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一、前言
外窗是建筑围护结构（词条“围护结构”由行业大百科提供）节能的最薄弱环节，通过外窗散失的热量占到建筑外围护结构热量损失的一半左右，因此外窗是建筑节能的关键。“十二五”期间，北京市发布了《居住建筑节能设计标准》(DB 11/891-2012)，对建筑提出了节能75%的要求，建筑外窗的传热系数（词条“传热系数”由行业大百科提供）限值由“十一五”期间的2.8W/(m2·K)降低至1.5-2.0W/(m2·K)，对节能外窗的研发提出了要求。为此，北京市建设工程物资协会组织了科研研所、大专院校、企业等联合研发K值为1.5-2.0W/(m2·K)的高节能建筑外窗产品。
玻璃占据外窗面积70%以上，成为外窗节能的重点。真空玻璃采用真空技术，可有效降低两片玻璃之间的辐射换热，因而具备更高的节能效果，成为继普通中空玻璃、Low-E低辐射（词条“辐射”由行业大百科提供）中空玻璃之后进一步降低外窗传热系数时的必然选择。
本文在对中欧建筑外窗节能标准研究的基础上，结合真空玻璃的特点，通过软件模拟得到了不同种类型材真空玻璃窗的传热系数值，并研究了真空玻璃窗的节能效果，对真空玻璃的合理选用具有重要意义。
二、中欧建筑外窗节能标准对比研究
早在20世纪70年代石油危机之后，北欧国家就制定了严格的建筑节能法规。当时瑞典规定外窗的传热系数限值为2.0 W/(m2·K)，芬兰为2.1 W/(m2·K);德国早在1994年就要求外窗传热系数达到1.8 W/(m2·K)，到2009年时要求外窗的传热系数为1.3W/(m2·K)，2013年达到1.0 W/(m2·K)以下，德国各阶段建筑节能法规的外窗传热系数限值见表1。
从总的建筑节能指标来说，我国的建筑节能工作经历了节能30%、50%和65%三个阶段，对比的基准为1986年建造的房屋。以北京地区为例，基准建筑的外窗K值限值为6.4W/(m2·K)，即20世纪80年代的水平，单层玻璃外窗即可实现;建筑节能50%时，外窗K值要求为3.2W/(m2·K)，中空玻璃成为必备配置，目前已成为北京地区的标准配置;建筑节能65%时，外窗K值限值为2.8W/(m2·K)，部分产品需要配备Low-E玻璃才能达到要求。根据我国建筑门窗节能性能标识产品保温性能统计结果可以看到，目前我国绝大多数采用Low-E中空玻璃的铝合金窗产品K值为2.0~2.8W/(m2·K)，塑料窗K值为1.8~2.6W/(m2·K)。北京地区建筑外窗保温性能K值限值2013年提高2.0W/(m2·K)，相当于德国20世纪90年代的水平，但是目前市场上的主流产品的节能技术已难以满足此要求。
建筑外窗的热量损失主要通过玻璃、型材及玻璃边缘传递，占据整窗面积70%的玻璃成为外窗节能的关键。可以看出，随着节能标准的提高，外窗的玻璃配置发生了根本的变化，由单层玻璃到中空玻璃，再到Low-E中空玻璃;目前，Low-E中空玻璃已很难满足新节能标准的要求，必然要求更新、更高节能的玻璃系统，真空玻璃正是符合这一趋势的高节能外窗产品。
三、真空玻璃性能研究
真空玻璃由两块平板玻璃构成，玻璃板之间用高度为0.1~0.2mm的支撑物隔开，其中一片玻璃上留有抽气孔，四周使用玻璃焊料将两片玻璃封接起来，真空排气后用金属片将抽气口封住形成真空腔，如图1所示。
为了进一步降低两片玻璃之间的辐射换热，真空玻璃通常选用一片低辐射膜玻璃。真空玻璃也可以通过中空或夹胶的方式与另外一片玻璃组合，称为“复合真空玻璃”。Low-E真空玻璃与其它玻璃相比具有更高的隔热保温、隔声（词条“隔声”由行业大百科提供）、防结露性能，如下：
1、隔热保温性能：真空玻璃与中空玻璃产品传热系数计算值如表2所示。
从表中可以看出，真空玻璃随着Low-E玻璃辐射率的降低，传热系数逐渐降低，最低可达到0.47W/(m2·K)，远低于中空玻璃。同时，真空玻璃还具有水平安装时传热系数不变的优势，而中空玻璃水平安装后K值增加约30%。
2、防结露性能：真空玻璃四周密封，内部为真空状态，不存在结露的可能性。室外温度较低时，真空玻璃室内侧表面温度高于其他各种玻璃。正常情况下，真空玻璃室内侧表面温度高于结露点，所以在室外温度降到很低时，依然可以保持玻璃表面洁净通透。以室内温度为20℃，湿度为70%为例，各种玻璃室内表面结露时临界室外温度见表3，真空玻璃可以极大地降低玻璃的结露可能性。
3、隔声性能：由于声波需要空气等介质传递，而真空玻璃的真空层几乎没有空气，因而隔声效果良好。测试结果表明，半钢化/钢化真空玻璃的计权隔声量最高可达37dB，而等效厚度的单片玻璃和普通中空玻璃的计权隔声量约为31dB。真空玻璃具有优良的低频隔声性能，适用于临街、铁路和机场附近。真空玻璃与中空玻璃或夹胶玻璃复合之后隔声性能可达42dB，具备更优良的隔声性能。
4、减少“冷辐射”：所谓“冷辐射”，是指寒冷的墙壁或窗对身体造成的辐射。这种辐射会使人感觉不舒服，且会造成人体伤害。而“冷辐射”与玻璃的保温性能密切相关，玻璃的保温性能越差，内表面温度越低，对人体的冷辐射越严重。以室内温度为20℃，室外温度为-10℃为例，计算比较各种玻璃表面温度，见表4。可见，在相同环境下，真空玻璃室内侧玻璃表面温度远高于其他玻璃表面温度。
5、使用寿命长：真空玻璃周边及封口材料、内部支撑物均为无机材料，抗老化性能优良;同时，真空玻璃内部放置了吸气材料，理论计算表明，吸气材料可以保证真空玻璃内部真空度50年以上。此外，真空层可使Low-E膜得到很好的保护，不会发生膜层氧化（词条“氧化”由行业大百科提供）、脱膜等失效现象。
6、适用地区广：真空玻璃内部为真空状态，可应用于平原及高海拔地区，而不存在中空玻璃运到高原低气压地区的胀裂问题;此外，真空玻璃具有轻薄的特点，也可以与中空或夹胶进行复合，可满足不同情况下的需求。
四、真空玻璃在节能外窗中的应用研究
真空玻璃具备优异的隔热保温性能，可与不同的型材组合达到不同节能效果的外窗产品。按照JGJ/T 151-2008《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》中整窗传热系数的计算方法，对配合不同型材的真空玻璃窗进行K值计算，结果见表5。
从表中可以看出，针对不同的标准要求，可以选择真空玻璃与不同的型材组合，例如DB11-891-2012《北京居住建筑节能设计标准》中提出的1.5-2.0W/(m2·K)的要求，采用断桥铝合金框与真空玻璃组合即可满足要求;对于国外的零能耗建筑要求整窗K值低于1.0W/(m2·K)的，可以采用玻璃钢或木窗与真空玻璃组合。由于窗框型材种类繁多，可根据具体的型材采用window7和therm7进行详细计算选用。
真空玻璃应用于实际工程的节能效果也是非常优异的，以北京某办公楼为例，按照表6所列数据取值，使用冬夏季累计评价法进行节能计算。计算结果表明，使用真空玻璃相对于Low-E中空玻璃的冬夏季综合节能率可达到88.6%，夏季节约空调能耗33072kwh，冬季节约采暖能耗492644kwh，即全年节约能耗525716kwh。与此相对应的污染物减排量见表7。
五、结论
通过以上研究，可得结论如下：1、我国的外窗的节能技术水平与欧洲国家相比还有较大差距，占据整窗面积70%的玻璃成为外窗节能的关键。随着我国建筑节能标准的提高，我国建筑外窗的节能技术必然要提高，真空玻璃成为高节能建筑外窗的必选手段之一。2、真空玻璃具有良好的保温隔热性能、防结露性能、隔声性能、减少“冷辐射”、使用寿命长和适用地区广的特点，可全面改善节能窗的性能。3、真空玻璃和不同型材组合可得到不同保温性能的节能窗产品，可满足不同节能设计标准的要求;真空玻璃节能效果优异，在文章所述建筑中，真空玻璃相对于Low-E中空玻璃的冬夏季综合节能率可达到88.6%，可有效减少污染物排放量。
