真空玻璃的空气声隔声性能优越,这是不言而喻的。声波的传递需要通过介质,因而真空玻璃能有效阻隔噪声,其计权隔声量能达到40dB以上,而中空玻璃仅为30dB左右。
真空层内的工作真空度(≤0.1 Pa)所能保持的时间,决定了真空玻璃的使用寿命。国际大厂例如旭硝子,在欧洲和日本的真空玻璃制品,能够提供15年质保,实际期待使用寿命超过25年。随着技术进步,工艺逐渐成熟,国产真空玻璃技术已经达到世界先进水平。由于中空玻璃内的惰性气体也会随着时间推移而逐渐泄露,这就决定了中空玻璃也同样存在使用寿命的问题。国标《中空玻璃》GB/T 11944-2012建议中空玻璃预期使用寿命至少应为15年。由此可见,真空玻璃的寿命并不低。
北京市《既有居住建筑节能改造技术规程》DB11/381-2016,针对外窗的节能改造措施,提出以下四条建议:1、统一更换为满足热工性能指标的新外窗,窗框与墙体之间应有合理的保温密封构造设计;2、在原外窗框的基础上,直接更换满足节能要求的新型节能窗扇,或在原有单玻外窗内侧(或外侧)加建一层节能窗;3、原外窗的传热系数满足设计要求时,可更换原有或加装外窗密封胶条;4、开放式的阳台可根据需要改为封闭式阳台。
除了上述四种措施之外,我们提出一种新的外窗改造方案:保留原窗框,将原有的保温性能差的双层中空玻璃,替换成真空玻璃,并更换密封条。这种方案的优势是避免更换整窗,或加装一层外窗等工程量大,对住户正常生活造成不利影响,因而难以大面积实施的改造措施。当然这一方案需要满足一定的前提条件:原窗框型材质量较好,仍然值得保留。因为我们想要达到的效果是经过节能改造,旧的外窗更换了真空玻璃之后,继续使用至少15年,而不是改造后仅仅几年就被整体拆除更换,从而造成不必要的浪费。窗框质量较好这里主要指的是两方面,即强度和保温性能。例如老式塑钢窗,经过十几年的老化变形,强度降低,外观发黄变色,使其不值得保留;钢窗和铝合金窗虽然强度足够,但保温性能太差,因而也不值得保留。因此,上述改造措施,基本上只针对配备有断桥铝外窗的项目。
由于断桥铝外窗型材在国内是从2004-2005年之后才逐渐推广开的,所以本文提到的改造方式针对的旧建筑的节能水平,应至少满足北京市地方标准《居住建筑节能设计标准》DBJ 01-602-2004的要求。达到2004版北京市居住建筑节能设计标准的居住建筑的相对节能率为65%。所谓“相对节能率”根据《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ 26-2010条文说明1.0.3,“即严寒地区和寒冷地区的建筑,以各地1980-1981年住宅通用设计、4个单元6层楼,体型系数为0.30左右的建筑物的耗热量指标计算值,经线性处理后的数据作为基准能耗。”在此能耗值的基础上,采暖能耗降低65%,即“65节能”建筑。本文后续进行能耗模拟和经济效益测算时,采用的基准建筑即为65节能居住建筑。
根据北京市《居住建筑节能设计标准》DBJ01-602-2004表5.2.1,建筑的围护结构参数应满足下表要求,且主要居住空间的西向外窗应设置活动外遮阳设施。
由于考虑到供暖空调设备大概率经过改造或更新,所以建筑的设备参数根据北京市《居住建筑节能设计标准》DB11/891-2012进行选取:制冷采用分散式房间空调器,符合《房间空气调节器能效限定值及能效等级》GB 12021.3-2010中规定的节能型产品(能效等级2级),能效比(EER)=3.4;供暖采用燃煤锅炉,锅炉额定工况下热效率为0.8,室外管网输送效率为0.93,室内末端为散热器。
基准建筑标准层平面
改造前的基准建筑采用5+12A+5双层玻璃,总厚度22mm;改造后采用6TL+0.2V+6T真空玻璃,总厚度为12.2mm,能够放进原窗框的玻璃安装槽内。真空玻璃相比原来的双层玻璃,传热系数由2.63W/m2K,大幅下降至0.51W/m2K;太阳得热系数SHGC值也有所下降,原因是真空玻璃采用了一层单银Low-E,而原双层玻璃无Low-E膜;在窗框传热系数(3.2W/m2K)保持不变的前提下,整窗传热系数K值,由改造前的2.8W/m2K大幅下降至1.25W/m2K。
能耗模拟结果显示:建筑的其他参数均保持不变,仅使用真空玻璃进行节能改造后,供暖年节约标煤22726千克,空调年省电2292kWh,碳排放量年降低80.64吨;年供暖能耗降幅达22.15%(改造后建筑的相对节能率相当于72.8%),年空调能耗下降3.67%,年碳排放量下降20.29%。由此可见,此种改造措施在冬季供暖方面的节能减碳效果十分明显。
按照能耗模拟结果,建筑运行期间,供暖年节约标煤22.726 吨,按照单价1500 元/吨计算,年节约煤炭总价值34089 元;空调年省电2292kWh,按照0.5元/kWh计算,年节约1146元;碳排放量每年减少80.64吨,北京地区碳交易价格按照90元/吨计算,减碳价值7258元/年。节能改造后,总计每年节约运行费用42493元。投资成本(包括真空玻璃的生产、运输、安装成本)按照单价530元/m2计算,玻璃总面积810 m2,总计42.93万元。在不考虑利率影响的情况下,投资回报期为10年;利率3%的情况下,投资回报期被拉长为12年;利率5%的情况下,投资回报期为14.5年。从投资回报期看,并没有超过前文的设想:即旧外窗更换了真空玻璃之后,期待继续使用至少15年。由此可见,此种改造措施从经济性的角度考虑也是值得一试的。
本文描述的此种利用真空玻璃的节能改造措施,在国外已有不少应用案例,尤其在欧洲被大量应用于文物保护建筑的节能改造。例如在德国有2.8%的建筑在法律上被定义为“文物保护建筑”。这种建筑的旧式外窗以木窗为主,窗框型材单薄,有大量横档、竖档,玻璃安装槽口通常≤15mm,因而无法安装保温效果较好的三玻两腔中空玻璃,这时真空玻璃便成为不二之选。
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