2025美国真空玻璃研讨会述评（三）
唐健正 唐晓蓓 许威1 范云萍
（1.中国国检测试控股集团股份有限公司）
摘要：本文继续介绍2025年9月美国真空玻璃（VIG）国际研讨会的内容，重点介绍美国VIG产业发展现况及会议讨论的一些技术问题，并作出评论和建议。
关键词：真空玻璃（VIG），特征长度，支撑物，吸气剂
0 引言
2025年 9月11日，美国洛伦兹伯克利国家实验室（LBNL）建筑技术与城市系统部在美国召开了第三届VIG国际研讨会。本文继续介绍此次美国会议的内容并做出评论和建议。
1 会议讨论的部分内容
1.1 美国VIG产业发展现况
美国现有三家主流VIG制造商，分别是LuxWall、Guardian和Vitro。还有一家初创企业V-glass，预计2026年建成生产线。基本情况如下：
1.1.1 LuxWall
此次会上LuxWall没有详细介绍在北美发展的概况，网站上LuxWall和其合作伙伴发布的信息显示：
（1）该公司在北美发展真空玻璃的计划为：
2023年8月在密歇根州-伊普西兰蒂建成R&D中心，在此中心建成年产能约1800m²的试生产线，产品尺寸约0.5mX0.7m。
2024年5月在密歇根州-利奇菲尔德建成年产能约20000m²的自动化生产线，产品尺寸约1.5mX2.4m，生产线还用于验证直接生产成本。
2026年4月将在密歇根州-休伦镇，圣戈班（Saint-Gobain ）公司原有的玻璃工厂内，复制一条年产量约26000m²的自动化生产线，产品尺寸1.5mX3.0m。
（2）LuxWall真空玻璃技术特点：
①玻璃焊料三层封边，封边采用精确激光加热方式
②不锈钢圆柱形状金属支撑物半径0.25mm
③带排气口和吸气剂
④ U值可低至0.3（R值18-21）
⑤钢化玻璃可以做到3mm厚（采用高水平钢化炉）
⑥采用单银、双银、三银Low-e玻璃，达到不同的R值和透光性
⑦全自动化生产线
（3）网站上介绍了该公司准备实施的几个VIG示范工程的模拟计算结果，其中纽约市政府办公楼，见图1。换用真空玻璃的论证及节能效果如下：
图1 纽约市政府办公楼
54000平方英尺的建筑面积、共11层，窗墙比35%，采光区域约994m²，原窗为6mm单层玻璃，无断桥窗框，计算结果见表1。
表1 纽约市政府办公楼节能计算结果
据称这个结果让美国能源部感到惊奇，给了50万美元支持进一步研究，可能会把这几个建筑作为VIG示范工程。表1中真空玻璃成本价高于会议上说的300-500美元/平方米，可能包括了框架材料、运输、安装、保险等费用。
LuxWall在纽约等地还有多个示范工程正在推进。
（4）LuxWall网站上介绍了VIG在建筑中三种应用方式：
第一种：现有单层玻璃窗换成VIG，窗框不换，中心R值达到18（U值0.32），玻璃厚度8-12mm，隔音性能等级33，减少隐含碳排放量45.21千克/平方米。
第二种：原有单层窗里加一层VIG二次窗，中心R值达到21（U值0.27），玻璃窗总厚度18-25mm，隔音性能等级35，减少隐含碳排放量77.5千克/平方米。
第三种：连窗框全部升级改造成“中空+真空”，中心R值达到22（U值0.26），玻璃厚度25-40mm，隔音性能等级37，减少隐含碳排放量101.2千克/平方英米。
该公司除和圣戈班（Saint-Gobain）公司合作在建生产线，共同拓展全球市场外，还和很多著名的门窗幕墙公司，如Kolbe 、Cascadia Windows & Doors合作，向他们供应VIG产品，由这些公司设计制造整窗并推向市场。
LuxWall除得到联邦/州政府支持外，还得到多家投资机构的资金支持，包括比尔盖茨基金会的大力支持，比尔盖茨多次在网站上代言宣传，所以公司有充分资金支持。
1.1.2 Guardian玻璃
总部位于美国密歇根州奥本山市（Oppen Mountain, Michigan），是全球领先的玻璃制造商之一，生产网络遍布全球。十多年前就开始研究VIG并与青岛亨达有过合作，研究工作曾中断，后来又和著名丹麦房屋天窗制造商Velux合作，在丹麦建成生产线并向多国供应VIG。本次会议上宣称将在美国本土建设生产线。
在该公司网站上可以查到多处示范工程，如科罗拉多州丹佛市（Denver, Colorado）的博尔德社区健康中心西医疗大楼，见图2。该楼换装了“真空+中空”复合VIG，工程于2019年竣工。
该地区处于沙漠地区，以温差大和光照充足而闻名。因此该项目成为VIG的理想试验场。安装5年后用热成像设备对每扇窗户进行了评估，315片玻璃只有一片真空度变差，隔热性能变得与普通中空玻璃相当，但并未完全失去真空状态，因此服役5年的成功率高达99.7%，住户对舒适度感到满意。证明钢化VIG的优异性能有助于降低能耗，改善居住环境。
图2 科罗拉多州丹佛市的博尔德社区健康中心
1.1.3 Vitro
Vitro全称为 Vitro Architectural Glass（维特罗建筑玻璃公司），是北美最大的玻璃及门窗幕墙制造商，在美国境外有很多制造厂，是全球著名的玻璃门窗公司。近年来Vitro与兰迪合作向美国市场提供品牌为VacuMaxTM 的VIG产品，做了不少示范工程，位于宾夕法尼亚州伊斯顿拉斐特学院校园的 Hugel欢迎中心就是一列，它为学生、教职员工、校友和访客提供了明亮而温暖的接待空间，也是美国首个采用 Vitro的VacuMaxTM VIG的项目，见图3。在本文述评（二）中已经做过介绍。2025年11月4日Vitro与兰迪签了一项长期独家协议，将使 Vitro 能够在北美生产和销售 VIG 整窗。Vitro 计划向兰迪购买必要的设备和专利技术许可，开始国内生产，从而加速全钢化、高性能VIG 整窗的推广应用。
图3 宾夕法尼亚州伊斯顿拉斐特学院的Hugel迎宾中心
Vitro还完成了述评（二）中提到的西雅图联邦大楼的VIG改造等工程。在美国总务署（GSA）和环境保护署（EPA）支持下还在进行几个VIG改造工程。
1.1.4 V-glass
V-glass公司位于美国威斯康星州沃基肖（Waukesha, Wisconsin），2014年创始人CEO Peter Petit 得到美国能源部、美国国家科学基金会和州小企业创新计划（SBIR）的资金支持，开始其具有大胆创新性的VIG制造工艺研究。2018年青岛首届VIG研讨会上，报告了他的创新设想和初步实验结果。他的设想是实现VIG的柔性封边（foil edged），就是历史上德国 Grünbach Windows公司和美国Eversealed公司，曾经在政府资金支持下，研究在真空中用焊料，把两片玻璃的四周与金属箔密封，在加热炉中实现VIG“柔性封边”，可以避免VIG在温差和风压下的弯曲形变造成的破损，提高了安全性，但此二公司均功败垂成。Peter Petit不但想完成“柔性封边”，还想在无需加热炉（Oven Free）的室温下，在真空腔体中，用强超声波完成封边。
Peter Petit在青岛会议上介绍了初步试验结果[1]，在会下交流时，我们提醒他注意室温下真空排气不充分的问题，应该和会上做VIG用等离子排气的报告[2]的悉尼大学交流和合作，解决这一难题。他很快邀请Cenk Kocer作为顾问参与公司研发。该公司在此次会议上宣布已成功解决所有难题，用等离子除气技术研发了专有的快速排气工艺，还使用了针状支撑物（line contact needle bearings whiskers），能提升保温性能，而且VIG的成本将和三玻两腔中空玻璃相近，已经做了大量严格的环境测试，包括在NREL的室内测试及第三方测试，已经研发出七轴机器人焊接工艺（7-access robotic welding process）和快速支撑物布放自动化设备，认为产品已具备市场可行性，准备于2026年建成规模化生产线。
1.1.5 其他
除以上三个厂商外，美国本土肯定还会出现多家VIG制造商，比如中国理大董事长宋骜天博士（Dr. Andrian Song）在会上宣布，计划在2026年在美国建设VIG生产线。
按照会上提到的北美有约250条VIG生产线的需求来看，未来肯定会有更多的公司和生产线出现。
1.2 研讨会讨论的几个技术问题
此次美国会议上，还提到几个技术问题
1.2.1 VIG边缘区域的热导问题
悉尼大学Cenk Kocer博士在会议上报告了VIG边缘的“特征长度”研究结果，模拟计算表明，其特征长度为63.5mm，与中空间隔为12mm的充氩气中空玻璃相同，报告中也提到了VIG嵌入窗框的深度问题，会上也有人提到嵌入深度小会使整窗U值升高，嵌入深度过大会增加玻璃破裂的风险，应该选择在20-25mm左右。
1.2.2 VIG专用窗框问题
在会议讨论中，提到有的单位正在设计VIG专用窗框，包括考虑到上述嵌入深度，也包括选用不同的窗框和衬垫材料，提到选用玻璃钢、不锈钢、PVC等各种材料。
1.2.3 支撑物材料和形状问题
在会议讨论中，提到选择低导热系数的材料来降低U值的问题，提到用陶瓷作支撑物对降低VIG的U值作用不大，而选用导热系数比玻璃低很多的材料才起作用。
1.2.4 吸气剂问题
本次会议上提到关于吸气剂形状问题。为了使VIG外观看不到吸气剂，采用放置在边缘的针管状吸气剂或带状吸气剂。
2 评论
2.1 关于美国VIG企业发展情况
（1）上文介绍的4家企业中，Guardian和Vitro都是国际著名的大企业，各种玻璃深加工技术和设备都是一流的，而且它们和政府及投资机构有很深的联系，同时它们和很多著名门窗幕墙企业有长期合作关系，生产和销售网络遍布全球。LuxWall虽然历史较短，但有联邦/州政府支持，又有比尔盖茨基金会等大型投资机构的资金支持，所以短短几年间已经完成从实验室到量产，而且开始在北美和欧洲开拓市场，发展迅猛。V-glass是初创企业，但其工艺技术极具创新性，一旦按其预期于2026年投产，堪称是VIG发展史上里程碑式的突破。
由于北美大力推动VIG用于既有建筑改造，必将有更多的VIG企业像兰迪和理大一样争相进入北美市场。
（2）从这几家美国公司的运营模式看，都是采用和各种相关企业合作的模式，比如LuxWall和圣戈班等合作、Guardian和Velux等合作、Vitro和兰迪等多家公司合作，都是取长补短互利共赢的模式。
（3）所有这些企业都和美国的权威研究机构及大专院校紧密合作，进行R&D创新，这是企业和行业发展的关键。
2.2 关于本文提到的几个技术问题
2.2.1 VIG边缘区域的热导问题
这些问题在早年的悉尼大学研究中都已经有基本的研究[3]，Cenk Kocer博士进一步明确了VIG边缘的特征长度为63.5mm，这样就为VIG的热性能计算和测量给出了依据。这也说明VIG的真空腔内没有气体横向对流和传热，其特征长度比普通中空玻璃长得多，与间隔12mm充氩气的中空玻璃约65mm相近。说明VIG的边缘传热性能并不比中空玻璃差。
关于嵌入窗框深度问题，我们也一直主张在20-25mm之间选择。
2.2.2 关于VIG专用窗框问题
我们认为这是非常重要的，因为目前的窗框，无论是材料还是结构都是为中空玻璃量身定制的，其嵌入深度小而厚度和尺寸普遍偏大，浪费材料且增加隐含碳排放量，而且现有的窗框U值都远大于VIG的U值，使整窗U值增大。北京新立基节能玻璃有限公司为中国化学北京永定东府住宅群提供的窗框就是专为VIG设计的，VIG的嵌入深度为25mm，并选用弹性好的衬垫材料，使整窗U值低于1.1Wm﹣²K﹣1[4]。
2.2.3 关于支撑物材料和形状问题
这个问题在悉尼大学早期理论研究中已经有明确的结论[5]，理论上只有当支撑物材料的导热系数远小于鈉钙玻璃的导热系数0.76Wm-1k-1时，才会使VIG的U值明显降低。唐健正当年在悉尼大学曾对上百种材料的支撑物做过测试，验证了上述结论。当时选定不锈钢支撑物，因为其导热系数在金属合金中比较低，抗压强度达标、可加工性好、成本低、退火后硬度适中且形成氧化层降低了导热系数。陶瓷和石英玻璃及钨等材料硬度太高，容易使玻璃产生裂纹。“点胶”制作的玻璃釉料混入玻璃珠的支撑物容易使两片玻璃粘结在一起，在玻璃变形时产生破裂，而且其高度和形状难以控制。旭硝子（AGC）与松下合作研发生产的“Fineo”VIG产品用厚度0.15mm的双面镀金聚酰亚胺片做支撑物，这种材料的导热系数为0.12-0.4Wm﹣1K﹣1，比玻璃低得多，其他性能大多符合VIG要求，唯独在阳光中紫外线照射下容易老化放气，所以镀金膜保护。至于成本如何未知。
支撑物的形状必须360度对称，所以多边形等形状是不恰当的，球状支撑物曾是VIG研究早期探索性的选择，后因不易布放成方阵且顶端应力集中而不被优选。悉尼大学优选的形状类似薄鼓形等形状，这样不仅像圆柱形360度对称，而且布放时会自动躺平，新立基则根据专利使用环形支撑物，不仅具有薄鼓形的优点，而且降低了支撑物的热导[6]。
2.2.4 关于吸气剂问题
吸气剂可以采用各种形状，比如会上提到的针管状和带状吸气剂，但必须注意要有足够量的吸气剂，并确保吸气剂充分激活，做到尽可能百分之百有效，即使有百分之十未激活，也可能会减少好几年真空寿命，无法确保美国期望的VIG 40年以上寿命[7]。
3 建议
3.1 关于企业发展
3.1.1 大型玻璃门窗企业应该入场
中国目前介入VIG的企业虽然众多，但多数为中小微企业，资金短缺、人才断层、研发能力不足、产品良莠不齐，在多年建筑市场低迷情况下难以生存，只能寻求海外发展。而相关大型企业一旁观战，不愿介入“试验田”。这种情况与欧美日形成鲜明对照，值得深思。
3.1.2 VIG企业必须立足创新
科技日新月异，走老路没有前途，中国很多企业为什么投资打水漂？其中一个重要原因就是模仿过时技术而自喻为创新，最明显的例子是悉尼大学1990年前的探索性专利中[8]，一些难以产业化的工艺技术被国内好几家公司采用，比如从边部出排气管、用玻璃焊料包裹钢珠作支撑物等，而且不听劝告固步自封，自食苦果。美国LuxWall 、Guardian和V-glass 有人力物力，从研发开始创新，Vitro则引进技术快速进入市场。这些都值得借鉴，特别是大型企业可以参考Vitro，选购成熟可靠技术，快速进入国内外市场。
3.1.3 必须加强交流合作
VIG企业不仅应与门窗幕墙企业加强技术与市场上的合作，取长补短，而且VIG企业之间也要加强交流合作，避免单打独斗，获取更多信息资源以提高产品质量。
3.1.4 鼓励VIG企业走出去开拓海外市场
在国内建筑市场低迷的情况下，走出去销售产品或设备是很好的出路。但是舞台大了，戏更难唱，对产品的质量，特别是寿命的要求更严苛了，一定要吸取先前一些企业的经验教训，以对科学敬畏之心，踏实前行。
当然以上四点都需要政府和相关机构出面支持、协调和组织。
3.2 关于本文提到的几个技术问题
上述这些技术问题都已经有多年的理论和实验基础，而且也有产业化的需求，应该在研究现有成果的基础上作进一步研发，千万不要浪费资源做重复实验和研究，这样可以更快更高效的取得创新成果，比如窗框、支撑物等都是如此。
参考文献：
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[2] Dr.Wenwen Lei（雷雯雯博士）: The Vacuum Stability of Vacuum Insulated Glazing[C]，青岛首届国际真空玻璃技术研讨会，会议资料 61-66 .
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侯玉芝唐健正：真空玻璃内部吸气剂的使用 [J]“真空” 2014.51（6）10-14.
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