CN1696471B - 新型保温隔热透明板块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型隔热保温透明建筑节能板块，其包括2块透明板、边条，由于2块透明板的夹层内，包括了多个沿横向垂直平行设置的翼片，可增大空气隔热层间距的尺寸设置范围，垂直平行设置的翼片有效地阻止了夹层内纵横两向的气体环流与传热速度，避免了通常夹层间距设置受最大无对流间距尺寸设置的限制，同时基本不影响隔热保温透明板块的透光性能和重量，使其热损系数和造价低于中空玻璃且毫不逊色于现有的保温隔热透明板块，保温可靠性远远超过真空隔热透光板块，并且比采用蜂窝器结构能使同样保温热损性能下的透光率大幅上升。

Description

新型保温隔热透明板块

技术领域

本发明涉及一种建筑太阳能利用隔热保温透光隔板的透光与隔热保温技术。 

技术背景

建筑等需要透光与保温的透明隔板，在实用中往往要求考虑兼具透光和保温隔热性能：如建筑的窗户、玻璃温室隔板等。 

门窗是建筑必不可少的组成部分，门窗能耗的60％-80％是玻璃部位通过传导传热造成的，因此，门窗的节能主要是指玻璃的节能。住宅门窗的得热和失热形式包括：太阳得热、热传导和空气渗透，世界门窗节能技术正经历着从被动节能转向主动节能：即从避免太阳光的入射转向积极利用太阳能的方向转变，目前发达国家率先采用窗户能耗等级评价体系来评价供暖季与制冷季的各种窗户能耗等级，如加拿大的ER体系和美国的NFRC体系，在此等级评价体系中，太阳得热系数显示了较大的重要性，而窗户传热系数的权重却相对较小，渗透系数的影响相比之下小到几乎可以忽略，因此结合考虑太阳得热系数、窗户传热系数及漏风系数，使得造价和采暖能耗同时下降，才是门窗节能的关键。 

理想的节能门窗应具有良好的透光性，又具有优良的隔热保温性。提高门窗太阳得热系数采暖节能的有效方法是：增大窗框窗洞面积比和透光率、控制玻璃层数。提高门窗隔热保温性的有效方法有多方面，根据测试资料表明：外门窗能耗的50％-70％是玻璃部位通过传导传热造成的，在中空与双层双玻门窗结构中，热传导方式分为辐射、热传导和对流，辐射传热(包括可见光与红外线)约占60％，其系数值取决于两片玻璃内表面的温度差和间隔层气体的辐射率，目前技术主要通过镀膜方法降低辐射传热，如采用镀膜玻璃的双层中空隔热玻璃加充入干燥空气或惰性气体保护镀膜层的方法，同时设置6-9毫米的层间距加强隔热，但由于实际生产加工和使用中难于避免发生气体泄漏，因此，镀膜层也就得不到保护，实际可靠性不高，镀膜中空玻璃的的使用寿命一般不到10年，此外，由于镀膜玻璃的透光率一般在70％以下，对于提高太阳得热系数的采暖节能性能影响很大。 

其次是热传导传热约占37％，主要通过玻璃和其内部的空气来完成的，因为空气是热的不良导体，所以增加气体间隔层厚度对降低热传导传热效果显著，其数值取决于玻璃气体间隔层的厚度，过大的气体间隔层厚度又会导致对流传热的大幅上升，一般认为合适的气体间隔层厚度在6-9毫米，此外，空气中的水分子等活性分子的存在也是影响传导传热和对流传热的重要因素，因而就产生了如采用普通的双层或三层中空隔热玻璃加充入干燥空气或惰性气体的方法，隔层越多保温性能越好，通常玻璃的使用厚度在3-10毫米，因此，每增加一个夹层即增加一块透明板及框架厚度，就势必会造成耗材与重量的明显上升，制成建筑门窗结构，因提高保温热损性能要求的多层夹层设置会使建筑自重增加，除了给安装及使用带来不便，还会带来建筑门窗相关配套件与建筑成本的增加，即使采用 透射性在90％的超白玻璃，每增加一个夹层的透光性能也至少降低10％左右，对于提高太阳得热系数的采暖节能性能同样不利，所以增加夹层的数量一般在三层至多，很少超过三层。 

中空隔热玻璃之后又发展了蜂窝器结构的方法来抑制对流、增大气体间隔层的厚度，蜂窝器结构的水力直径一般在5-10毫米，厚度一般在25毫米以上，其保温效果虽好但透光率较低，视觉舒适性很差，加上制造复杂成本高，因而发展较慢。除此之外，还采用了抽真空方法来降低传导传热，一般真空玻璃比中空玻璃节能15-18％，但制造工艺复杂、成本较高。如CN93228540公布了一种“普及型真空保温玻璃”，其采用双层玻璃加抽真空，同时夹层间设置了一组透明PVC硬塑方格网，周边用粘接强度较高的环氧胶粘接玻璃条便于抽真空时的密封与固持，并防止夹层内的空气对流及渗漏，采用这种方法其方格网会显著降低透光率，特别是应用在高层建筑上还显著增加地面结构总体重量，对地基的影响不可忽略，再次，由于PVC与环氧胶二者的膨胀系数不同，且环氧胶固化后没有弹性，经一段时间的的冬夏冷热交变应力循环，必然会较快发生封闭结构的松弛，导致真空度失效，因而保温的寿命与可靠性较低，此外，一般真空玻璃内由于负压较大，通常不适于在外载如风压较大的高层建筑等场合中使用。 

对流传热约占3％，其数值取决于玻璃气体间隔层的厚度和温度。 

通常的保温是指阻止门窗从室内向室外传热的能力，隔热则相反，是指阻止门窗从室外向室内传热的能力，而目前玻璃节能技术正向着通过技术组合同时具备保温与隔热性能、实现提升保温与隔热双向性能的方向发展，同时以低成本、高保温与隔热性价比为衡量标准。双层/中空玻璃方面实现除辐射以外的传导传热和对流传热技术发展节能及利用太阳能实现建筑采暖节能是一个技术突破与发展的方向。 

现有技术是本人在发明专利申请03228722.4“保温隔热透明板块”中提出的方法，采用了在透明板块夹层内设置多个沿纵向水平平行设置的透明翼片、透明翼片固定在夹层内隔条的左右两侧，因而可不受通常产生对流间距尺寸的限制增大透明板夹层的间距，增加横向静态空气传热的距离，降低热损系数。其存在的不足是：从建筑美学的观点来看，横向的透明翼片与门窗纵向的造型线条间不够协调，视觉舒适性不够理想，此外，制造安装中不够方便，特别对于宽度较大的玻璃面，条带中间还需要设置支撑条架，再者，透明翼片横向设置时的透明板块夹层最佳间距设置仍有一定的限制，这对于作为太阳房等建筑透光墙体应用来说还受到限制，因此，还应进一步改进和降低成本。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种能适用于建筑节能门窗及墙体等的新型保温隔热透明板块，包括中空保温隔热透明板块，通过在保温隔热透明板块的透明板夹层内设置多个垂直平行的高透明的聚脂类软膜翼片组成一种基本不影响光线通透和基本不增加重量的对流传热阻隔器，可不受通常产生对流间距的限制而增大透明板夹层的间距，即可任意调节增加横向静态气体热传导传热的距离而降低热损系数，消除由气体热传导传热引起的热损，且取得比现有技术更佳的视觉舒适性， 对于宽度较大的玻璃面，可省去支撑条架，加工制造更为简易方便，成本更低，透明板块夹层最佳间距设置的范围更宽，并使之达到比现有隔热保温透明板块或镀膜中空隔热玻璃更佳的热损系数，同时提高太阳得热系数，并取得优良的可靠性和优良的性能成本价格比。 

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用一种新型保温隔热透明板块，包括透明板、隔条，由二个透明板组成夹层的双层透明板边缘间置有隔条，并加密封件使夹层与外界呈气体密封状态，其特征在于，夹层内还包括由多个与边条呈垂直且相互间平行设置的透明翼片、间隔安装该透明翼片的边条所组成的对流阻隔器，边条设置在夹层内的上、下两端，透明翼片固定在边条上，所述的透明翼片是指厚度在0.01-0.15毫米的、透光率≥80％的聚脂类高分子塑料软膜，当前后双层透明板夹层间距处于16-300毫米时，对应透明翼片左右两侧的翼片间距为4-12毫米。 

所述的透明翼片系采用一连续条带按左右顺序、经上下来回折绕并张紧固定在夹层内上、下两端的边条上所形成的多个与边条呈垂直的透明翼片，或是采用其上、下两端均固定在边条对应的上、下两端所形成的多个与边条呈垂直的透明翼片、或是上述两者的组合，该透明翼片软膜是弹性软膜或是非弹性软膜，其中，该非弹性软膜的一端与上述边条相固定相连，该非弹性软膜的另一端经一弹性连接件连接后再与上述的边条相固定相连。 

所述的透光率≥80％的聚脂类高分子塑料软膜是抗紫外线老化、且具有长期连续使用寿命的高透明的聚胺脂(PU)软膜、或是高透明的聚碳酸脂(PC)软膜、或是高透明的聚脂(PET)软膜。 

所述的边条与隔条或复合胶条组合，或与隔条复合。所述边条的上端与隔条经固定夹持在透明板之间，边条的下端与隔条经固定夹持在透明板之间或者悬空设置于透明板之间，经其自身重力的作用吊紧垂直透明翼片。 

所述的透光率≥80％的聚脂类高分子塑料软膜是功能性薄膜，是具有宽频抗电磁波吸收特性、或是同时具有紫外吸收特性的单一的或复合的功能性薄膜。 

所述的透明翼片的与边条呈垂直且相互间平行的设置还包括该透明翼片平面与透明板法线所在的垂直平面之间，根据不同需求呈0°-55°夹角的垂直且沿水平方向相互平行的设置。所述的多个与边条呈垂直且相互间平行设置的透明翼片是等间距的排列、或左右两端处与中间部分呈不等间距的排列。所述的夹层间距是指双层透明板之间隔热保温较合适的间距，其取值为≥12毫米。 

本发明的优点是：通过高透明的聚脂类软膜对流传热阻隔器的设置能有效地阻止夹层内纵向气体的受热对流或回流换热，并增大气体热传导传热层间距的尺寸设置范围，使得透光隔热板块在透光性能基本不变、重量基本不变的条件下，对应产生的气体隔热效果也增强；由于增加了横向静态气体热传导传热的距离，显著降低了这种隔热保温透明板块的热损系数，且由于采用了透明翼片的垂直设置，使之与门窗的线条一致和更为协调，取得比现有技术更佳的视觉舒适性，且对于宽度较大的玻璃面，条带中间不需要设置支撑条架，加工制造更为简易方便，成本更低，透明板块夹层最佳间距设置的范围更宽应用面更广，并使之可达到比现有隔热保温透明板块或镀膜中空隔热玻璃更佳的热损系数，同时保持了与真空 玻璃相同的太阳得热系数，且比现有技术具备更加稳定的保温可靠性能和优良的性能成本价格比。 

本发明的几个具体应用效果比较说明如下：由于减少了多层透光板结构的透射率损失，对于新型隔热保温透明板块应用场合，根据其应用之一如：需要高透光而采用透明材料的场合例如窗户用途时，新型隔热保温透明板块比采用蜂窝器结构能使同样保温热损性能下的透光率大幅上升，并得以保持与真空玻璃相同的最高整体透光率，视觉舒适性比采用蜂窝器结构与镀膜中空玻璃等有很大提高，使用寿命与保温可靠性能比真空隔热及镀膜中空隔热透明板结构有大幅度提升；并且由于减少了隔热透明层的数量，使板块的重量减少，制造与相关成本下降；此外其生产加工复杂程度与使用成本也明显低于真空隔热及蜂窝器隔热透光板块包括现有隔热保温透明板块。 

根据其应用之二：单框双层玻璃共挤钢塑平开窗中国标准GB8484在20℃下，经对比测定有如下结果： 

可见，翼片式平开窗(新型隔热保温透明板块)的保温性能可提高35％左右，且不逊色于现有的横向翼片式保温隔热透明板块。此外，同样的应用场合，翼片式双玻中空玻璃(新型隔热保温透明板块)比镀膜双玻中空玻璃根据计算：性能价格比可提高27％左右。 

除此之外，新型隔热保温透明板块由于采用了透明翼片的垂直设置，使之与透明板块的线条一致和更为协调，视觉舒适性大大提高，且对于宽度较大的玻璃透明板块，透明翼片条带的中间不需要设置支撑条架，加工制造简便，十分适宜于用作透明玻璃幕墙，如用作高寒地区的太阳房透明墙体，根据实验与经验，在其最佳取值300毫米时，这种透明墙体热损系数和造价可远低于现有的真空玻璃和同样厚度尺寸的砖石结构，为大规模的建筑太阳能利用开辟了一条崭新的道路。 

附图说明

图1是本发明实施例之一的结构示意图； 

图2是图1的剖视图； 

图3是本发明实施例之二的截面结构示意图； 

图4是本发明实施例之三的截面结构示意图。 

具体实施方式：

按图1、图2所示，本发明新型保温隔热透明板块实施例之一由2块透明板1、隔条2、对流阻隔器3、密封件4等组成翼片式夹层或普通中空透明玻璃，其中，对流阻隔器3包括边条与翼片，透明板1采用透射率≥90％、厚度各为4mm的超白平板玻璃或3mm高透光丙烯酸薄板，边条上带有平行支承档，可以是如ZL03228723.2“透光夹层用空气对流对流阻隔器”中所采用的边条，其边条上带有上、 下撑条，边条骨架可采用矩形槽型材或矩形管型材制成，其两个短边上开有对称的孔洞供安装支承档，支承档采用刚性的边条槽挡为滑条或柔性的钢索滑条，用于安装翼片条带，翼片条带的一端固定在如上端边条上，经在上、下两端的支承档槽挡间来回穿梭安装固定后，另一端连接一弹性件如弹性薄条带后固定在下端的边条上，以此使翼片条带得以相互平行与张紧。边条也可与复合胶条组合或可与隔条组合。 

密封件4可以是密封条或密封胶，前者与隔条组成夹层玻璃，此外，两块透明板组成夹层的双层透明板边缘间也可设置复合胶条或隔条框架与密封胶组成中空玻璃状，使夹层与外界呈气体密封状态，夹层间充有抑制上下对流或能降低传热系数的合适气体如干燥空气或惰性气体(如氩气)，同样，夹层内的多个沿横向垂直平行设置的透明翼片采用一连续的、高透明的聚胺脂(PU)软膜条带，透明翼片条带是弹性软膜，按左右顺序、经上、下来回折绕后固定在夹层内边条的上下两侧形成多个垂直透明翼片，或者其一端与上边条固定相连，另一端与下边条固定相连，垂直并相互平行地固定在夹层边条内的上下两侧如图1所示，边条的上端可与隔条固定夹持或胶接夹持在透明板块之间，其下端可与隔条固定夹持或胶接夹持在透明板块之间、或可是悬空设置与透明板块之间，通过其自身重力作用吊紧垂直透明翼片。 

透明翼片采用等间距排列，其平面与垂直面平行设置，透明翼片的厚度在0.01-0.15mm范围如取0.05mm厚度，其透光率≥90％。根据经验：透明翼片的宽度设置应使其与前后两边的双层透明板块间距各不大于5.2毫米，在此，透明翼片与两边的双层透明板块间距各不大于2.6毫米。 

所述的夹层间距是指两块透明板块之间隔热保温合适的间距，其取值为≥12毫米，既可适用于双层透明板块组成的门窗，也可适用于双层透明板块组成的厚度较大、宽度尺寸较大的透明墙体，如用作高寒地区的太阳房，根据经验其最佳取值范围为16-300毫米，最佳值是指其总透光率不低于60％条件下隔热保温性能价格比最佳段的间距，以此保证在最佳段内代表隔热保温性能的热损系数明显优于同样尺寸范围内透明普通中空玻璃(不镀膜)热损系数的最佳值2.5(W/M²K)的水平。 

当透明板块间隔取值为34-54mm时，对应透明翼片间距(δ)在其最佳值范围4-12毫米内取6-12毫米，透明翼片宽度(B)取30-50mm，测得保温隔热透明板块的整体透光率的最佳值可达79％以上，与真空玻璃相似，略略低于同样设置的透明中空玻璃整体透光率的最佳值81％；热损系数最佳值可低于1.8(W/M²K)，远远优于同样尺寸范围内上述透明普通中空玻璃热损系数最佳值2.5(W/M²K)的水平且优于现有的横向隔热透明板块。为了保证长期高透明的使用效果，所述的高透明的高分子塑料软膜是指透光率至少≥80％、抗紫外线老化的、日光下保持高透光率能达5年以上长期连续使用寿命的化学薄膜。 

按图3所示，本发明新型保温隔热透明板块实施例之二由2块透明板1、隔条2、对流阻隔器3、密封件4、干燥剂5、外框架6等组成太阳房单框透明中空保温玻璃墙，其中：对流阻隔器3包括边条与翼片，边条采用与隔条2复合或组 合，其复合件采用型材制成或两者粘接制成，边条骨架可采用矩形槽型材或矩形管型材制成，其两个短边上开有对称的孔洞供安装支承档，支承档采用刚性的边条槽挡为滑条或柔性的钢索滑条，用于安装翼片条带，边条与隔条的复合件内充有干燥剂5，密封件4为密封胶由硅硐胶与丁基胶及聚硫胶组成，边条与隔条的复合件构成框架后经密封胶与2块透明板1密封连接，夹层与外界呈气体密封状态，但也可不呈气体密封状态， 

透明翼片同上述实施例采用经上、下来回折绕在夹层内复合边条的上下两侧并经一弹性连接件与边条连接，或者采用分别固定在上、下两侧端的复合边条上，边条与隔条的复合件胶接夹持在透明板块之间。 

两块透明板1采用透射率≥80％、厚为10mm的浮法玻璃，夹层间距为260mm，条带可采用一连续的高透明聚碳酸脂(PC)非弹性软膜透明翼片，并采用左右两端与中间部分呈不等间距的排列，其中，左右两端的翼片间距为8mm，中间部分的翼片间距为10mm，这样，中间部分的视觉更加舒畅。翼片宽度(B)为250mm，这样可使得部分直射光进入时穿过的侧部翼片的层数减少，有利于保持透明板块的整体透光性能。外框架6由铝合金型材框架组成，用以支持与固定透明中空保温玻璃幕墙。 

按图4所示，本发明新型隔热保温透明板块实施例之三由2块透明板1、边条2、对流阻隔器3、密封件4、干燥剂5、外框架6等组成翼片式单框夹层双玻保温透明玻璃幕墙，其中，对流阻隔器3包括边条与翼片，密封件4分别采用复合胶条及密封胶加塑料隔条，隔条底部带有用以固定边条的向外的卡口槽，透明板1可是由一个单层玻璃与一个双层的中空透明板单元如中空玻璃所组成，均采用透射率≥87％、厚为8mm的平板玻璃，透明翼片设置在一个单层与一个双层的中空透明板单元之间，此外，中空玻璃内采用复合胶条进行中空间隔与密封。 

边条2也采用塑料制成，其上端带有用以与隔条卡口固定相配的向内的卡齿槽，单层玻璃与中空玻璃间置有边条与隔条的塑料组合件，分别通过丁基胶与玻璃间密封、通过聚硫胶与外框架6及玻璃间固定与密封；外框架6采用结构性金属型材，翼片3可采用透光率达90％的聚脂(PET)非弹性软膜所制成，其厚度为0.05mm，透光翼片的宽度(B)为80mm，翼片与两边的双层透明板块间距各在0.5mm；夹层间隔取120mm，翼片垂直排列间距(δ)为9mm，透明翼片的垂直平行设置可以是其透明板平面法线所在的垂直面成平行设置，或是与其成0°-55°水平面夹角的平行设置，固定在夹层组合边条的上下两侧，其余连接与固定可同实施例之二所述，如日照强的夏季，在高温季节时间长的地区，可选择40°-55°间如45°、透光率80％的翼片设置有利于入射光经此透明翼片透射与折射后部分变为弥散光进入室内，避免刺眼的直射光；在冬季时间长的地区，可选择0°-5°的高透光翼片设置，其优点是：有利于入射光尽可能直接经穿越高透明翼片间隔或经高透明翼片部分折射与透射后进入室内，在保温的同时得到较多的室内直射阳光强度，此外，高透明的聚脂类高分子塑料软膜在满足透光率≥80％条件下，可同时是功能性薄膜，例如对聚脂(PET)非弹性软膜表面可经加涂或化学改性处理成为宽频抗电磁波吸收膜，以减少室外电磁波对室内工作设备的干 扰，或可选择带紫外线吸收功能的薄膜或是其与前者功能的组合，用于减少阳光对室内用品、资料书籍等的照射损害或损害及干扰。 

以北半球降低新型隔热保温透明板块如门窗的热损系数与提高其太阳得热系数采暖节能应用为例说明工作原理如下：冬季阳光照射窗面或墙面时除反射部分外其余进入双层透明板块夹层，阳光经与近似平行的翼片透过垂直夹层后再经内层透明板进入室内，随着太阳时角的变化，部分时段阳光经翼片折射后仍折向室内，使总体透光率按实施例之一可达0.8左右。室内热量经内层透明板传导加热垂直夹层内的空气，因夹层空气的上下对流被翼片阻尼所限制，且空气等气体的经过可设置的夹层间距的横向热传导速度远小于存在上下对流时的传热速度、并可小于现有的横向保温隔热透明板块，使其热损系数可大幅度下降，用作透明墙体时热损系数可远远低于现有的真空玻璃和同样厚度尺寸的砖石结构，为大规模的建筑太阳能利用开辟了一条崭新的道路。 

Claims (9)

1.新型保温隔热透明板块，包括透明板、隔条，由二个透明板组成夹层的双层透明板边缘间置有隔条，并加密封件使夹层与外界呈气体密封状态，其特征在于，夹层内还包括由多个与边条呈垂直且相互间平行设置的透明翼片、间隔安装该透明翼片的边条所组成的对流阻隔器，边条设置在夹层内的上、下两端，透明翼片固定在边条上，所述的透明翼片是指厚度在0.01-0.15毫米的、透光率≥80％的聚脂类高分子塑料软膜，当前后双层透明板夹层间距处于16-300毫米时，对应透明翼片左右两侧的翼片间距为4-12毫米。

2.根据权利要求1所述的新型保温隔热透明板块，其特征在于，所述的透明翼片系采用一连续条带按左右顺序、经上下来回折绕并张紧固定在夹层内上、下两端的边条上所形成的多个与边条呈垂直的透明翼片，或是采用其上、下两端均固定在边条对应的上、下两端所形成的多个与边条呈垂直的透明翼片、或是上述两者的组合，该透明翼片软膜是弹性软膜或是非弹性软膜，其中，该非弹性软膜的一端与上述边条相固定相连，该非弹性软膜的另一端经一弹性连接件连接后再与上述的边条相固定相连。

3.根据权利要求1所述的新型保温隔热透明板块，其特征在于，所述的透光率≥80％的聚脂类高分子塑料软膜是抗紫外线老化、且具有长期连续使用寿命的高透明的聚胺脂(PU)软膜、或是高透明的聚碳酸脂(PC)软膜、或是高透明的聚脂(PET)软膜。

4.根据权利要求1所述的新型保温隔热透明板块，其特征在于，所述的边条与隔条或复合胶条组合，或与隔条复合。

5.根据权利要求1所述的新型保温隔热透明板块，其特征在于，所述边条的上端与隔条经固定夹持在透明板之间，边条的下端与隔条经固定夹持在透明板之间或者悬空设置于透明板之间，经其自身重力的作用吊紧垂直透明翼片。

6.根据权利要求1所述的保温隔热透明板块，其特征在于，所述的透光率≥80％的聚脂类高分子塑料软膜是功能性薄膜，是具有宽频抗电磁波吸收特性、或是同时具有紫外吸收特性的单一的或复合的功能性薄膜。

7.根据权利要求1所述的新型保温隔热透明板块，其特征在于，所述的透明翼片的与边条呈垂直且相互间平行的设置还包括该透明翼片平面与透明板法线所在的垂直平面之间，根据不同需求呈0°-55°夹角的垂直且沿水平方向相互平行的设置。

8.所述的根据权利要求1所述的新型保温隔热透明板块，其特征在于，所述的多个与边条呈垂直且相互间平行设置的透明翼片是等间距的排列、或左右两端处与中间部分呈不等间距的排列。

9.根据权利要求1所述的保温隔热透明板块，其特征在于，所述的夹层间距是指双层透明板之间隔热保温较合适的间距，其取值为≥12毫米。

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