双层玻璃
复层玻璃，或称绝缘玻璃（Insulated Glass）、双层玻璃（Double glazing, double-pane glass windows）、中空玻璃等，由两片或两片以上玻璃板构成，中间以惰性气体、干燥空气充填或进行真空处理，充当屏障，用以减少热交换或噪音传递。
历史
[编辑]复层玻璃是演化自传统框格窗（或称推拉窗）和防风窗。框格窗通常由两块可上下拉动的窗板制成，以此分隔内部和外部空间。在夏天，框格窗的外部会安装纱窗以防止动物和昆虫侵入。在冬天，纱窗会被拆除并替换成防风窗，在内部和外部空间形成两层分隔，增加窗户在寒冬时节的防寒效果[1]。为了通风，防风窗可悬挂在可拆卸的绞链环上，并使用金属折叠臂旋开。
传统的防风窗和纱窗相对耗时且费力，需要在春季拆除和存放防风窗，并在秋季重新安装防风窗和存放纱窗。大型防风窗框和玻璃的重量使得在高层建筑装卸防风窗成为一项艰钜任务，需要反复爬上梯子到达每个窗户，并试图将窗户固定到位，同时确保固定夹固定在边缘。
此外，防风窗缺乏现代复层玻璃窗的密封空气间隙，这意味着两层玻璃之间的间隙中会形成冷凝和对流，从而大大降低其隔热效果[2]。
由于复层玻璃包含非常紧凑的多层空气和玻璃夹层，因而减少对防风窗的需求。纱窗也可以全年安装在中空玻璃上，并且以允许在房屋内部装卸的方式安装，消除了爬上房屋外部来维修窗户的需要。
早在1870年代，苏格兰、瑞士和德国的一些房屋就配备了双层玻璃窗，但这是透过在现有窗户上粘贴第二块玻璃实现的[3]。最早的双层玻璃窗是透过在两片玻璃间保留一层空气，作为天然的绝缘体，以减少建筑物内部热量的散失。然而，由
1865年，美国人汤马士·D·史泰森（Thomas D. Stetson）发明的双层玻璃系统获得专利，该装置用木质间隔条将两片玻璃区隔开，并用腻子做黏合，但他的专利在商业上没有成功。1930年，查尔斯·D·海文（Charles D Haven）发明了将两片玻璃黏合于单独窗框的双层玻璃窗，海文发现内部和外部玻璃片的收缩和膨胀导致黏合和间隙材料的形变，足以破坏与密封涂层的黏合。因此他对内部空气进行脱水处理，再将其密封以避免产品故障[4]。然而他所要求的玻璃在当时生产成本很高，直到四年后才找到一家制造商，叫做Libbey Owens Ford，愿意生产他的产品并申请专利。这个产品的商标名为“Thermopane”。Thermopane与现代的双层玻璃窗显著不同，两块玻璃板是透过一个玻璃密封（glass seal）焊接在一起。得益于公司的行销，这个商品在1950和60年代美国十分风行[5]。
1970年代，能源危机的腾空出现促使各国政府改变建筑法规，一些国家提供赠款和低利贷款以提高建筑能源效率，当中包括安装复层玻璃[1]。此次危机也增加民众对隔热良好的节能房屋和双层玻璃的需求，加速了复层玻璃的普及[6]。能源危机后期，英国引入了U值限制，加上浮法玻璃成本的降低，创造了对复层玻璃的最佳市场需求[4]。1980年代，随着制造技术的进步和断热接缝的增加，越来越多住宅和商用建筑选择采用绝缘玻璃。那时，真空绝缘玻璃作为一种实验性技术最早发展起来，但缺点是密封效果较差，耐久性不高。2000年代，真空绝缘技术的进步重新引起人们的兴趣和研究，使其在商业上变为可行[3]。
2012年，80%的英国住宅都装有复层玻璃[1]。
构造
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中空玻璃由不同构件组成，包含[7]：
- 玻璃－中空玻璃中的玻璃有多种厚度或类型，安全或强度优先的区域可使用夹层玻璃或强化玻璃。在需要额外隔热或隔音的情况下，中空玻璃还可包含三块或更多块玻璃[8]。
- 垫片（或称间隔件）－使用间隔件将两块玻璃板在窗框边缘相遇的地方分开。这些垫片通常含有某种干燥剂，可以吸收玻璃之间的水分并防止起雾[8]。
- 气体－玻璃会在在其中填入干燥气体、惰性气体（如氩气、氪气、氙气、六氟化硫），或抽成真空，以提高建筑的能源效率[3]。
- 窗框－中空玻璃适用于许多不同类型的窗户，如框格窗、观景窗、平开窗和天窗[8]。
特性
[编辑]在双层玻璃诸多性能指标中，能够用来判别其节能特性的主要有传热系数（U值、K值）和太阳得热系数（SHGC）[9]。U值是指当是内外温差为1K时，建筑物外壳单位面积在单位时间内之传透热量，以W/㎡‧K表示。它不考虑太阳直射下的太阳热。一般来说，U值越低，窗玻璃的保温隔热性能越好。太阳得热系数SHGC是指太阳辐射能量透过窗玻璃传入室内的量，与通过相同尺寸的无玻璃开口传入室内的量[9]。SHGC值越低，太阳辐射产生的热量就越少[10]。普通单片玻璃的传热系数是6、中空玻璃是3、双中空玻璃是1.5-1.8，真空玻璃在0.6以下[11]。双层玻璃间中间因有干燥气体或者惰性气体，玻璃与空气接触之表面会产生空气薄层，而形成热阻，达到断热效果[12]。此外，该气体长期被密封在内部无法与外界对流，所以两层玻璃之间相互传导的热量很少，起到了很好的隔热作用[13]。使用它作为窗户玻璃，使冬天房间迅速暖和，室内暖气不易散失。夏天室内空调，冷气不易外逸[14]，有效减轻室内暖气负荷[15]。
单片玻璃在室内一定相对湿度下，若室内外温差较大时，玻璃表面温度达到雾点以上，玻璃表面便会结露、起雾。因复层玻璃中间是干燥空气层，四周铝条亦灌有干燥剂，有断绝冷空气之效果[12]，故温差大也不会有起雾、结露的现象，尤其防止复层玻璃的“内结露”[11]。
复层玻璃亦提供良好隔音效果，主要是声音的传播在固体与气体有不同的速率[16]。对穿透力较强的中低频率噪音（如交通噪音、施工、次声波等），降噪隔音效果显著[11]。
参考资料
[编辑]- ^ 1.0 1.1 1.2 Doors, Paarhammer Windows and. Paarhammer - History of Windows. www.paarhammer.com.au. [2024-06-17] （英语）.
- ^ First double-glazed windows. Guinness World Records.
- ^ 3.0 3.1 3.2 Insulating glass for windows and doors | Insulated glazing. Scott James Sash Windows Specialists. [2024-06-15] （美国英语）.
- ^ 4.0 4.1 O'Riain, Marc. Double talk: a brief history of insulated glazing - passivehouseplus.ie. passivehouseplus.ie. 2019-06-18 [2024-06-17] （英国英语）.
- ^ Wilkes, Jonny. Who invented double-glazed windows?. historyrevealed. 2014-10-06. （原始内容存档于2014-10-16） （英语）.
- ^ Awesome Infographic: The history of double glazing. Thetford Home Improvement Services. [2024-06-18] （英国英语）.
- ^ What To Know About Insulated Glass Units. https://www.riotglass.com/. [2024-06-18] （美国英语）.
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- ^ 中玻网. 玻璃厂怎么制造双层玻璃？双层玻璃窗都有哪些优点？. 中玻网. 2020-03-27 [2024-06-18].
- ^ 複層玻璃. 慈峰玻璃. [2024-06-18].