2025年美国真空玻璃研讨会述评（四） ——真空玻璃模拟软件WINDOW及真空玻璃标准研究
许威1，唐健正，唐晓蓓，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，重点介绍美国真空玻璃模拟软件WINDOW及真空玻璃标准研究情况，并做出评论和建议。
关键词：真空玻璃，模拟软件，WINDOW，标准
0 序言
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，重点介绍美国真空玻璃模拟软件WINDOW及真空玻璃标准研究情况，并做出评论和建议。
1 真空玻璃模拟软件
1.1 美国真空玻璃模拟软件WINDOW研究进展
1.1.1 WINDOW更新了真空玻璃模块
WINDOW软件是美国洛伦兹伯克利国家实验室（LBNL）开发的建筑门窗玻璃幕墙光学热工性能模拟软件。近期LBNL对WINDOW 8.1做了重大升级。这里简要介绍真空玻璃模块的更新，添加了真空玻璃支撑物库（见图1），可对更多几何形状的支撑物进行建模，如矩形、三角形、多边形、球体等，还新增了一些不太常见的支撑物形状，比如直线轴承形、圆台形、圆环形、C形等。模拟结果均通过3D建模验证，吻合度高。
图1 WINDOW 8.1新增真空玻璃支撑物库
WINDOW 8.1真空腔基于支撑物模型界面，见图2，可以录入支撑物信息和残余气体信息。支撑物信息包括：支撑物形状，支撑物材料导热系数、支撑物高度、与玻璃接触点半径、支撑物阵列类型、支撑物间距。残余气体信息主要为残余气体压强。也可以将真空腔参数保存到软件库中，后续设计真空玻璃时直接调用即可。
图2 WINDOW 8.1真空腔基于支撑物模型界面
1.1.2 开发热流计测试方法（C*法）
C*法是LBNL为响应美国国家门窗评级委员会（NFRC）的需求而开发的一种利用热流计测试数据计算真空玻璃热导的方法。如果某真空玻璃未知真空腔内残余气体压强和支撑物尺寸、材质等信息，就可以将热流计测量的真空玻璃热流密度和冷热板温度输入软件中，计算C*值（C*=残余气体热导+支撑物热导），再从玻璃数据库中选择真空玻璃的两个基片，就可以计算真空玻璃热导，见图3。
图3 WINDOW 8.1真空腔基于热流计测试界面
C*法模型是采用主动排气（Active pumping）法验证测试的，当真空度达到0.001Pa~0.01 Pa时，VIG性能差异不大。但如果真空度高于0.1Pa，建模与测试结果就可能出现较大偏差，这种情况下用实测值更准确，LBNL希望用户把遇到的具体问题发给LBNL，以此不断验证和完善模型。
1.1.3 WINDOW模拟软件更新和IGDB国际玻璃数据库更新
2025年9月23日，LBNL推出WINDOW 8.1 BETA和THERM 8.1 BETA测试版，WINDOW和THERM都有重大更新，WINDOW 8.1 BETA下载网址为: https://windows.lbl.gov/window-software-downloads，THERM 8.1 BETA下载网址为: https://windows.lbl.gov/therm-software-downloads。C*法已经整合到Window 8.1中了，需通过验证和测试，预计至少6-12个月完成审批流程，待软件更新后就可正式授权使用。
LBNL将发布一个新的在云端的 IGSDB 国际玻璃数据库，它是一个基于Web的数据库，其中包含IGDB数据。在“文件”/“首选项”/“光学数据”选项卡中，有一个新选项可以更新“IGDB”国际玻璃库的数据（见图4）。目前LBNL正在与美国采暖、制冷与空调工程师学会（ASHRAE）合作，希望对IGSDB中已实现的内容进行结构化处理和认证，使其成为一个标准，以便其他人也能参考使用。
鉴于IGDB可能缺少某些玻璃制造商某些厚度或某些镀膜玻璃的数据。近期正在研究是否可以用IGDB数据库里现有参数来模拟特殊厚度的真空玻璃组合，比如用5+3的组合来模拟4+4的效果。经研究认为该种替代方法不可行。
中国国检测试控股集团有限责任公司（CTC）石英及光学玻璃检测室是IGDB在中国的指定实验室，定期向国际玻璃数据库（IGDB）提交中国玻璃光谱数据。这样WINDOW在计算玻璃性能时就可以选择IGDB数据库里的中国玻璃了。
图4 基于web的IGSDB 数据库
1.2 真空玻璃国内模拟软件
我国模拟计算门窗性能的软件为广东省建筑科学研究院开发的粤建科MQMC软件，它是唯一符合我国《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》（JGJ/T 151-2008）的专业软件，也是住建部门指定的门窗节能性能标识“官方计算工具”，直接服务于门窗企业的标识。
MQMC可以模拟计算真空玻璃光热性能。在真空玻璃界面设置真空腔参数（包括支撑物厚度、间距、半径、导热系数和残余气体压强），计算真空玻璃在JGJ 151中国边界条件下的光热性能，见图5。该软件支撑物形状仅有圆柱形。
图5 MQMC软件真空玻璃模块
经验证，WINDOW与MQMC模拟计算真空玻璃及其门窗的光热性能结果十分接近。
2 真空玻璃标准研究进展
2.1 美国ASTM真空玻璃标准研究进展
2.1.1 真空玻璃抗负荷能力测试标准
ASTM（美国材料与试验协会）83445工作组正在制定真空玻璃（VIG）的抗负荷能力和挠度的标准。目前标准草案已经完成了大概80%，现正在征集样品，等有了测试结果再绘制曲线制作图表，展示不同尺寸真空玻璃在一定范围内的挠度和抗负荷情况。美国玻璃协会（NGA）和门窗及玻璃行业联盟（FGIA）合作，资助三到四家真空玻璃制造商的产品进行测试，包括不同构造的真空玻璃，全钢化或退火真空玻璃等。FGIA选择由密歇根理工大学史蒂文·莫尔斯教授牵头负责这项工作。该教授在为ASTM E1300《建筑玻璃抗负荷测试标准》多种玻璃类型（比如单片玻璃、夹层玻璃、中空玻璃等等）绘制曲线方面经验丰富。目前该标准正在征集样品阶段，距离标准发布可能还需要一年时间。
2.1.2 ASTM真空玻璃耐久性测试标准
ASTM E062210，对应的83379工作组正在写一个关于真空玻璃（VIG）耐久性测试方法的ASTM标准，该标准内容参考了ISO 19916-1和ASTM的IGCC（美国中空玻璃认证协会）标准，具体来说参考了ASTM E2188《中空玻璃性能试验方法》和ASTM E2190《中空玻璃性能和评定标准》的测试条件，测试方案更苛刻。样品尺寸扩大到710mm×510mm，一侧为70℃到-40℃的温度区间，另一侧为23℃下进行测试，并考察试验后可见光透射比是否下降。现在正在对该标准进行投票表决，准备发布。
2.1.3 真空玻璃NFRC认证介绍
NFRC（National Fenestration Rating Council，美国门窗评级委员会）是美国非营利性权威机构，致力于制定并管理门窗、天窗及相关围护结构产品的统一、独立能源性能评级标准。该认证在北美市场（美国、加拿大为主）具有强制性参考意义，也是消费者、建筑商、绿色建筑项目（如 LEED 认证）选择门窗产品的核心参考，对门窗企业的市场准入与竞争力提升至关重要。
（1）市场准入
强制要求：美国纽约、加利福尼亚等实施严格建筑节能法规的州，明确要求门窗产品必须通过 NFRC 认证方可用于新建住宅、商用建筑项目；部分地区甚至将 NFRC 认证延伸至住宅类幕墙外立面。
绿色建筑刚需：LEED 认证项目中，顾问团队会强制要求建筑外立面门窗需按 NFRC 标准完成模拟计算与认证，无认证产品无法参与项目投标。
消费者信任背书：NFRC 标签能让消费者直观对比不同产品的能效差异，是北美市场 “能效可信度” 的核心标识。
（2） 真空玻璃门窗NFRC认证检测项目
目前真空玻璃整窗可以做NFRC认证。测试项目包括：
· 基础测试项目：传热系数U值、太阳能得热系数SHGC值，可见光透射比VT值。
· 密封性能测试项目：整窗空气渗透量测试。
2.2 ISO国际标准制定进展
真空玻璃现有ISO国际标准三项，其内容及进展如下：
· ISO 19916-1:2018《建筑玻璃－真空玻璃 第1部分：产品的基本规范和隔热隔音性能的评定方法》，该标准规定了真空玻璃尺寸、厚度、光学性能、传热系数、耐久性和隔声性能试验方法。该标准正在修订中，修订后增加了“真空复合夹层玻璃”和“真空玻璃贴膜”结构的内容。现正在讨论是否增加“真空复合中空玻璃”结构。
· ISO 19916-3：2021《建筑玻璃－真空玻璃 第3部分：温差下性能评定的试验方法》，该标准规定了真空玻璃温差试验及性能评定方法。
· ISO/DIS 19916-4《建筑玻璃－真空玻璃 第四部分：摆锤冲击测试和分级》该标准规定了真空玻璃或真空复合夹层玻璃或真空贴膜玻璃摆锤冲击测试方法及分级，该标准正在制定中，刚结束DIS稿投票。
2.3 国内真空玻璃相关标准制定情况
国内已制定或正在制定的真空玻璃相关标准21项，其中产品或试验方法标准7项，见表1。应用标准4项，见表2。绿色建材标准2项，见表3。将真空玻璃列入建筑节能设计标准8项，见表4。
表1 真空玻璃产品或试验方法标准
表2 真空玻璃相关应用标准
表3 真空玻璃绿色建材标准
表4 将真空玻璃列入的建筑节能设计标准
3 评论及建议
3.1 关于真空玻璃模拟软件
真空玻璃模拟软件可模拟计算玻璃或门窗的光热性能，帮助生产商、用户和设计师优化玻璃配置，降低成本，简化流程，提高设计和沟通效率，是门窗玻璃行业不可或缺的工具。
随着真空玻璃产品的发展，美国WINDOW软件在不断更新，现在发布的最新版为WINDOW 8.1 Beta测试版，WINDOW软件模拟计算走在世界的前列，应用范围极广。国内相关机构及企业应加强与国际的合作，提供意见和数据支持WINDOW软件研发，并参考该软件实现国内MQMC软件更新，以满足国内产品的个性化模拟需求。
3.2 关于真空玻璃标准研究
3.2.1 我国真空玻璃标准下一步研究方向
1998年，中国建成了第一个真空玻璃厂，至今已有27年，目前国内已有多家真空玻璃厂可以生产大板面钢化真空玻璃。中国真空玻璃标准制定最早，数量最多，但仍存在一些问题。国外标准后来者居上，有很多值得我们学习借鉴的地方。以下是我国真空玻璃标准下一步研究方向。
（1）真空玻璃抗负荷能力测试方法
美国ASTM真空玻璃抗负荷能力测试方法是建立在ISO 19916-3：2021《建筑玻璃－真空玻璃 第3部分：温差下性能评定的试验方法》的基础上，在真空玻璃自由支撑情况下做温差测试，测试不同尺寸真空玻璃不同部位受力（应力和挠度）情况。
此研究意义重大。通过试验，可以了解不同尺寸真空玻璃在不同温差下受力破损极限，从而得出不同气候区允许使用的真空玻璃最大尺寸。
中国已计划转化ISO19916-3，届时标准内容除包括温差下评定传热系数外，还可增加力学测试部分。
（2） 真空玻璃耐久性测试方法
VIG的耐久性也称为VIG的寿命，包括真空寿命和力学寿命两个方面，是真空玻璃研究的重点。
本文2.1.2中提到的美国正在制定的ASTM真空玻璃耐久性试验标准。试验方法为：将真空玻璃四周固定，一侧为70℃到-40℃，另一侧为23℃进行测试。每个循环持续6小时，测试大约一个月左右。
美国LuxWall在网站上介绍的加速老化测试程序，先把VIG样品在65℃去离子水中浸泡10天，然后进入-70℃至+130℃升降温箱体中做4小时加速升降温多次循环，再进入85℃湿度85%箱体中保温一段时间，随后进入箱内-70℃箱外20℃及箱内110℃箱外20℃多次非对称热冲击，经过这样的测试，认为VIG产品可保证20年以上使用寿命。
我国GB/T 38586-2020《真空玻璃》规定了真空玻璃耐久性试验，具体为：将不小于300mm×300mm的3块真空玻璃试样放入试验箱，分别进行7天的耐紫外线辐照试验，28天高低温循环试验，28天高温高湿试验。该方法将样品放入一个腔室内主要检测构成真空玻璃材料（如玻璃基片、封边玻璃粉、封边金属和保护帽等）的耐久性。
建议模拟真空玻璃实际使用情况，制定固定支撑下的大尺寸真空玻璃两侧有温差循环的耐久性试验方法。
（3）真空玻璃弯曲强度测试
真空玻璃进行力学性能设计时，需要计算真空玻璃的刚度，由于真空玻璃不是均一材质，所以其等效厚度的计算是难点。现在GB/T XXXX《复合玻璃等效厚度测试方法》正在制定中，希望不同种类的真空玻璃可以依据该标准得出自己的等效厚度计算方法。
3.2.2 加强检测方法和装置的研发
科技发展日新月异，VIG各种性能的检测方法和装置也应该与时俱进，例如上文1.1.2中提到的C*法模型可以计算出VIG真空度与热导的关系，计算结果需要用主动排气法（也称动态或实时排气法）来验证，此方法的装置可参阅[1]。会上说建模结果与测量结果有较大偏差，如果建模没有问题的话，我们认为问题可能出在测试设备上，比如真空计传感器测量范围不够宽，或者并未将真空计传感器置入到VIG狭窄真空腔内。
维爱吉（厦门）科技有限责任公司研究将微型真空传感器芯片放入真空层用于VIG真空度测量实验。目前真空传感器正在向高精度、微型化、智能化方向发展[2]且国内外多家企业可生产。真空测量技术可参阅这种新技术应该引入测量装置中。另外各国都在研发VIG的各种性能测试装置，比如北京奥博泰科技有限公司研发的门窗玻璃多性能测量仪，可以检测真空玻璃或复合真空玻璃的结构和每片玻璃的辐射率，通过输入真空度再计算出传热系数。用以上仪器，对于服役中的真空玻璃，既能测出真空度，又能测出玻璃的结构和辐射率，就可以监测玻璃传热系数，随时了解玻璃的使用情况。
3.2.3 加强国际合作
中国的标准和规程数量最多，但有些因技术原因无应用价值，有些不具科学性，建议有关主管单位组织专家审核，决定是否保留。
我国应加强与ISO国际标准化组织的合作与交流，争取更多的话语权，把中国VIG行业的经验和标准融入ISO标准中，为全球VIG的发展做贡献。
参考文献：
[1] 唐健正等编著.真空玻璃[M]武汉：武汉理工大学出版社，2018：193-194. 唐健正，李洋.真空玻璃内部气压（真空度）的测量方法[C].2007年新立基论文集,77-82. 唐健正，李洋.真空玻璃内部气压（真空度）的测量方法[C].2007年中国玻璃行业年会论文集，176.
[2] 李得天，张虎忠，葛金国等.真空全压力测量新技术[J].真空与低温，2022，8(4).