摘要：本文根據(jù)酒柜對中空玻璃的要求，提出了中空玻璃的性能優(yōu)化途徑和優(yōu)化設(shè)計方案。并通過對玻璃材質(zhì)、間隔組合、密封結(jié)構(gòu)等相關(guān)因素對中空玻璃性能的影響分析。提出了酒柜中空玻璃設(shè)計中達(dá)到最佳性能效果的結(jié)構(gòu)方案。

　　關(guān)鍵詞：中空玻璃， 隔熱性能 ，酒柜性能，設(shè)計方法

　　近年來，隨著冷藏器具的快速發(fā)展，展示柜、冷藏柜、酒柜、自動售貨機(jī)等透明門體的制冷器具需求快速增長，這些制冷器具為了使產(chǎn)品具有可視性，門體都采用了中空玻璃的結(jié)構(gòu)，相比非透明的發(fā)泡箱體，門體的隔熱性能較差，是冷藏六面腔體中的隔熱短板。因此，門體尤其是中空玻璃的設(shè)計對整機(jī)的儲藏溫度、能耗、凝露、壓機(jī)壽命具有重要的影響，提高中空玻璃的性能對整機(jī)性能具有全局的意義。

　　1 中空玻璃的結(jié)構(gòu)

　　中空玻璃是以兩片或多片玻璃，以有效的支撐均勻隔開，周邊黏結(jié)密封，使玻璃層間形成干燥氣體空間的功能部件。玻璃為鍍膜玻璃或鋼化玻璃，玻璃周邊鋁條充入干燥劑并用聚硫膠或其他膠密封，玻璃間充入氬氣或其他惰性氣體起隔熱作用，這種功能部件具有隔熱、隔音、防結(jié)露和降低能耗的作用，被廣泛應(yīng)用于冷藏行業(yè)。

　　2 中空玻璃的隔熱機(jī)理及性能提升途徑

　　能量的傳遞有三種方式：即輻射傳遞、傳導(dǎo)傳遞和對流傳遞。輻射傳遞是能量通過射線以輻射的形式進(jìn)行的傳遞，這種射線包括可見光、紅外線和紫外線等，要降低輻射傳熱，一般是使用陽光控制玻璃尤其是低輻射玻璃，來控制各種射線透過，達(dá)到降低輻射傳熱的目的。

　　傳導(dǎo)傳遞是通過物體分子的運動，帶動能量進(jìn)行運動，從而產(chǎn)生能量的傳遞，而中空玻璃對能量的傳導(dǎo)傳遞是通過玻璃和其內(nèi)部的氣體來完成的。玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)是0.77W/ m2·k，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)是0.028 W/ m2·k，即玻璃的熱傳導(dǎo)率是空氣的27倍，因此充有氣體尤其是惰性氣體的中空玻璃比單片玻璃的隔熱性能明顯提高。

　　對流傳遞是由于在玻璃的兩側(cè)存在溫度差，造成氣體在冷的一面下降而在熱的一面上升，產(chǎn)生氣體的對流，從而造成能量的流失。

　　在整個能量的傳遞過程中，輻射傳遞系數(shù)所占的比例最大，約60%，其數(shù)值取決于兩片玻璃內(nèi)表面的溫度差和間隔層氣體的輻射率;其次是傳導(dǎo)傳遞系數(shù)，約占37%，其數(shù)值取決于玻璃氣體間隔層的厚度;最后是對流傳遞系數(shù)，約占3%，其數(shù)值取決于玻璃氣體間隔層的厚度和溫度。要提高中空玻璃的隔熱性能，就必須降低輻射傳遞和傳導(dǎo)傳遞、對流傳遞系數(shù)的數(shù)值，使幾種傳遞系數(shù)的綜合數(shù)值最小。

　　2.1. 降低輻射傳熱系數(shù)

　　要降低輻射傳熱，只能降低玻璃的透光率，提高玻璃的反射率，采用具有功能控制作用的鍍膜玻璃。鍍膜玻璃可以通過對鍍膜層物質(zhì)的調(diào)節(jié)，很好地控制通過的太陽光，更多地反射紅外光和紫外光，達(dá)到節(jié)能的目的。如低輻射鍍膜玻璃(Low-E玻璃)。

　　2.2.改善間隔層的隔熱性能

　　間隔層厚度的大小，是影響中空玻璃隔熱性能的關(guān)鍵要素。在不考慮對流傳熱的情況下，傳導(dǎo)傳熱系數(shù)K傳=λ/δ，其中氣體的導(dǎo)熱系數(shù)λ是基本恒定的，如果間隔層的厚度δ越大，則傳導(dǎo)傳熱系數(shù)K越小，中空玻璃的隔熱性能越好;反之就越大，中空玻璃的隔熱性能就越差。因此，要提高中空玻璃的隔熱性能，必須適當(dāng)增大間隔層的厚度，但間隔層太厚，又會產(chǎn)生氣體的對流，增加對流傳熱，合理的方法是適當(dāng)增大間隔層厚度的同時增加間隔層的數(shù)量。

　　2.3、中空層間的氣體種類及密封

　　間隔層性能的改善，不僅取決于合理控制間隔層的厚度，還取決于間隔層內(nèi)部的氣體介質(zhì)的性質(zhì)和周邊的密封程度。間隔層內(nèi)充入惰性氣體如氬氣或氪氣，可以提高中空玻璃的隔熱性能;同時，在設(shè)計中空玻璃時，選用合適的邊部密封材料，中空玻璃的性能也會得到提高。

　　雙層中空玻璃不同中空氣體在不同密封結(jié)構(gòu)時的U-值，可以看出充有惰性氣體的中空玻璃U-值比空氣中空玻璃降低45～48%。

　　3 酒柜性能與中空玻璃結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　酒柜門體有發(fā)泡結(jié)構(gòu)、發(fā)泡結(jié)構(gòu)中鑲嵌中空玻璃的半發(fā)泡結(jié)構(gòu)及中空玻璃結(jié)構(gòu)。隨著消費者對外觀要求的提高，前兩者已經(jīng)淘汰，全透明中空玻璃成為主流，這種結(jié)構(gòu)使得儲藏六面體空間中門體成為最薄弱隔熱環(huán)節(jié)，普通的中空玻璃已不能完全滿足酒柜性能要求。門體尤其是中空玻璃設(shè)計要以滿足酒柜儲藏溫度、能耗、凝露、機(jī)械穩(wěn)定性為目標(biāo)，應(yīng)用提高中空玻璃性能的措施進(jìn)行綜合考慮。

　　3.1 玻璃材質(zhì)：

　　玻璃類型有白玻、吸熱玻璃、Low-E玻璃等，吸熱玻璃僅能控制太陽輻射的熱量傳遞，不能改變由于溫度差引起的熱量傳遞。不適合室內(nèi)使用的酒柜產(chǎn)品。Low-E玻璃是對波長范圍4.5～25微米的遠(yuǎn)紅外線有很高反射比的鍍膜玻璃。由于由溫度差引起的熱量傳遞主要集中在遠(yuǎn)紅外波段上， Low-E玻璃可以將溫度高的一側(cè)傳遞過來的80%以上的遠(yuǎn)紅外熱輻射反射回去，所以Low-E玻璃具有很低的傳熱系數(shù)，是酒柜玻璃的首選。

　　不同間隔厚度不同玻璃材質(zhì)不同間隔氣體的中空玻璃K值，可以看出，Low-E玻璃組成的中空玻璃K值明顯優(yōu)越。按酒柜的安全要求，外層玻璃必須鋼化處理，對于兩層以上的內(nèi)層玻璃可以降低此要求。

　　3.2 玻璃厚度：

　　中空玻璃的傳熱系數(shù)，與玻璃的熱阻和玻璃厚度的乘積有著直接的關(guān)系。當(dāng)增加玻璃厚度時，會增大該片玻璃對熱量傳遞的阻擋能力，從而降低整個中空玻璃的傳熱系數(shù)。因此，提高玻璃厚度有利于降低中空玻璃K值(見圖2)，但降低幅度不明顯，與此同時中空玻璃成本及重量明顯增加。考慮到酒柜空載時門體過重開門有傾倒的隱患，綜合以上因素酒柜玻璃厚度以4-6mm為宜。

　　3.3 玻璃間距及數(shù)量的選擇：在玻璃材質(zhì)、密封結(jié)構(gòu)相同的情況下，氣體間隔層越大，熱阻越大。但氣體層的厚度達(dá)到一定程度后，氣體在玻璃之間溫差的作用下就會產(chǎn)生一定的對流，從而抵消了一定的氣體層增厚的作用。可看出玻璃間距增大到11后中空玻璃K值降低趨緩，因此，玻璃間距可在11-16mm的范圍選擇，同時根據(jù)邊框結(jié)構(gòu)、門體外觀、容積大小從中優(yōu)選。對于儲藏溫度、能耗、凝露要求高的酒柜，優(yōu)先考慮三層玻璃。

　　3.4 密封與中空氣體：

　　大多數(shù)間隔密封使用鋁條結(jié)構(gòu)，重量輕，加工簡單，缺點是導(dǎo)熱系數(shù)偏大。也可用Swiggle膠條密封， Swiggle膠條隔熱性能較好。具體根據(jù)成本及加工能力取舍。中空層中充入惰性氣體減少氣體的對流。常見惰性氣體有氬氣、氪氣。氬氣在空氣中的含量豐富，提取比較容易，使用成本低，所以應(yīng)用較為廣泛。

　　3.5 電器參數(shù)：為了防止高溫高濕環(huán)境下的玻璃表面凝露，在中空玻璃外層表面設(shè)計電加熱膜是有效的措施。門框多為中空結(jié)構(gòu)，其周圍也是容易出現(xiàn)凝露的區(qū)域，可以在門框內(nèi)設(shè)計加熱絲。電加熱膜及邊框加熱絲可按12V/14W設(shè)計，總功率不宜過大。為了降低加熱絲對能耗的影響，應(yīng)設(shè)計環(huán)境溫度及濕度傳感器，加熱絲只在凝露氣候環(huán)境下啟動，以避免無用的能耗。

　　4、中空玻璃的設(shè)計、驗證 將以上的設(shè)計方案，應(yīng)用于大容積高端酒柜門體的設(shè)計中，門體邊框為塑料擠出結(jié)構(gòu)，中空玻璃為三層兩腔，內(nèi)側(cè)及中間層為鋼化Low-E玻璃、外層為鋼化玻璃，為了提高防凝露效果，外層玻璃內(nèi)側(cè)C面鍍有加熱膜，門邊框預(yù)埋加熱絲，密封結(jié)構(gòu)為鋁條+聚硫膠。

　　中空玻璃隔熱、降低能耗及防結(jié)露作用或K值的優(yōu)越性反應(yīng)在酒柜上主要是通過能耗 及外凝露性能來評價的。為了驗證中空玻璃的性能，制作了3臺樣機(jī)，按ST氣候類型進(jìn)行能耗及凝露測試，測試結(jié)果如下：從檢測結(jié)果看，能耗達(dá)到歐洲最高能耗等級，門體無凝露現(xiàn)象(即無霧狀、珠狀、流水狀凝露)。進(jìn)一步驗證了設(shè)計方案的優(yōu)越性。

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　　5、結(jié)論

　　對中空玻璃的原片材質(zhì)、間隔結(jié)構(gòu)、密封結(jié)構(gòu)的分析提出的優(yōu)化方案，在酒柜實際設(shè)計中，通過檢測數(shù)據(jù)驗證了方案的可行性，為酒柜中空玻璃門體隔熱性能優(yōu)化，防凝露問題的解決提供了可行的方案。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 劉軍，提高中空玻璃節(jié)能效果的措施，中國玻璃，2005,2

　　[2] 魯大學(xué), 中空玻璃節(jié)能特性的影響因素分析，建筑節(jié)能，2004，5

　　作者：高瑞喜