Conhecimento do setor

Introdução

Com o desenvolvimento da conservação de energia em edifícios, o vidro isolante de três camadas e duas câmaras tornou-se o principal tipo de vidro para janelas externas. Comparado ao vidro isolante tradicional de câmara única, o aumento no número de câmaras melhora o desempenho de isolamento térmico. Enquanto o valor K do vidro isolante (6+16A+6) é de 2,7 W/mK, o valor K do vidro isolante (6+16A+6+16A+6) atinge 1,7 W/mK. Se forem aplicadas tecnologias como baixa emissividade (Low-E), preenchimento com gás inerte e faixas de borda quente, como no vidro isolante (6Low-E+16Ar+6+16Ar+6Low-E), o valor K pode chegar a 0,8 W/mK.

Embora melhore o desempenho de isolamento térmico de portas e janelas, o vidro isolante de três camadas e duas câmaras também aumenta o consumo de material. Primeiro, o peso do vidro aumenta, o que, por sua vez, aumenta a largura e a espessura do perfil e os requisitos de resistência das ferragens. No caso do vidro isolante de três camadas e duas câmaras, as duas camadas externas suportam as funções de suporte e carga. A principal função da camada intermediária é separar as câmaras, limitar a transferência de calor por convecção do gás de enchimento e, assim, aumentar a espessura da camada isolante, mas também deve atender a certos requisitos de desempenho mecânico. Para a função da camada intermediária, é fácil pensar que outros materiais finos sejam usados ​​para substituir a camada intermediária existente de 6 mm, formando assim um envidraçamento de três camadas com vidro fino.

1 Vidro isolante fino montado no centro

2TD

O vidro inorgânico é a principal forma de produto do vidro isolante de três camadas e duas câmaras. O método de redução de espessura é considerado a partir das três camadas de vidro que o constituem. O vidro externo está sujeito à ação do vento e é reduzido em espessura, desde que atenda aos requisitos de desempenho mecânico. O vidro interno não está diretamente sujeito à ação do vento, portanto, é utilizado como uma camada intermediária. Como a superfície de uso ainda requer desempenho mecânico, existe um certo potencial para redução de espessura. O vidro entre o interior e o exterior (vidro central) não suporta diretamente a ação do vento, portanto, possui o maior potencial para redução de espessura. A Lixil, do Japão, reduziu a espessura do vidro original (3+3+3) mm para (3+1,3+3) mm, com uma redução de peso de cerca de 19%; quando a redução de espessura é de (3+1,3+1,3) mm, a redução de peso é de cerca de 38%, conforme mostrado na Figura 1. O Laboratório Nacional do Pacífico Ocidental, nos Estados Unidos, substituiu o vidro isolante tradicional por um vidro isolante fino de alta eficiência energética. Foi realizada uma pesquisa sobre o efeito de economia de energia da substituição de vidros existentes em edifícios. O vidro isolante fino é composto por duas lâminas de vidro de 3,2 mm (1/8 de polegada) com película Low-E e uma lâmina de vidro fina de 16 mm (1/16 de polegada) no meio. Os resultados dos testes mostram que a economia de energia no sistema de climatização é de 0,2 a 18,7 kWh por dia na estação de aquecimento (economia de energia de 3% a 18% por pessoa) e de 2,5 a 8,0 kWh por dia na estação de resfriamento (economia de energia de 23% a 41%), além de uma redução na penetração sonora de 8 a 10 dB. O Laboratório Nacional Lawrence Berkeley inseriu uma camada fina de vidro de 0,7 mm em vidro isolante comum (vidro de 3 mm + 3 mm Low-E) para formar um vidro isolante fino, conforme ilustrado na Figura 2. Estudos demonstraram que, em climas predominantemente quentes (como Minneapolis, Minnesota), o potencial de economia de energia do vidro isolante fino em comparação com o vidro convencional para janelas externas é de 16%; em climas mistos (como Washington, D.C.), o potencial de economia de energia é de 12%; e em climas predominantemente frios (como Houston, Texas), o potencial de economia de energia é de 7%. A espessura do vidro utilizado em janelas externas no meu país tem aumentado. Na década de 1980, o vidro de 3 mm era a especificação dominante para vidro float no meu país. Após 1993, o vidro de 5 mm tornou-se o produto principal, e recentemente o vidro de 6 mm passou a ser o produto mais utilizado. Em 2013, Wang Xinchun e outros propuseram a sugestão de reduzir a espessura dos vidros planos. O consumo anual per capita de vidro plano no meu país é de 20,7 kg, o que representa 1,25 vezes o consumo dos países da UE, o dobro do consumo dos Estados Unidos e 2,6 vezes a média mundial. A espessura do vidro plano é um dos motivos para o consumo per capita anormal desse material no meu país. Estima-se que, se o vidro de 5 mm fosse reduzido para 4 mm em 2012, seria possível reduzir a produção de vidro em 7,1 milhões de toneladas e o consumo de matéria-prima em 7,71 milhões de toneladas, incluindo 6,35 milhões de toneladas de recursos naturais como areia de sílica e 1.36 milhões de toneladas de produtos químicos, como carbonato de sódio. O artigo propõe a transformação do modelo de desenvolvimento das indústrias e empresas, bem como o aprimoramento da tecnologia de produção. Cinco sugestões foram apresentadas, incluindo o ajuste do nível técnico da cadeia produtiva, o aumento dos esforços em pesquisa científica e o início imediato, pelos departamentos competentes, do trabalho de redução da espessura do vidro plano. Ao mesmo tempo, empresas como o Grupo CSG também estão buscando ativamente aplicações de vidros finos para janelas externas.

Atualmente, o desenvolvimento de vidro isolante fino apresenta boa adaptabilidade. Primeiro, para se adequar aos conceitos de desenvolvimento de "metas de carbono duplo", manufatura verde, edifícios verdes, etc., o vidro isolante fino impulsionará a economia de energia, a economia de materiais e a redução de carbono nas cadeias industriais de vidro, perfis, portas e janelas, fachadas cortina e transporte. Segundo, o vidro isolante de câmara dupla/múltipla é o principal produto da estrutura de fechamento transparente de alta eficiência e economia de energia do meu país e tem potencial para ser ainda mais fino. Terceiro, o vidro isolante fino central possui uma ampla base industrial, o que é propício para impulsionar a transformação e o desenvolvimento do setor. Quarto, a fabricação de vidro fino/ultrafino do meu país fornece materiais e base industrial. O vidro fotovoltaico do sistema sódio-cálcio-silício e o vidro de proteção podem fornecer produtos básicos. A conversão e a produção de vidro plano em vidro fino são incomparáveis ​​em tecnologia e produção. Comparado com cadinhos de vidro industrial e cadinhos de vidro arquitetônico:

2. Vidro isolante com materiais de película central

O vidro isolante com película orgânica central (como mostrado na Figura 3) divide uma única câmara em duas ou mais câmaras de vidro isolante. A película orgânica não funcional (película branca) apenas separa a câmara para limitar a convecção, aumentar a espessura da camada isolante e proporcionar leveza e finura. A película orgânica funcional (película refletora de calor) confere funções como baixa emissividade e aumenta o efeito de economia de energia, controlando a radiação térmica em relação à película branca. O vidro isolante com película central é fabricado pela empresa Southwall Technologies, dos Estados Unidos, e foi lançado em 1970, sendo utilizado em edifícios desde então. O vidro isolante com película refletora de calor possui excelentes propriedades térmicas, e Li Wu e outros pesquisadores têm conduzido estudos sobre o tema. O material da película central é um filme termoplástico que se contrai devido à termoplasticidade quando aquecido. A aplicação e instalação do material da película requerem intervenção manual, o que aumenta o custo de produção. He Xueping e outros pesquisadores estudaram o projeto do processo de montagem do sistema de vidro isolante com película central. A redução do custo dos materiais de membrana, a implementação da instalação automática de membranas, a redução do grau de intervenção manual e dos custos de processamento correspondentes serão os pontos-chave para o desenvolvimento do vidro isolante com película central.

3 Vidro isolante composto de vidro verdadeiro

O vidro a vácuo é um produto de vidro composto por duas ou mais lâminas de vidro com colunas de suporte. A periferia é selada para formar uma cavidade, que é evacuada para criar um vácuo. Considerando o equilíbrio entre a transferência de calor e a resistência das colunas de suporte, o número e a área destas devem ser minimizados. Assim, selecionam-se colunas com pequena área de seção transversal e comprimento reduzido, sem comprometer o efeito visual. Teoricamente, a transferência de calor por convecção e condução não está relacionada à espessura da camada de vácuo. A espessura da camada de vácuo geralmente varia entre 0,15 e 0,25 mm. Pelo menos uma das lâminas de vidro a vácuo é feita de vidro de baixa emissividade para garantir um isolamento eficaz nos três modos básicos de transferência de calor: condução, convecção e radiação. Portanto, o vidro a vácuo é um produto de vidro fino altamente eficiente. Somente o vidro isolante composto a vácuo pode aproveitar ao máximo o desempenho de isolamento do vidro a vácuo, e sua estrutura é mostrada na Figura 4. Embora haja uma camada de vidro no meio do vidro isolante a vácuo, essa camada é afetada pela pressão atmosférica após a aplicação do vácuo e suporta a pressão da coluna de suporte, limitando assim a redução da espessura do vidro a vácuo. O vidro a vácuo, com sua alta eficiência e desempenho de economia de energia, reduz a espessura total do vidro isolante composto, atingindo o objetivo de redução da espessura. O nível de produção de vidro a vácuo no meu país avançou muito, mas o custo ainda é o principal fator que afeta sua promoção. Pelo menos uma camada de vidro a vácuo é feita de vidro de baixa emissividade para obter isolamento eficaz nos três modos básicos de transferência de calor: condução térmica, convecção e radiação térmica. Portanto, o vidro a vácuo em si é um produto de vidro fino altamente eficiente. Somente o vidro isolante composto a vácuo pode aproveitar ao máximo o desempenho de isolamento do vidro a vácuo, e sua estrutura é mostrada na Figura 4. Embora haja uma peça de vidro no meio do vidro oco, esta peça é afetada pela pressão atmosférica após o processo de vácuo e suporta a pressão da coluna de suporte, limitando assim a redução da espessura do vidro a vácuo. O vidro a vácuo, com sua alta eficiência e desempenho de economia de energia, reduz a espessura total do vidro oco composto, atingindo o objetivo de redução da espessura. O nível de produção de vidro a vácuo no meu país avançou bastante, mas o custo ainda é o principal fator que limita sua expansão.

4 Vidro oco de aerogel

O aerogel possui excelente desempenho de isolamento térmico e é leve. Sua inserção em vidros ocos permite alcançar espessura reduzida, alta eficiência e economia de energia. O valor K do vidro oco (6+12A+6) é de 2,8 W/mK, o valor K do (6Low-E+12A+6) é de 1,8 W/mK e o valor K do (6+12aerogel+6) atinge 1,0 W/mK. Uma maneira viável de inserir o aerogel no meio é utilizar partículas de aerogel como preenchimento, o que tem um custo relativamente baixo. A diferença entre o índice de refração formado pela interface aerogel-partícula e o índice de refração do vidro e a transparência do próprio aerogel aumentará o valor de opacidade do vidro isolante, afetando sua transparência. Reduzir o valor de opacidade do próprio aerogel e obter um compósito de aerogel em peça única (em vez de partículas) é uma das maneiras eficazes de melhorar a transparência. A estrutura de fechamento transparente da fachada do edifício (portas e janelas externas, fachadas cortina) tem altos requisitos de transparência e espera-se que seja amplamente utilizada na estrutura de fechamento para fins de iluminação. No entanto, é necessário estudar os efeitos da acumulação de calor da radiação solar e dos choques térmicos (frio e calor) nas propriedades mecânicas do vidro isolante.

5 Resumo

A redução da espessura do vidro isolante é uma tendência de desenvolvimento com múltiplos benefícios, como economia de material, energia e carbono. Como estratégia e opção de desenvolvimento, o vidro isolante com camada intermediária fina possui uma base sólida de industrialização e vantagens de custo significativas, sendo a direção preferencial para o desenvolvimento. O vidro isolante com película intermediária e o vidro isolante composto a vácuo apresentam alta espessura, com potencial de aplicação em novas construções e vantagens evidentes na substituição do vidro em projetos de eficiência energética de edifícios existentes. Como direção futura de desenvolvimento, o vidro isolante com aerogel deve ser aplicado em estruturas de iluminação.