摘要：本文介绍了组合真空玻璃，包括“中空+真空”、“中空+真空+中空”、“组合真空夹层玻璃”、“双真空层玻璃”与太阳辐射相关参数的计算方法。

　　关键字：组合真空玻璃，太阳辐射，透射比，反射比，吸收比

　　在“真空玻璃传热系数的简易计算”[1]一文中介绍了真空玻璃的热阻、传热系数（K值或U值）等表征门窗玻璃内外温差引起的传热的参数计算。在“真空玻璃与太阳辐射相关参数的计算”[2]一文中，介绍了由两片玻璃组成的真空玻璃与太阳辐射相关参数的计算。本文在上述计算的基础上，介绍由三片以上玻璃组成的“组合真空玻璃”与太阳辐射相关参数的计算，计算涉及的原理及方法大部分也适用于三片以上玻璃或透明材料构成的双中空、夹层玻璃的相关计算。

　　组合真空玻璃是把真空玻璃当成一片玻璃再与其它玻璃深加工技术结合而形成的“真空＋中空”、“真空＋夹层”等玻璃深加工产品，使真空玻璃与其它技术结合而取长补短，得到高隔热、高隔声且安全的综合性能优势[3]。如果真空玻璃再发展为双真空层玻璃，性能更为优越。可以把以上这些组合称为“超级玻璃”或“超级真空玻璃”[4]，下面分别讨论上述几种组合真空玻璃的计算。

　　为了方便起见，现列出[2]中已推导出的计算两片玻璃构成的真空玻璃各项参数的部分公式：

　　计算可见光、紫外线、太阳辐射透射比和反射比的公式：

　　        （1）
　　        （2）

　　计算太阳辐射直接吸收比的公式：

　　        （3）
　　        （4）

　　为了方便，也列出[2]中作为计算例用的几种玻璃原片的参数表1和使用这些原片算出的四种真空玻璃的参数表2。

序 号	生产厂	品种	基片 颜色	反射 颜色	测试面	紫外线（%）		可见光（%）		太阳辐射（%）				辐 射 率 ε
						透射比 τuv	反射比 ρuv	透射比 τvis	反射比 ρvis	透射比 τe	反射比 ρe	遮阳 系数 Se	得热 系数SHGC
1	南玻	6CEB14-60/TB	clear	浅灰	膜面	42.12	20.51	59.77	2.41	42.53	20.48	62.8	54.1	0.11
					玻面	42.12	14.22	59.77	15.19	42.53	20.26	56.1	48.3	0.84
2	南玻	6CET11-80S/TB	clear	无色	膜面	36.48	12.11	77.96	5.9	56.76	21.77	73.2	63.4	0.11
					玻面	36.48	13.24	77.96	10.41	56.76	20.09	69.3	59.9	0.84
3	南玻	6 clear (5.931mm)	clear	无色	空气面	69.91	7.11	89.57	8.21	83.41	7.51	98.7	85.7	0.84
					锡面	69.91	7.25	89.57	8.2	83.41	7.52	98.7	85.7	0.84
4	南玻	4 clear (3.947mm)	clear	无色	空气面	74.55	7.77	90.1	8.65	85.85	8.06	100.6	87.4	0.84
					锡面	74.55	7.94	90.1	8.66	85.85	8.1	100.5	87.4	0.84
5	南玻	3 clear (2.842mm)	clear	无色	空气面	77.26	7.56	90.13	8.21	87.64	7.8	102.1	88.8	0.84
					锡面	77.26	7.64	90.13	8.21	87.64	7.8	102.1	88.8	0.84
6	皇明	wpc2C10A	clear	浅灰	膜面	31.4	34.4	75.8	5.4	52.8	25.5	60.7	52.2	0.10
					玻面	31.4	16.9	75.8	7.6	52.8	17.7	67.7	58.2	0.84
7	皇明	wpc2C08A	clear	浅灰	膜面	25.8	39.0	72.4	7.1	48.7	29.8	65.5	56.3	0.08
					玻面	25.8	18.4	72.4	9.0	48.7	20.6	63.5	54.6	0.84

表1 几种浮法白玻和LOW-E玻璃的辐射参数

序   号	品种	安装方式	紫外线（%）		可见光（%）		太阳辐射（%）				LOW-E发射率 ε	K值 Wm-2K-1
			透射比 τuv	反射比 ρuv	透射比 τvis	反射比 ρvis	透射比 τe	反射比 ρe	遮阳 系数 Se	得热系数SHGC
1	南玻 6CEB14-60/TB +V+N4	A	31.92	15.65	53.96	18.29	37.13	21.75	46.05	40.94	0.11	0.86
		B	31.92	19.36	53.96	10.61	37.13	23.40	74.97	66.65	0.11	0.86
2	南玻6CET11-80S/TB +V+N4	A	27.46	14.31	70.60	15.70	49.60	22.75	60.35	53.65	0.11	0.86
		B	27.46	14.57	70.60	13.46	49.60	24.39	75.12	66.78	0.11	0.86
3	皇明  wpc2C10A +V+N4	A	24.07	17.70	68.62	12.63	46.29	20.01	56.63	50.34	0.10	0.82
		B	24.07	27.43	68.62	13.05	46.29	27.25	71.74	63.78	0.10	0.82
4	皇明 wpc2C08A +V+N4	A	19.85	18.95	65.63	13.57	42.84	22.57	52.46	46.64	0.08	0.76
		B	19.85	30.14	65.63	14.45	42.84	30.56	55.22	49.09	0.08	0.76

 

　　表2 四种标准真空玻璃与太阳辐射相关参数(计算值)

　　注： N4－4mm白玻　　　　V－0.15mm真空层　　A－LOW-E膜在从外数第二表面　　　　B－LOW-E膜在从外数第三表面

 

　　1．“真空+中空”组合玻璃与太阳辐射相关参数的计算

　　“真空+中空”组合真空玻璃有“中空+真空”和“中空+真空+中空”两种可能的结构，如图1所示。

　　A．“中空+真空”结构           B．“中空+真空+中空”结构

　　图1 “真空+中空”组合真空玻璃的两种结构

　　1．1“中空+真空”组合真空玻璃的计算

　　1．1．1 “中空+真空”可见光、紫外线、太阳辐射透射比、反射比的计算

　　在计算图1A三片玻璃板构成的“中空+真空”结构的可见光、紫外线和太阳辐射透射比和反射比时，可以采用分步计算法，先算出真空玻璃的相关参数（如表2所列），然后把真空玻璃当作“一片”玻璃，利用公式（1）和（2）算出透射比和反射比。也可以用图中真空玻璃的透射比代替（1）中的τ2，用反射比代替（1）中的ρ2，推导出三片玻璃的透射比：

　　        （5）

　　同理,由公式（2）可推导出三片玻璃的反射比：

　　        （6）

　　把三片玻璃的相关参数代入公式（5）和（6），也可以算出图1A“中空+真空”结构的透射比和反射比。

　　1．1．2 “中空+真空”结构太阳辐射直接吸收比的计算

　　在图1A三片玻璃的情况下，先把第2，3两片玻璃看作一个组合，利用前面公式（3）计算出第1片玻璃的吸收比

　　式中ρ23是第2，3片玻璃组合后的反射比，由公式（2）可得

　　将此式代入上式并化简后可得：

        （7）

　　再把第1、2两片玻璃看作一个组合，利用公式（4）计算出第3片玻璃的吸收比

 

　　式中τ12是第1、2两片玻璃组合后的透射比，根据公式（1）可得

 

　　是第1、2两片玻璃组合射线由内射向外的反射比，根据公式（2）可得

 

　　将此二式代入，并化简，可得：

　　        （8）

　　为了求出第2片玻璃的吸收比 ，可以有多种途径，这里选择其中一种作推导，其思路可由公式：  表示，即先求出2、3两片玻璃组合的吸收比 ，再减去第3片的吸收比 ，即可得到 。

　　推导如下：

　　由公式（4）可得：  

　　式中

　　由公式（1）可得：

　　由公式（2）可得： 

　　故

 

　　由此可得

 

　　将 , 代入上式并化简得到

 

　　将上式分母第二项中的 用 代替并化简后得到

　　        （9）

　　此式物理意义非常清楚，第一项有 因子，代表第二片玻璃正面（辐射由外向内射入方向）的吸收项，第二项有 因子，代表从反面的吸收项。上面推导中有意引入 和 也正基于此。同理也可以分析公式（7）和（8）的物理意义。

　　1.1.3“中空+真空”结构太阳辐射总透射比及遮阳系数的计算

　　常用“中空+真空”结构有两种安装方式，如图2所示：

 

　　图2 “中空+真空”结构的两种安装方式

　　参照[2]中3.5，真空玻璃太阳辐射总透射比的计算的相同原理，可根据图3写出向内的二次辐射传递系数qi

 

　　图3 “中空+真空”结构向内外二次辐射示意图

　　（10）

　　式中：R组合为“中空+真空”组合的总热阻

　　 为传热阻

　　由此可算出太阳辐射总透射比g(或得热系数SHGC )

　　并由   求出遮阳系数Se

　　用表2中序号2的标准真空玻璃与表1中序号3的6mm普通白玻组合成“真空＋中空”后的参数，汇总列于表３。 

序   号	品种	安装方式	紫外线（%）		可见光（%）		太阳辐射（%）				LOW-E发射率 ε	K值 Wm-2K-1
			透射比 τuv	反射比 ρuv	透射比 τvis	反射比 ρvis	透射比 τe	反射比 ρe	遮阳 系数 Se	得热系数SHGC
1	N6+A12+6CEB14-60/TB+V+N4	图2A	22.58	14.85	49.07	23.11	31.49	22.89	44.40	39.47	0.11	0.74
		图2B	22.64	16.70	48.75	16.80	31.52	24.08	65.25	58.02	0.11	0.74
2	N6+A12+6CET11-80S/TB+V+N4	图2A	19.40	14.17	64.07	20.97	42.09	23.62	54.76	48.68	0.11	0.74
		图2B	19.41	14.31	63.94	19.13	42.14	24.80	65.25	58.02	0.11	0.74
3	N6+A12+wpc2C10A+V+N4	图2A	17.05	15.87	62.11	18.45	39.2	21.64	52.6	46.76	0.10	0.71
		图2B	17.17	21.07	62.12	18.79	39.42	26.87	62.65	55.7	0.10	0.71
4	N6+A12+wpc2C08A+V+N4	图2A	14.07	16.5	59.44	19.22	36.35	23.48	49.1	43.65	0.08	0.66
		图2B	14.19	22.17	59.48	19.94	36.57	29.27	59.35	52.76	0.08	0.66

　　表３ 中空＋真空”组合玻璃与太阳辐射相关参数（计算值）

 　　注： N4－4mm白玻　　　　V－0.15mm真空层           A12－12mm空气

 

　　1．2 “中空+真空+中空”组合真空玻璃的计算

　　1.2.1“中空+真空+中空”可见光、紫外线、太阳辐射三种射线透射比、反射比的计算

　　对于图1B“中空+真空+中空”结构中涉及4片玻璃的情况也可以采取分步计算法，先算出真空玻璃的参数，再把此参数当作一片玻璃的参数代入公式（5）和（6）即可算出透过比和反射比。当然也可以推导出4片玻璃的总公式来进行计算，只要用 代替（5）中的τ3，用 代替（5）和（6）中的ρ3，就可推导出四片玻璃的透射比：

　　        （11）

　　及四片玻璃的反射比：

　　        （12）

　　1．2．2“中空+真空+中空”太阳辐射直接吸收比的计算

　　在图1B所示4片玻璃的情况下，可参照1.1.2的方法，先把2、3、4三片玻璃看作一个组合，利用前面公式（3）计算出第一片玻璃的吸收比：

 

　　式中 是第2、3、4三片玻璃组合的反射比，由公式（6）可得：

 

　　将此式代入前式并化简可得：

　　    （13）

　　同理，可以把1、2、3三片玻璃看作一个组合，利用前面公式（4）计算出第4片玻璃的吸收比：

　　式中 是1、2、3三片玻璃组合的透射比，由公式（5）可得：

　　是1、2、3三片玻璃组合的反向反射比，由公式（6）可得：

　　将此二式代入前式并化简可得：

　　    （14）

　　为求第二片玻璃的吸收比可以有多种途径，这里选择其中一种作推导：其思路可由公式 表示，即先推算出2、3、4三片玻璃组合的吸收比 ，再减去3、4两片玻璃组合的吸收比 ，即可得到 。

　　推导如下：

　　由公式(4)可得：

　　式中

　　由公式(5)可得：

　　由公式(6)可得：

　　故

　　由此可得：

　　(15)

　　同理，为求第3片玻璃的吸收比 ，可先求出3、4两片玻璃组合的吸收比 ，再减去第4片的吸收比 ，即可得到 ，其思路可由公式表示为：

　　推导如下：

　　由公式(4)可得：

　　式中

　　由公式(1)可得：

　　由公式(2)可得：

　　故

　　        (16)

　　1．2．3“中空+真空+中空”太阳辐射总透射比和遮阳系数的计算

　　“中空+真空+中空”结构一般情况下只选用一层LOW-E膜，而且为了提高热阻，降低K值，把LOW-E膜置于真空玻璃内表面，在安装时有图4A和B两种方式。

 

　　图4 “中空+真空+中空”结构的两种安装方式

 

　　图5为“中空+真空+中空”结构向内外二次辐射示意图

 

　　由图可以得到向内二次辐射传递系数qi的表达式为：

　　(17)

　　上式中  为传热阻

　　由(17)式计算出qi后就可进一步计算出太阳辐射总透射比：

　　遮阳系数 

　　将表2的标准真空玻璃与两片表1序号3的6mm普通白玻组合成“中空＋真空＋中空”结构的太阳辐射相关参数列于表4。

　　表4 “中空+真空+中空”与太阳辐射相关参数（计算值） 

序   号	品种	安装方式	紫外线（%）		可见光（%）		太阳辐射（%）				LOW-E发射率 ε	K值 Wm-2K-1
			透射比 τuv	反射比 ρuv	透射比 τvis	反射比 ρvis	透射比 τe	反射比 ρe	遮阳 系数 Se	得热系数SHGC
1	N6+A12+6CEB14-60/TB+V+N4+ 12A+N6	图4A	16.01	15.22	44.43	25.11	26.75	23.66	41.28	36.7	0.11	0.65
		图4B	16.01	17.09	44.43	18.78	26.75	24.84	60.13	53.46	0.11	0.65
2	N6+A12+6CET11-80S/TB+V+N4+ 12A+N6	图4A	13.71	14.46	58.22	24.39	35.82	24.98	51.19	45.51	0.11	0.65
		图4B	13.71	14.59	58.22	22.54	35.82	26.16	60.9	54.14	0.11	0.65
3	N6+A12+wpc2C10A+V+N4+ 12A+N6	图4A	12.16	16.08	56.42	21.66	33.43	22.83	48.91	43.48	0.10	0.63
		图4B	12.16	21.01	56.42	22	33.43	28.05	58.32	51.85	0.10	0.63
4	N6+A12+wpc2C08A+V+N4+ 12A+N6	图4A	10.06	16.65	54.04	22.16	31.06	24.5	43.5	38.67	0.08	0.59
		图4B	10.06	22.32	54.04	22.88	31.06	30.3	31.73	28.21	0.08	0.59

注： N4－4mm白玻　　N6－6mm白玻　　　V－0.15mm真空层      A12－12mm空气

 

　　2． 组合真空夹层玻璃与太阳辐射相关参数的计算

　　2．1计算依据

　　组合真空夹层玻璃一般有图6A、B、C三种结构：

　　　　图6　组合真空夹层玻璃三种结构示意图

　　可将夹层玻璃作为“一片”玻璃，将其参数代入本文前面推导出的相关公式计算出图6中三种结构及不同安装方式的与太阳辐射相关参数。

　　由耀华科达新材料有限公司提供的夹层玻璃的相关参数如下表5所示，其结构为N5+E0.38+N5。

　　表5　一种夹层玻璃与太阳辐射相关参数(实测值)

材料	紫外线（%）		可见光（%）		太阳辐射（%）
	透射比τuv	反射比ρuv	透射比τvis	反射比ρvis	透射比τe	反射比ρe
5mm白玻	54.60	10.50	88.53	9.80	81.97	9.02
N5+E0.38+N5	41.85	10.31	83.84	9.92	72.25	8.86

 

 

 

 

　　注： N5－5mm白玻　　　　　E0.38－0.38mm EVA膜

　　作为计算例，将此结构的夹层玻璃组合成图6C“夹层真空+中空”结构(LOW-E膜在从左数第5表面)，此结构与太阳辐射相关参数列于表6。

　　表6“夹层真空+中空”结构与太阳辐射相关参数（计算值）

序号

品种

安装 方式

紫外线（%）

可见光（%）

太阳辐射（%）

LOW-E发射率 ε

K值 Wm-2K-1

透射比 τuv

反射比 ρuv

透射比 τvis

反射比 ρvis

透射比 τe

反射比 ρe

遮阳 系数 Se

得热 系数SHGC

1

N5+E0.38+N5+V+ 6CEB14-60/TB+A12+N4

图6C

13.60

14.24

46.01

13.83

27.35

18.97

58.05

51.61

0.11

0.74

　　注： N4－4mm白玻　　V－0.15mm真空层   E0.38－0.38mmEVA膜　　A12－12mm空气

　　3．双真空层玻璃与太阳辐射相关参数计算

　　3．1计算依据

　　双真空层玻璃按镀膜玻璃数量的不同有图7A、B、C、三种基本结构。(若采用三片镀膜玻璃，可见光的透过率太低，而且对K值的贡献与增加的成本不成比例，故不采用)

　　A．三片白玻组成的双真空层玻璃　　B．两片白玻与一片镀膜玻璃组成的双真空层玻璃　　C．一片白玻与两片镀膜玻璃组成的双真空层玻璃　　　　　　　　　　　　　　

　　图7 双真空玻璃的三种基本结构

　　图7B两片白玻与一片镀膜玻璃组成的双真空层玻璃按膜面的位置不同有如图8Ａ、Ｂ两种结构，此两种结构又有如图9所示四种安装方式。

　　A． LOW-E膜在从左数第二表面  B．LOW-E膜在从左数第三表面

　　图8　两片白玻与一片镀膜玻璃组成的双真空层玻璃的两种结构

　　A． LOW－E膜在从外数第二表面　B．LOW－E膜在从外数第5表面　　C．LOW－E膜在从外数第3表面　　D．LOW-E膜在从外数第4表面
　　　　　　　　　　　　　　　
　　图9　图8中两种结构的四种安装方式

　　图7C一片白玻与两片镀膜玻璃组成的双真空层玻璃按膜面的位置不同，有如图10所示两种结构。

　　A． LOW-E膜在从左数第2、4表面       B．LOW-E膜在从左数第2、5表面
　　           
　　图10　一片白玻与两片镀膜玻璃组成的双真空层玻璃的两种结构

　　图10Ａ结构又有如图11所示两种安装方式

　　A． LOW-E膜在从外数第2、4表面          B．LOW-E膜在从外数第3、5表面
　　              
　　图11　图11A结构的两种安装方式

　　双真空层玻璃与太阳辐射相关参数的计算与“中空+真空”结构的计算方式类似，可以把其中两片玻璃组成的真空玻璃当做“一片”玻璃，利用前面1.1中的方法计算，也可以用前面1.1中三片玻璃的公式计算。

　　表7列出了用表1中序号1的镀膜玻璃与序号4的白玻制成的上述几种双真空层玻璃与太阳辐射相关参数。

  

序号	品种	安装 方式	紫外线（%）		可见光（%）		太阳辐射（%）				LOW-E发射率 ε	K值 Wm-2K-1
			透射比 τuv	反射比 ρuv	透射比 τvis	反射比 ρvis	透射比 τe	反射比 ρe	遮阳 系数 Se	得热 系数SHGC
1	N4+V+N4 +V+N4	图7A	42.10	14.73	74.71	21.6	64.42	18.39	80.56	71.62	0.84	1.46
2	6CEB14-60/TB+V+ N4+V+N4	图9A	24.17	16.41	49.07	20.83	32.49	22.89	41.57	36.96	0.11	0.46
		图9B	34.16	18.79	49.07	17.36	32.50	26.85	70.61	62.77	0.11	0.46
		图9C	24.10	20.17	49.41	14.22	32.45	24.55	57.46	51.08	0.11	0.46
		图9D	24.10	16.58	49.41	23.74	32.45	24.37	57.55	51.16	0.11	0.46
3	6CEB14-60/TB+V+ 6CEB14-60/TB +V+N4	图10B	13.89	17.09	32.39	21.75	16.53	24.37	24.57	21.84	0.11	0.46
		图11A	14.00	17.79	32.33	18.99	16.58	24.71	35.6	31.65	0.11	0.46
		图11B	13.89	21.52	32.39	11.31	16.53	29.54	41.78	37.14	0.11	0.46

　　表7.双真空层玻璃太阳辐射相关参数(计算值)

　　由以上论述可以看出，与普通真空玻璃相比，组合真空玻璃的遮阳系数都有所下降，降低了太阳辐射向室内传热，而且传热系数降低，又大大减少了温差引起的传热，增强了隔热保温效果；通过与钢化玻璃组合成“中空+真空”结构或制成夹胶玻璃，解决了普通真空玻璃的安全问题，使安全性提高。

　　缺点是组合后整体厚度增大，重量增加，可见光透射比降低。

　　参考文献：
　　[1] 唐健正，《真空玻璃传热系数的简易计算》，“建筑门窗幕墙与设备”，2006年第３期。
　　[2] 唐健正、王立国、李洋，《真空玻璃与太阳辐射相关参数的计算》。
　　[3] 唐健正、朱亚勇,《真空玻璃的综合性能优势》，“中国玻璃资讯”，2006年第1期。
　　[4] 唐健正,《超级玻璃与超级真空玻璃》，“中国玻璃”，2003年第5期。

　　作者简介：

　　唐健正（Tang Jianzheng）：

　　澳大利亚籍华裔学者，1938年12月生于云南昆明。1957年至1963年北京大学物理系毕业，1963年至1990年北京大学物理系助教、讲师、副教授、教研室主任，1990年以高级访问学者名义到悉尼大学应用物理系工作期间与该系主任 R.E.Collins教授合作申请五项真空玻璃国际发明专利，1995年日本“板硝子”玻璃公司取得专利使用权并于1997年投产，成为世界首家推出真空玻璃的厂商。日本报纸称真空玻璃为“神奇玻璃”，认为这些专利开创了真空玻璃新纪元使科学家自1883年发明保温瓶以来的百年梦想成真。

　　与R..E.Collins教授等人合作发表了多篇论文，其中1993年在国际“太阳能”杂志上发表的“透明真空平板玻璃”一文获1997年国际太阳能协会颁发的“鲁道夫最佳论文奖”，真空玻璃成果也获得澳大利亚科技奖。1993年由悉尼大学提名以“特殊技能人才”类别加入澳大利亚籍。

　　1998年10月回国继续研发真空玻璃，并在青岛建立实验基地。2001年加入“北京新立基真空玻璃技术有限公司”任技术总监兼“北京东方新立基新材料研究所”所长，又申请十多项专利，有些专利解决了真空玻璃发展中的一些难题，具有国际领先水平。

　　北京新立基真空玻璃技术有限公司
　　地址:北京海淀区阜石路玉海园五里20号楼北一层
　　邮编：100039
　　联系电话：010-88269921
　　Email:tang@bjsng.com

　　李洋  Li Yang:

　　出生日期:1983.1.9     性别:女     籍贯:辽宁省昌图县

　　2005年取得东北大学过程装备与控制工程专业学士学位,同年7月就职于北京新立基真空玻璃技术有限公司，从事真空玻璃吸气剂课题的研究工作 。