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一、前言
外窗是建筑圍護結構（詞條“圍護結構”由行業大百科提供）節能的最薄弱環節，通過外窗散失的熱量占到建筑外圍護結構熱量損失的一半左右，因此外窗是建筑節能的關鍵。“十二五”期間，北京市發布了《居住建筑節能設計標準》(DB 11/891-2012)，對建筑提出了節能75%的要求，建筑外窗的傳熱系數（詞條“傳熱系數”由行業大百科提供）限值由“十一五”期間的2.8W/(m2·K)降低至1.5-2.0W/(m2·K)，對節能外窗的研發提出了要求。為此，北京市建設工程物資協會組織了科研研所、大專院校、企業等聯合研發K值為1.5-2.0W/(m2·K)的高節能建筑外窗產品。
玻璃占據外窗面積70%以上，成為外窗節能的重點。真空玻璃采用真空技術，可有效降低兩片玻璃之間的輻射換熱，因而具備更高的節能效果，成為繼普通中空玻璃、Low-E低輻射（詞條“輻射”由行業大百科提供）中空玻璃之后進一步降低外窗傳熱系數時的必然選擇。
本文在對中歐建筑外窗節能標準研究的基礎上，結合真空玻璃的特點，通過軟件模擬得到了不同種類型材真空玻璃窗的傳熱系數值，并研究了真空玻璃窗的節能效果，對真空玻璃的合理選用具有重要意義。
二、中歐建筑外窗節能標準對比研究
早在20世紀70年代石油危機之后，北歐國家就制定了嚴格的建筑節能法規。當時瑞典規定外窗的傳熱系數限值為2.0 W/(m2·K)，芬蘭為2.1 W/(m2·K);德國早在1994年就要求外窗傳熱系數達到1.8 W/(m2·K)，到2009年時要求外窗的傳熱系數為1.3W/(m2·K)，2013年達到1.0 W/(m2·K)以下，德國各階段建筑節能法規的外窗傳熱系數限值見表1。
從總的建筑節能指標來說，我國的建筑節能工作經歷了節能30%、50%和65%三個階段，對比的基準為1986年建造的房屋。以北京地區為例，基準建筑的外窗K值限值為6.4W/(m2·K)，即20世紀80年代的水平，單層玻璃外窗即可實現;建筑節能50%時，外窗K值要求為3.2W/(m2·K)，中空玻璃成為必備配置，目前已成為北京地區的標準配置;建筑節能65%時，外窗K值限值為2.8W/(m2·K)，部分產品需要配備Low-E玻璃才能達到要求。根據我國建筑門窗節能性能標識產品保溫性能統計結果可以看到，目前我國絕大多數采用Low-E中空玻璃的鋁合金窗產品K值為2.0~2.8W/(m2·K)，塑料窗K值為1.8~2.6W/(m2·K)。北京地區建筑外窗保溫性能K值限值2013年提高2.0W/(m2·K)，相當于德國20世紀90年代的水平，但是目前市場上的主流產品的節能技術已難以滿足此要求。
建筑外窗的熱量損失主要通過玻璃、型材及玻璃邊緣傳遞，占據整窗面積70%的玻璃成為外窗節能的關鍵。可以看出，隨著節能標準的提高，外窗的玻璃配置發生了根本的變化，由單層玻璃到中空玻璃，再到Low-E中空玻璃;目前，Low-E中空玻璃已很難滿足新節能標準的要求，必然要求更新、更高節能的玻璃系統，真空玻璃正是符合這一趨勢的高節能外窗產品。
三、真空玻璃性能研究
真空玻璃由兩塊平板玻璃構成，玻璃板之間用高度為0.1~0.2mm的支撐物隔開，其中一片玻璃上留有抽氣孔，四周使用玻璃焊料將兩片玻璃封接起來，真空排氣后用金屬片將抽氣口封住形成真空腔，如圖1所示。
為了進一步降低兩片玻璃之間的輻射換熱，真空玻璃通常選用一片低輻射膜玻璃。真空玻璃也可以通過中空或夾膠的方式與另外一片玻璃組合，稱為“復合真空玻璃”。Low-E真空玻璃與其它玻璃相比具有更高的隔熱保溫、隔聲（詞條“隔聲”由行業大百科提供）、防結露性能，如下：
1、隔熱保溫性能：真空玻璃與中空玻璃產品傳熱系數計算值如表2所示。
從表中可以看出，真空玻璃隨著Low-E玻璃輻射率的降低，傳熱系數逐漸降低，最低可達到0.47W/(m2·K)，遠低于中空玻璃。同時，真空玻璃還具有水平安裝時傳熱系數不變的優勢，而中空玻璃水平安裝后K值增加約30%。
2、防結露性能：真空玻璃四周密封，內部為真空狀態，不存在結露的可能性。室外溫度較低時，真空玻璃室內側表面溫度高于其他各種玻璃。正常情況下，真空玻璃室內側表面溫度高于結露點，所以在室外溫度降到很低時，依然可以保持玻璃表面潔凈通透。以室內溫度為20℃，濕度為70%為例，各種玻璃室內表面結露時臨界室外溫度見表3，真空玻璃可以極大地降低玻璃的結露可能性。
3、隔聲性能：由于聲波需要空氣等介質傳遞，而真空玻璃的真空層幾乎沒有空氣，因而隔聲效果良好。測試結果表明，半鋼化/鋼化真空玻璃的計權隔聲量最高可達37dB，而等效厚度的單片玻璃和普通中空玻璃的計權隔聲量約為31dB。真空玻璃具有優良的低頻隔聲性能，適用于臨街、鐵路和機場附近。真空玻璃與中空玻璃或夾膠玻璃復合之后隔聲性能可達42dB，具備更優良的隔聲性能。
4、減少“冷輻射”：所謂“冷輻射”，是指寒冷的墻壁或窗對身體造成的輻射。這種輻射會使人感覺不舒服，且會造成人體傷害。而“冷輻射”與玻璃的保溫性能密切相關，玻璃的保溫性能越差，內表面溫度越低，對人體的冷輻射越嚴重。以室內溫度為20℃，室外溫度為-10℃為例，計算比較各種玻璃表面溫度，見表4。可見，在相同環境下，真空玻璃室內側玻璃表面溫度遠高于其他玻璃表面溫度。
5、使用壽命長：真空玻璃周邊及封口材料、內部支撐物均為無機材料，抗老化性能優良;同時，真空玻璃內部放置了吸氣材料，理論計算表明，吸氣材料可以保證真空玻璃內部真空度50年以上。此外，真空層可使Low-E膜得到很好的保護，不會發生膜層氧化（詞條“氧化”由行業大百科提供）、脫膜等失效現象。
6、適用地區廣：真空玻璃內部為真空狀態，可應用于平原及高海拔地區，而不存在中空玻璃運到高原低氣壓地區的脹裂問題;此外，真空玻璃具有輕薄的特點，也可以與中空或夾膠進行復合，可滿足不同情況下的需求。
四、真空玻璃在節能外窗中的應用研究
真空玻璃具備優異的隔熱保溫性能，可與不同的型材組合達到不同節能效果的外窗產品。按照JGJ/T 151-2008《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規程》中整窗傳熱系數的計算方法，對配合不同型材的真空玻璃窗進行K值計算，結果見表5。
從表中可以看出，針對不同的標準要求，可以選擇真空玻璃與不同的型材組合，例如DB11-891-2012《北京居住建筑節能設計標準》中提出的1.5-2.0W/(m2·K)的要求，采用斷橋鋁合金框與真空玻璃組合即可滿足要求;對于國外的零能耗建筑要求整窗K值低于1.0W/(m2·K)的，可以采用玻璃鋼或木窗與真空玻璃組合。由于窗框型材種類繁多，可根據具體的型材采用window7和therm7進行詳細計算選用。
真空玻璃應用于實際工程的節能效果也是非常優異的，以北京某辦公樓為例，按照表6所列數據取值，使用冬夏季累計評價法進行節能計算。計算結果表明，使用真空玻璃相對于Low-E中空玻璃的冬夏季綜合節能率可達到88.6%，夏季節約空調能耗33072kwh，冬季節約采暖能耗492644kwh，即全年節約能耗525716kwh。與此相對應的污染物減排量見表7。
五、結論
通過以上研究，可得結論如下：1、我國的外窗的節能技術水平與歐洲國家相比還有較大差距，占據整窗面積70%的玻璃成為外窗節能的關鍵。隨著我國建筑節能標準的提高，我國建筑外窗的節能技術必然要提高，真空玻璃成為高節能建筑外窗的必選手段之一。2、真空玻璃具有良好的保溫隔熱性能、防結露性能、隔聲性能、減少“冷輻射”、使用壽命長和適用地區廣的特點，可全面改善節能窗的性能。3、真空玻璃和不同型材組合可得到不同保溫性能的節能窗產品，可滿足不同節能設計標準的要求;真空玻璃節能效果優異，在文章所述建筑中，真空玻璃相對于Low-E中空玻璃的冬夏季綜合節能率可達到88.6%，可有效減少污染物排放量。
