2025美国真空玻璃研讨会述评（一）-玻璃工业网

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VIG（真空玻璃）国际研讨会，这是继2018年中国青岛首届VIG国际会议[1]，以及2023年4月北美VIG峰会[2]后，又一次美国VIG行业的国际研讨会。会议回顾了上届峰会以来美国在VIG WINDOW模拟软件的升级和验证审批、耐久性研究、相关标准制定等方面的进展，以及美国VIG企业最新发展及示范建筑等方面情况。会议还重点围绕上一届峰会确定的优先领域展开了讨论，并明确指出后续工作重点。会议得出结论：自2023年峰会以来，全球VIG的产量已有所增长，中国在该领域处于领先地位，已有多家企业实现VIG产品的大批量供应，同时美国也有越来越多的制造商涉足该领域。

1 往期会议回顾

会议主持人LBNL建筑技术与城市系统部负责人Charlie Curcija 博士在会议开始时说：“2018年中国青岛举办了首届VIG会议，那是一场为期一天的高质量会议，会后我们还参观了当地一家工厂——我记得是青岛的一家VIG生产厂。正是那次会议开启了VIG领域的技术讨论与信息交流，我们非常感谢，至今仍有不少中国同行在线上或现场参加我们的会议。”

青岛会议由唐健正发起并联系国外嘉宾到会作报告，会议由中国建筑玻璃与工业玻璃协会主办，洛阳兰迪玻璃机器股份有限公司（洛阳兰迪）、青岛新亨达真空玻璃有限公司、北京新立基真空玻璃技术有限公司（北京新立基）等单位赞助并协助会务工作。Charlie Curcija博士和他的前任Stephen Selkowitz教授及此次在美国会议上作报告的悉尼大学Cenk Kocer博士都曾参会并作报告，美国V-glass公司创始人CTO Peter Petit也曾参会。该公司Chris Kubicek在本次美国会议上发言透露，V-glass已研发成功室温下“Oven-Free”（不用加热炉）用金属薄膜封边和等离子技术排气制成的低成本VIG，并将于2026年建成生产线。图1和图2为2018年青岛会议参会嘉宾合影。

图1 左起：Stephen Selkowitz、Peter Petit、Charlie Curcija、Cenk Kocer、Jack Tang（唐健正）、Yueping Fang（方跃平）、Wenwen Lei（雷雯雯）

图2 2018年青岛会议参会嘉宾合影

2023年北美VIG峰会确认VIG会成为下一代节能玻璃的更新产品，是北美既有建筑门窗改造市场的重点推广产品。估计需要6~10个工厂才能满足市场需求。会议对激励政策、VIG性能检测、软件工具研发、市场推广及示范建筑等方面做了研讨，确定了今后工作的优先领域。LuxWall和V-glass等企业在会上介绍了VIG研究的新成果及建设生产线的计划。

2 本次会议讨论部分内容

此次美国研讨会涉及的内容广泛，有许多值得VIG行业学习和借鉴的亮点。本文仅就VIG耐久性及温差作用下应力应变检测作些述评，我们认为这是影响VIG发展的关键问题，因为VIG的成本已经高于三玻两腔中空玻璃，尽管VIG具有综合性能优势，但如果耐久性没有优势，如何能与之竞争？

美国国家可再生能源实验室（NREL）和合作单位已经对VIG的耐久性测量方法和设备作了多年研究，曾发表过研究报告[3]。此次会上Alliston Watts介绍了对VIG做的温差作用下应力应变测量及耐久性测试的情况。

2.1 温差作用下VIG应力应变测量

VIG应力应变测量装配示意图如图3所示，由三个厂家提供36个样品，每个厂家提供三种尺寸的样品12片，包括14×20英寸（≈355mm×508mm）、20×20英寸（≈508mm×508mm）和20×40英寸（≈508mm×1016mm）。为了测量最大弯曲变形量，把VIG四周“自由”固定在由绝热材料制成的温箱框架上，用热流计Fox C4测量每片样品的保温性能，用热电偶及应力应变片测量VIG内外表面温差及应力应变。

图3 VIG应力应变测量装配示意图

稳态测试条件为在一个大气压下，温箱外温度保持在20℃，温箱内温度循环为﹣39℃→0℃→30℃→60℃，每个温度点保持4小时。测试结果显示：小尺寸样品应力应变虽然比较大，但多次测量一致性较好，而大尺寸样品应力应变明显增大，但一致性较差。由于是自由支撑而没有窗框的约束力，故没有发生破碎。报告人说今后将改装设备以加大样品尺寸并作“固支”测试。

2.2 VIG耐久性测试

NREL又将大尺寸样品放入温差循环测试箱中进行耐久性测试。设定的循环条件是﹣40℃到﹢70℃，每个循环持续6小时，测试大约进行了一个月左右。测试结果显示，所有样品都没有出现“灾难性”破损，但部分样品性能出现了2%到28%的下降。不过，这些性能损失最终会逐渐恢复，在室温下避光保存两周后，刚取出时性能比初始值低20%，两周后可能会恢复到只低15%，甚至10%。

3 评论与建议

3.1 关于温差作用下VIG应力应变检测

我们认为，美国NREL做的此项检测可以有效检测热性能的变化及自由状态下各种VIG的最大应力应变值，如果今后加大不同种类（比如玻璃焊料封边、金属焊料封边、金属薄膜封边等）VIG样品的尺寸，并加大温差，就可以测出不同种类VIG的破损边界值，从而可以根据各种窗框的允许变形量，规定不同种类VIG相应的限用尺寸。这是一件比较复杂耗时的工作，但值得由权威单位和企业合作进行，更多企业送样品去检测，才能得到更多的数据。

新立基节能玻璃（天津）有限公司（天津新立基）及洛阳兰迪，在本企业实验室做过一些在温差作用下VIG应力应变及破损条件测量及分析[4,5]。

天津新立基2024年检测样品为厚度约8mm、10mm、12mm的钢化Low-E VIG，玻璃钎焊料封边，尺寸为1200mm×998mm，使用自制水平放置热箱，样品固定支撑。VIG两侧温差从0℃~130℃可调。测试结果表明：钢化VIG在温差100℃以下不会破碎；在温差过大破碎时，未发现边部封接层开裂。

洛阳兰迪2023年检测样品为厚度约12mm，钢化Low-E VIG，金属焊料封边，尺寸为长边最大2214mm，短边最大865mm等三种，样品黏贴于加热垫上水平放置，属于样品自由支撑，上表面为室温，下表面由加热垫加热，由此进行温差变形失效试验。结果显示钢化VIG因封边层开裂而失效的温度约为150℃。为保证服役过程中钢化真空玻璃的安全性，取极限应力的60%，即金属封边钢化VIG安全使用的温差应不高于90℃。

3.2 关于VIG耐久性检测

产品的耐久性（寿命）检测，对VIG企业来说，通过产品送检，可以对产品质量有基本的认知，促使企业提高产品质量，敢于为产品提供20年以上质保期，提高企业知名度，有利于本企业长远发展；对VIG行业来说，优胜劣汰，避免良莠不齐产品进入市场，有利于产业发展；对VIG市场来说，用户可以放心选购VIG产品，有利于大规模推广应用。

3.2.1 检测方法

VIG的耐久性（Durability）也可称为VIG寿命（Life Time），加速老化循环检测是一种可行的方法，但是其检测结果并不能直接得出寿命的数值，必须通过物理和数学的方法找出测量结果和寿命的关联性，还要制定VIG失效的标准，才能用建模和软件计算工具算出寿命数值。这一系列复杂的工作已列入2023年美国VIG峰会的优先领域的研究课题中，今后将继续推进。

美国NREL等部门进行的上述VIG加速老化检测流程，比ASTM E2188、2189、2190中空玻璃的检测程序更严苛，是对VIG耐久性的有效测试手段，下一步应加大温差、在模拟太阳光辐照、四季温差和湿度变化的条件下进行。也可参考LuxWall在网站上介绍的加速老化测试流程，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℃相对湿度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。目前LuxWall产品的最大尺寸为60×90英寸（≈1520mm×2290mm），产品售后可以得到保险公司20年的保单。像LuxWall这样的初创企业，不可能有10年以上的示范建筑来证明产品的可靠性，用这种加速老化检测的结果让客户对产品有信心，是唯一可行的途径。

中国建筑科学研究院建筑物理研究所和北京新立基合作，曾做过一些大尺寸VIG温差循环耐久性测量，可见参考文献[6]。检测结果概括如下：

北京新立基2009年送检样品为厚度约10mm的半钢化Low-E VIG，玻璃钎焊料封边，尺寸为1715mm×1415mm，测试方法参照ASTM E2264-05《确定温度循环对门窗产品的影响》，使用建筑门窗温差循环检测设备。测试条件：样品固定支撑，试样一侧温度保持20℃，另一侧模拟四季温度变化，即春季20℃，冬季-20℃，夏季40℃，夏季太阳辐射70℃。四季温度变化一次为1个循环，每个循环为12小时，共14个循环。测试结果两片样品都完好，无结构性破坏；最大相对面法线挠度分别为长边边长的1/308和1/303。

3.2.2 检测必须兼顾真空寿命和力学寿命两个方面

唐健正在青岛会议发表的文章《真空玻璃生产的质量控制》[7,8]中提出，真空玻璃的寿命包括真空寿命和力学寿命两个方面，两方面相辅相成。如果真空度已不达标，即使玻璃没有破碎，也完全失去VIG的价值了，反之亦然，VIG破碎了，真空寿命也就终结了。有的产品真空寿命长力学寿命也长，这就是优质VIG，二者缺一不可。不同企业的产品可能存在很大差异，这正是耐久性（寿命）检测需要关注的。

（1）影响真空寿命的因素

真空寿命由排气温度、工艺和有效吸气剂含量决定。日本板硝子（NSG）1997年根据悉尼大学技术（特点是150℃低温排气、未放入吸气剂），制造的第一批产品在销售安装后短期内就出现传热系数（U值）上升而结雾的状况，影响了公司的声誉。这一教训使悉尼大学和NSG通过研究分析出原因[9]，改进工艺并加入吸气剂后的产品就不再出现此类问题。北京新立基早期的VIG产品，虽然限于当时的技术条件也未放入吸气剂，但由于坚持350℃以上高温排气，以及防应力超标的工艺，产品仍然具有20年以上的寿命，如服役已20年的北京天恒大厦，经检测其VIG的U值仍然达标，就是很好的证明。后来放入“包封吸气剂”的VIG样品，经意大利赛斯（Saes）公司检测了真空腔体中各种气体的分压强，见表1，并计算出吸气剂的有效吸气量，从而计算出真空寿命可达50年以上[10-12]。

表1 真空玻璃老化前后内部真空度对比

北京新立基曾经将其VIG样品在室外露天放置约8年，并不断测量其热导变化，测得的结果见图4。可惜因实验室搬迁此测量未能继续。

图4 真空玻璃热导随时间的变化曲线

由图4可见，样品在北京露天长期暴晒和冷热温差作用下，其热导变化波动不超过5%，其中还叠加了仪器测量误差的波动。由此可见，在美国NREL报告中提到，VIG样品在一个月的温差老化后，热导值增大超过10%甚至20%以上。根据中国的经验，这样的VIG产品不具备可靠的真空寿命，靠吸气剂也不可能恢复到可应用的水平。

（2）影响力学寿命的因素

影响VIG力学寿命的因素更为复杂，因为选用的封边和支撑物材料不同、封边温度不同、支撑物尺寸形状和间距不同、制造工艺和设备不同因等素，都会影响VIG边缘应力及支撑物接触应力的大小和分布，因此不同厂家的产品力学寿命可能会有很大差别。中国的应用经验表明，有些企业的产品可以长期服役，只有少量破损，而有些企业的产品服役后短期内就出现破损，而且之后不断出现破损，给用户造成很大经济损失和麻烦，也给企业本身和VIG行业带来负面影响，特别是出口产品影响更为恶劣，这是必须重视的经验教训。

4. VIG耐久性研究及其它各项工作都需要政府大力支持

VIG的寿命（耐久性）检测标准制定极为重要，此项任务既涉及理论问题又涉及实验和专用设备问题，需要高水平的人才和一定资金投入，应该像美国一样由国家权威机构和VIG企业及院校合作完成。其他各项工作如在建筑、交通、家电等领域推广使用VIG，更是仅靠企业本身无法完成的，必须由国家出台政策并给予资金、政策等支持。美国VIG方面的工作得到美国能源部及各级联邦政府的大力支持，比如，LBNL和NREL等国家实验室都是在美国能源部的资助下开展各项工作，LuxWall和V-glass等企业也都得到能源部和联邦地方政府的资金支持，各级联邦政府带头出资对自用的既有建筑进行门窗节能改造，所以自2023年美国VIG峰会以来，峰会制定的各优先领域都在推进。近年来具有VIG制造企业的国家越来越多，取得各国政府的支持对VIG的推广非常重要。

5. 加强VIG新技术及相关优先领域研究的国际合作

VIG已经发展为全球性产业，只有加强国际交流才可促进技术升级，制造出物美价廉的产品。三届研讨会提出的各种研究课题，无论是WINDOW模拟软件升级，还是耐久性等检测及各种标准制定，都需要更多的企业提供样品和数据支持，才能使研究做得更全面更实用。交流合作还可以使人力和设备等资源共享，降低成本并加快进度。期望各国政府和科研机构、大专院校及企业对此持开放和促进的态度，使VIG对全球绿色环保减碳做出更大贡献。

参考文献：

[1] 中国玻璃报道“新闻速递”：国内外关心真空玻璃的人，今天都来青岛了 2018.7.26.

[2] 唐健正,侯玉芝.美国真空玻璃峰会述评.玻璃工业网，http://www.chinaglassnet.com/info_main/202382/45686.html.

[3] Alliston Watts, Bipin Shah, and Robert C. Tenent：Guidelines and Specifications for Enhanced Durability Evaluation of Insulating Glass and Vacuum Insulating Glass Units,https://www.nrel.gov/docs/fy22osti/83550.pdf

[4] 新立基节能玻璃（天津）有限公司：真空玻璃温差测试总结,2024.6.18.

[5] 张红霞，温差作用下大尺寸钢化真空玻璃性能研究[J].玻璃,2023,50(05)：8-13+19.

[6] 北京新立基真空玻璃技术有限公司：真空玻璃温差循环耐久性检测报告,中国建筑科学研究院建筑物理研究所,2009.9.14.

[7] 唐健正.真空玻璃生产的质量控制[C].中国青岛首届国际真空玻璃技术研讨会会议资料,2018:4.

[8] 唐健正,李耀辉等.如何检测和评价真空玻璃质量[J].建筑玻璃与工业玻璃,2020,(08):10-14.

[9] NG N,COLLINS R E,SO L. Thermal and optical evolution of gas in vacuum glazing[J].Materials Science and Engineering，2005,119（3）：258-264.

[10] 唐健正等.真空玻璃[M].武汉理工大学出版社, 2018：75-81.

[11] 侯玉芝,唐健正.非蒸散型吸气剂在真空玻璃中的应用[J].建筑玻璃与工业玻璃，2016（11）：25-27.

[12] 侯玉芝.真空玻璃内部残余气体热导计算[J].真空,2016,53（6）:15-18.