密封，硅酮结构胶不属于密封胶，密封性更差，故当前光伏夹层玻璃边缘密封差。

用环氧树脂胶粘接隔汽膜的密封技术还可用于电子产品密封中，隔气膜可以是阳极氧化铝箔或其它密封性较好的塑料薄膜，根据阻隔性要求选用。将隔汽膜粘接到灌封电子产品的胶粘剂表面，阻隔水汽、氧气或其它有害气体进入电子产品中，增加电子产品耐久性。

3.2 优化悬膜安装工艺，制造低传热系数多腔悬膜中空玻璃

在间隔条外侧周边粘接双面胶胶条，在间隔条上和外侧面涂环氧树脂胶粘接（PET）悬膜，见图1。揭掉双面胶胶条保护层，用双面胶胶条与环氧树脂胶相配合粘接安装（PET）悬膜，安装（PET）悬膜简单、速度快，不需要烘烤窑，不发生烘烤能耗，大幅度降低制造成本。多层中空玻璃的中间分隔层也可以安装玻璃，由用户选择。

3.3 消除窗口周边热桥，降低整窗传热系数

突破传统安装玻璃构造的束缚，与节能保温墙体技术相结合安装玻璃，消灭窗口周边热桥，玻璃边缘周围有保温材料保温，使玻璃边缘传热系数与玻璃中心一致，不必对玻璃周边热桥进行复杂且不准确的计算，不发生结露，减缓室内外温差对玻璃应力的影响。

在建筑上安装低传热系数玻璃的方法如下：

（1）在低传热系数玻璃室内外二侧安装固定扇型材，可消除固定扇型材大热桥，且型材可遮蔽紫外线保护玻璃周边涂敷的环氧树脂胶，保证环氧树脂胶耐久年限，见图2。

图2 消灭窗口周边热桥，安装低传热系数玻璃剖面图

将中空玻璃安装在内外分离的窗型材中间，在中空玻璃周边缝隙处安装三元乙丙（EPDM）发泡海绵等低导热系数≤0.035W/(m·K)高耐久性保温材料包裹减震缓冲、保温密封，替代当前安装的三元乙丙分隔条，将三元乙丙分隔条之间对流空气的热桥变为静止空气的保温层，减少中空玻璃周边缝隙热损失，并减少中空玻璃周边室内外温差，发泡海绵厚度应计算确定。室外窗型材采用PVC发泡型材，且PVC型材空腔内应有保温材料保温，安装中需要在PVC型材与窗口侧壁之间有弹性密封保温材料密封。

（2）取消开启扇型材直接安装开启扇中空玻璃，消除开启扇型材热桥。因中空玻璃各层之间用环氧树脂胶粘接强度高，可保证无框安装开启扇中空玻璃安全。

在开启扇玻璃上粘接安装合页及粘接安装把手；用螺钉将开启扇玻璃的合页与窗侧室内预埋钢板连接；在室内中挺或横撑型材内或外安装旋转固定件，用于关上开启扇时卡住开启扇；在开启扇玻璃周围缝隙处安装（EPDM）发泡海绵密封。

（3）建议中空玻璃间隔条选用厚0.15~0.2mm不锈钢间隔条，不锈钢强度高、刚度大，热胀系数比铝合金小，导热系数仅是铝合金的1/14~1/12。经计算，0.2mm壁厚的不锈钢间隔条仅增加中空玻璃传热系数约0.01W/（m2·K）。还应选用低导热系数的硅酮结构胶对中空玻璃周边封堵，可减少玻璃边缘热桥，特别是幕墙中空玻璃应严格控制硅酮结构胶导热系数，还应对玻璃幕墙接缝采取增加保温构造。

（4）将低传热系数的中空玻璃安装在窗口保温层上，低传热系数的中空玻璃与外墙保温连续，可消除室内基层墙体热桥。在窗口保温层岩棉板上粘贴玄武岩纤维布（简称BFRP布），用水泥聚合物胶粘剂将BFRP布与室内基层墙体粘接、与室外保护层粘接，粘接宽度应满足地震时或大风时窗口抗剪切承载力要求，并有一定安全储备。BFRP布内有用环氧树脂胶粘接的预埋钢板，用螺钉将窗型材与BFRP布内预埋钢板固定，室内外预埋钢板不贯通。

BFRP布导热系数为0.031~0.038 W/（m2·K），BFRP布抗拉强度是钢材的数倍甚至十几倍，如某企业面密度200g的BFRP布，检测抗拉强力为2000N/50mm，即10cm宽的BFRP布抗拉承载力为400kg，应有法定单位检测报告。需根据结构计算提供的窗口角部剪切力值粘接安装BFRP布，应有一定安全储备。将BFRP布粘接到窗口周边，将外部保护层与室内基层墙体拉接，既可保证窗口内外拉接安全又不增加窗口传热，且BFRP布还是窗口抗剪切钢箍，增加墙体窗口抗震抗风安全。

设计应设计窗口周边保温构造，需要对窗口周边的（EPDM）发泡海绵和安装型材的热阻计算，使窗口周边传热系数与中空玻璃中部传热系数接近，就消灭了窗口周边大热桥，约可减少窗口流失能量70%。

上述玻璃的安装方法施工方便。若不改变玻璃安装方法，不消除窗口周边热桥和型材热桥，再加上高传热的中空玻璃，窗口传热系数可能高达2.5~2.8W/m2，窗口流失的能量太多，特别是玻璃幕墙流失的能量尤其惊人。

经过长期跨多专业、跨多领域知识的学习积累，进行交叉学科的研究，提出减少窗口流失大量热量的专利技术，建设近零能耗建筑就不难了，建筑领域节能降碳将会取得显著成效。

3.4 夏热地区在窗口外侧安装活动遮阳设施

与节能墙体技术相结合，可在图2的节能墙体外保护层上安装遮阳设施且无穿过保温层铁件热桥，用户可按需要灵活控制遮阳卷帘的透光率，遮阳隔热效果好。因薄抹灰保温墙体无法消灭铁件热桥安装遮阳卷帘，转而对玻璃要求既满足隔热还满足遮阳要求，但玻璃不可能同时既满足隔热要求，还满足不同季节、不同地域的透光率需求。因此增加了选择玻璃难度，难以达到使用要求，但在墙体窗口上安装遮阳卷帘就容易解决此问题了。

3.5 检测玻璃传热系数，监控中空玻璃质量

现在中国有企业可提供玻璃的便携式传热系数检测仪，可随时监控玻璃的传热系数，有利于保证中空玻璃质量。

4 多腔悬膜中空玻璃节能与经济效益分析

工程安装多腔悬膜中空玻璃的投资回收期短，节能效益显著，在多数气候条件下，其综合效益（包括节能降碳、减少采暖空调负荷和费用、提高舒适度等）优于光伏发电系统。安装光伏发电系统的投资回收期约6~10年。

分析多腔悬膜中空玻璃的投资回收期：假定安装传热系数0.38W/（m2·K）、中国成本约800~900元/m2的四腔悬膜中空玻璃，消除窗口周边全部热桥安装中空玻璃。本研究为简化计算，忽略朝向、高度、风力等修正量，中国哈尔滨地区采暖期四腔悬膜中空玻璃窗口单位面积的能耗=采暖期室内外平均温差30℃×采暖期180天×24h/天×四腔悬膜中空玻璃传热系数0.38W/（m2·K）=49kW·h/m2，同样按上式计算传热系数2.8W/（m2·K）的普通中空玻璃采暖期能耗为363kW·h/m2。不计太阳得热，按居住建筑电采暖电价0.5元/kWh计算，窗口流失的采暖期电费二者差157元/m2，每户窗口面积约30~40m2，采暖期电费相差悬殊。

多腔悬膜中空玻璃的造价减去普通中空玻璃的造价，节约的采暖电费就可使安装四腔悬膜中空玻璃增加的投资约3~4年可回收，即安装多腔悬膜中空玻璃的投资价值是安装发电玻璃投资价值的2倍；工业用电电价更高，投资回收期更快。夏季炎热地区热量传递的方向相反，也是同样道理，可扭转当前夏季因为窗口流失能量太多，空调耗电太多，导致工业生产停电影响制造业生产的事情时有发生。

假设悬膜中空玻璃的内外白玻厚6mm、中空层宽12mm，内充90%的氩气，双银镀膜辐射率0.04，Low-E镀膜的面数为中空层数量，分别有1层、2层、3层间隔层时，计算双中空、三中空、四中空的中空玻璃传热系数，中空玻璃中心的传热系数分别为0.68kw·h/m2、0.50kW·h/m2、0.38kW·h/m2；若外部二侧玻璃都没有镀膜（既有玻璃幕墙改造利用原玻璃时，外侧玻璃上没有镀膜），传热系数分别为1.05W/（m2·K）、0.61W/（m2·K）、0.45W/（m2·K）。

再采用消灭窗口周边热桥构造安装中空玻璃，使窗口传热系数就是中空玻璃中心的传热系数，与传热系数2.6W/（m2·K）的窗口比，约减少窗口热耗70%或以上。

建筑安装密封满足50年的多腔中空玻璃和消灭窗口周边热桥技术，因可减少从窗口流失能量约70%，与节能保温墙体技术相结合，容易建设符合中国《近零能耗建筑技术标准》GB/T51350规定的近零能耗建筑，中国严寒地区的哈尔滨冬季采暖期能耗可不大于18w/m2，电采暖费约9元/m2，比当前集中供热缴纳采暖费减少约70%，降低生产、生活成本。再考虑太阳得热和用户行为节能因素，能耗还能更低，电采暖费更少。

建筑安装50年内传热系数稳定的中空玻璃，并堵住窗口周边热桥才能建设近零能耗建筑。应采用单户电采暖分户计量，分户计量是检验建筑能耗的试金石，消灭热桥、传热系数稳定的建筑围护结构是经得起电表计量热耗检验的。

PCT/CN2024/077859专利技术为分户计量建筑能耗、衡量碳排放指标，进行碳交易提供了技术支持。

以上分析是从对用户直接经济利益的角度出发分析的，但更为重要的是，全球新建建筑和既有建筑改造工程普及安装满足50年密封的多腔中空玻璃及消灭窗口周边热桥安装玻璃，对控制全球温度上升，对大幅度减少二氧化碳和粉尘排放，对保护地球环境将发挥重要作用，扭转当前因窗口流失能量太多，威胁人类和动植物物生存的严重问题。

光伏发电的发电量远不能抵消建筑安装多腔中空玻璃节约的能量，应将安装多腔中空玻璃与安装光伏发电玻璃并举。

建筑上窗口面积很大，估计中国每年新建建筑7亿平方米，窗口面积约1亿多平方米，窗口采用PCT/CN2024/077859专利技术，窗口节约的能量不少于1.5亿平方米光伏发电玻璃的发电量，但制造1.5亿平方米的光伏发电玻璃没有地方安装，发电玻璃企业也不能制造出那么多的光伏发电玻璃。因此，安装光伏发电玻璃的发电量远不能抵消建筑安装多腔中空玻璃节约的能耗。

建筑节能的原则是“优先减少建筑本体消耗”，即“节能必须优先”，光伏发电的“开源”与大幅度减少窗口流失热量的“节能”并举，就可大幅度减少建筑能耗，减少全球温室气体排放，控制地球温度不断上升的趋势。

5 结论与展望

PCT/CN2024/077859专利技术是推动节能玻璃行业绿色发展的技术，是节能玻璃行业低碳转型的技术，是节能玻璃行业建设具有竞争力的建筑节能降碳产业链所必须的技术，是控制碳排放目标，减缓全球温度上升所必须的建筑围护结构节能技术。

全球新建建筑和既有建筑节能改造都应安装密封耐久年限50年的低传热系数多腔中空玻璃，都应消灭窗口周边热桥安装中空玻璃，就可将窗口流失的能量减少约70%，窗口减少的能耗与目前的节能建筑对比，约比现在的节能建筑减少建筑能耗20%或更多，减缓全球温度上升的趋势，这是保障人类生存所必须的。应有计划地加快对既有建筑进行节能改造，特别是玻璃幕墙建筑应率先进行节能改造。

面临世界百年未有之大变局，建议各国尤其是发达国家加强技术合作与政策引导，共同应对全球气候挑战，构建人类命运共同体。

注：要应用PCT/CN2024/077859的专利技术的国家请将文件发送至邮箱：285031856@qq.com及wushuhuan@hotmail.com。

（来源：1.中建材耀华玻璃集团有限公司张西涛陈建；2.吴淑环）