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惰性氣體在中空玻璃中的應(yīng)用分析

一、引言
氣體的定義氣體是一種沒有確切體積或形狀的物質(zhì)，具有自由運動可填充任何空間的特點。
二、中空玻璃的產(chǎn)生
人們最初將兩片玻璃合起密封時，目的并不是為了節(jié)能，而是為了避免清洗兩片玻璃內(nèi)側(cè)。兩片密封合成的玻璃的熱性能與傳統(tǒng)的兩片玻璃(一片玻璃另一片為防風(fēng)暴)的熱性能是相同的。但是，將兩片玻璃密封合成卻帶來了新的問題，即兩片玻璃之間出現(xiàn)的水氣產(chǎn)生冷凝現(xiàn)象。為除去密封在空氣腔內(nèi)的水氣，人們使用干燥劑，并改進密封膠的性能防止水氣進入干燥的空氣腔內(nèi)。
密封性能的改善將非常少量的水氣分子排在外，也為在密封的空氣腔內(nèi)使用除空氣外的其他氣體提供了一個機會。美國專利2756467將干燥的氮氣注入玻璃的空氣層內(nèi)。氮氣占空氣成份的80％，因此其熱效能并沒有改變。美國專利3683974將氟化碳氣體注入空氣層內(nèi)。與空氣相比，氟化碳雖然具有較好的保溫性能，但是其化學(xué)性質(zhì)在陽光下不穩(wěn)定。玻璃層內(nèi)形成花斑。人們也嘗試使用了二氧化碳。但二氧化碳呈酸性，與中空玻璃間隔條和玻璃內(nèi)側(cè)的鍍鏌起化學(xué)反應(yīng)。
三、惰性氣體的種類
最常用于中空玻璃的惰性氣體有氬氣、氪氣和氙氣。它們共同的特點是性能穩(wěn)定、不活潑并比空氣導(dǎo)熱小的特點。這三種惰性氣體中，氬氣最豐富，約占我們呼吸的空氣的1％，因此應(yīng)用起來最經(jīng)濟。給出貴重氣體的一系列性質(zhì)，以及它們在元素周期表中的位置惰性氣體位于元素周期表中的第8組。惰性氣體從其化學(xué)結(jié)構(gòu)上看不與任何元素結(jié)合。除氦氣有兩個電子外，其他惰性氣體都帶有8個電子。
因為中空玻璃的部分保溫是空氣層內(nèi)的氣體起作用，因此增加空氣層的厚度可以提高整窗的熱阻值。例如，同樣是中空玻璃，1/2英寸的空氣層的熱阻值比1/4英寸的熱阻值要高。但是，提高空氣層的厚度的效果卻是有一定限度的。超越一定的厚度，兩片玻璃間的空氣對流就要增加，靠近內(nèi)片玻璃的熱能通過空氣流動傳到外片玻璃。這種情況下進一步提高空氣層的厚度并不會導(dǎo)致熱阻值的增加。
四、熱阻值的增減
一般來說，對普通白玻內(nèi)含空氣的中空玻璃來說，中空玻璃空氣層的******距離為12－18。當(dāng)空氣層小于12，熱傳導(dǎo)增加迅速，減少熱阻。當(dāng)中空窗的空氣層大于18，空氣層內(nèi)產(chǎn)生熱對流，其節(jié)能效果略有下降。在空氣層從31起空氣層內(nèi)的熱阻值內(nèi)的熱阻值又繼續(xù)增加直到空氣層為80這一點，這與在空氣層為12時的熱阻值的情況相類似。
氣體對流成為熱傳遞的主要因素時，中空玻璃空氣層的確切厚度取決于中空玻璃的高度，使用的惰性氣體，以及室內(nèi)外的溫差。
長波輻射通過白玻十分容易。50％的能源穿透白玻是輻射的結(jié)果。25％的能源損失是熱傳導(dǎo)所導(dǎo)致。如果不能解決由熱輻射帶來的大量熱損失，即使往中空玻璃內(nèi)充惰性氣體效果也不會很明顯的。六氟化硫(SF6)是人工合成的氣體，研究結(jié)果顯示，六氟化硫雖然具有一定的吸收或捕捉長波輻射的能力，但改善的效果是十分有限的。向中空玻璃內(nèi)充惰性氣體得以繼續(xù)得益于LOW－E玻璃的出現(xiàn)及在中空玻璃方面的應(yīng)用。LOW－E玻璃的鍍鏌有效地阻擋住了輻射熱傳遞。由于輻射傳導(dǎo)得到了控制，氬氣被用來減少熱傳導(dǎo)損失。
表1列出使用不同組合玻璃和氣體的熱阻值。
從表1可見：
1.白玻與空氣組合的中空玻璃的熱阻值是普通單玻熱阻值的2倍；
2.白玻與氬氣組合的中空玻璃的熱阻值較內(nèi)含空氣的中空玻璃的熱阻值提高10％，即節(jié)能10％；
3.如果中空玻璃要素的配置該為LOW－E玻璃和空氣，這時熱阻值比上述兩種情況分別提高65％和50％；
4.如果中空玻璃的要素進一步該為LOW－E玻璃和氬氣的組合，則中空玻璃的熱效上述三種情況分別提高100％、82％和21％。
表1 中空玻璃的阻值空氣層熱阻值
空氣層熱阻值
透明空氣 2.0
透明氬氣 2.2
Low-E 空氣 3.3
Low-E 氬氣 4.0
五、充惰性氣體起作用的原因
1.氬氣、氪氣和氙的傳導(dǎo)性較空氣低。
2.氪氣和氙氣的熱效能與氬氣相比分別高1/3和1/2；換句話說當(dāng)它們的熱效能大致相同條件下，氪氣和氙氣的空氣層卻只是氬氣空氣層間隔的2/3到1/2。
3.氪氣可用來制作空氣層較小熱性能高的中空玻璃。通常使用氬氣最多的情況是用來制作三層中空玻璃，中將一層為隔膜。
4.自然狀態(tài)下的氙氣非常稀少，提純價格高，因而很少用于中空玻璃的制作。
5.六氟化硫、二氧化炭和氟立昂已從市場消失。二氧化炭具有酸性，六氟化硫和氟立昂在太陽光下不穩(wěn)定揮發(fā)破壞臭氧層。
最初這些高效能中空玻璃的賣點是節(jié)能，但人們很快就發(fā)現(xiàn)在接近玻璃的附近人們感覺比較舒服，這是由于玻璃表面的溫度較高所致。1970年，中空玻璃僅占市場的14％，但到了1996年，中空玻璃上升為90％并仍在增長。在不到15年的期間內(nèi)，LOW－E玻璃已占市場的2/3，據(jù)估測到 2010年，LOW－E玻璃將上升到市場的88％。向中空玻璃內(nèi)充氬氣伴隨著 LOW－E玻璃的使用而增加。因為充氬氣節(jié)能效果顯著、成本低廉、并簡單易行，所以一般來說，使用LOW－E玻璃的中空玻璃廠家通常也使用氬氣。許多廠家提供兩種產(chǎn)品，一種為白玻的中空玻璃，另一種為LOW－E玻璃內(nèi)充惰性氣體的中空玻璃。
通常使用的惰性氣體的充氣方法有三種：
1.將中空玻璃放在一個密封充氣的環(huán)境里，然后向內(nèi)加壓充氣。
2.將中空玻璃放到一個密封倉內(nèi)，在將倉內(nèi)和中空玻璃內(nèi)的氣體排出，用惰性氣體代替中空玻璃內(nèi)原有的空氣。
3.在中空玻璃一側(cè)插入一個和幾個細管，然后使空氣層內(nèi)的空氣與惰性氣體交換。
因為我們看不見空氣和氬氣，理解向中空玻璃充惰性氣體可能是比較困難的。但充氣的概念其實是非常簡單不過的。氬氣較空氣重40％左右。在充氣的開始一段時間里，空氣事實上浮在氬氣上方。如果小心地向中空玻璃內(nèi)充氬氣，空氣就會浮在氬氣上方，關(guān)鍵是向內(nèi)充氣時一定要小心。如果向內(nèi)充氣動作很大，那么空氣與氬氣之間的隔層就會被打亂。那么，就需要向中空玻璃窗內(nèi)充大量的氬氣來稀釋空氣與氬氣的混合比，直到中空玻璃內(nèi)大部分為氬氣為止。用一個敏感的測量儀在氬氣出口處可測量出氬氣的濃度何時達到95％。
一旦中空窗內(nèi)充滿氣體并密封后，微量的惰性氣體會從中空玻璃窗的上端和四周慢慢地滲出。隨著中空玻璃內(nèi)氣體的不斷稀釋，中空玻璃內(nèi)的惰性氣體上下混合，濃度趨于一致。如果中空窗內(nèi)含90％的氬氣和10％的空氣，則中空玻璃的空氣層內(nèi)的惰性氣體濃度各處相同。
七、標(biāo) 準(zhǔn)
行業(yè)內(nèi)對中空玻璃內(nèi)充多少惰性氣體沒有具體規(guī)定，但一般來說，不能少于80％。但大多數(shù)廠家充90－95％。LOW－E玻璃與空氣配置的中空玻璃的節(jié)能效果也不錯。一般來說，充惰性氣體可提高中空窗熱效能15％。例如，如果內(nèi)含空氣的中空玻璃中央的熱阻值為3.5,則充惰性氣體后中空玻璃中央的熱阻值可提高到4.0。隨著惰性氣體的慢慢泄漏掉，玻璃中央的熱阻值會從4.0線性地降回到3.5。
八、結(jié) 論
氬氣提高中空窗的保溫能力。丹東天茂氣體提示您：因為氬氣導(dǎo)熱不像空氣那么容易，冬天可將熱能保留在室內(nèi)夏天將熱阻擋在室外。窗戶破裂或其他原因?qū)е職鍤庑孤┒疾粫θ撕徒ㄖ镉兴鶕p害。氬氣在自然狀態(tài)下存在，我們每時每刻呼吸的空氣中就含有氬氣，是一種無毒的惰性氣體。
中空玻璃對氬氣的保有能力決定于中空玻璃密封系統(tǒng)的質(zhì)量。如果密封失敗，氬氣就會跑掉。許多試驗顯示中空窗的年泄漏率小于1％。如果中空窗的使用壽命為20年，那么20年后，中空窗內(nèi)的氬氣仍有最初充氣水平的80％。
盡管節(jié)能是重要的，但人們從充惰性氣體的中空玻璃中得到的******好處在于它提高了窗戶內(nèi)側(cè)的溫度從而提高了室內(nèi)的舒適程度。提高室內(nèi)玻璃溫度消除或******限度地減少玻璃的冷凝問題。人們在接近較溫暖的玻璃表面時會感到更舒適。我們向中空玻璃內(nèi)充惰性氣體的原因很簡單，充惰性氣體的工藝簡單、成本低廉，但卻可改善中空玻璃的熱效能。氬氣是使用最多的惰性氣體，成本低并容易獲得。氪氣盡管昂貴些，但人們在某些用途方面也使用，特別是在窗戶的空氣層要求較小的時候。

標(biāo)準(zhǔn)氣體

供應(yīng)方式