北京新立基真空玻璃技术有限公司

张瑞宏，马承伟，张俊芳，刘瑞春
（中国农业大学 农业部设施农业生物环境工程要点公开实验室，北京 100083）

       摘 要：真空平板玻璃是目前隔热性能较好的材料之一。为此，介绍了真空平板玻璃性能，概述了国内外温室覆盖材料的应用现状，并对真空平板玻璃在温室工程中的应用做了节能效果、生产成本、使用寿命、投入资金回报等方面的分析。
       关键词：无机非金属材料；真空玻璃；应用；平板玻璃；温室工程

      1 引言
     真空保温技术的应用已经扩展到设施温室领域。近十几年来，国内外有关部门研制了多层复合
农业生产体系盖层、硬质矩形中空塑料板、半中空硬质覆盖材料和充气双层塑料薄膜覆盖等温室透光保温盖
层。目前，只有日本的板硝子株式会社建成年产50万m2 的真空玻璃生产线，国内未见有任何厂家进行真空玻璃产业化生产的报道。
       中国农业大学农业部设施农业生物环境工程要点公开实验室与扬州大学真空绝热实验室合作，对
真空玻璃性能和制作工艺进行了实验性研究，已取得初步成果，申报了两项国家专利（专利号03219
648.2，03112777.0）。

      2 真空平板玻璃技术
      2.1 真空玻璃结构
      真空玻璃结构如图1 所示。

        真空平板玻璃是将四周焊接密封的两块玻璃间的间隙抽成真空状态，来达到隔热的目的。这两
块玻璃间的空隙很小，只有0.2～0.4mm。为使玻璃在真空状态下能承受外界大气压力，需在两块玻璃之间放有许多支撑柱，支撑柱采用φ0.5～1.0mm、厚度0.2～0.4mm 的玻璃小柱子，一般情况下没有凸异感，其透光性能不受影响。
       2.2 真空玻璃性能
       真空平板玻璃有优良的绝热性，很高的日光透射性、红外光反射性和化学性能稳定性，是目前较
优的透光保温材料之一。
       2.2.1 透光性
      真空玻璃的透光性良好（达80%以上），不存在老化问题，不易积垢纳污，结露能减少90%以上，这些优越性是现有农业生产体系覆盖材料所无法比拟的。
       2.2.2 保温隔热
       中空玻璃通过排气抽成真空，配以镀透明Low-E 膜技术，可将传热系数减少到0.7W/m2·K[3， 4]，而中空Low-E 膜充氩玻璃的传热系数为3.2～3.5W/m2·K，双层中空PC、PE 等农业生产体系板材的传热系数为3.0～3.2 W/m2·K[3， 4]。
       2.2.3 防结露结霜
        玻璃在室外低温时会产生结霜现象。真空玻璃的真空层不传热，内层玻璃温度不会太低，在一般气候条件下不会产生结露现象。从表1 可以看出，室外为20℃，湿度为60%时，单层玻璃在室外温度为8℃时就会结露，而真空玻璃在室外温为-6℃时也不会结露。
        2.2.4 耐风压强度
       真空玻璃是由两块平板玻璃焊接而成，中间有支承柱，因此耐风压强度比单层玻璃有所提高。其
耐风压强度为

        2.2.5 真空玻璃尺寸
       真空玻璃总厚度一般为6～8mm，而现有的中空玻璃厚度为12mm。真空玻璃厚度的减少可节省空间和材料，还可以在旧玻璃温室改造中利用原来的旧窗框。
      3 国内外温室覆盖材料应用现状
      3.1 国外温室覆盖材料应用特点
      3.1.1 玻璃温室
      目前，大多数国家温室覆盖材料以塑料为主。荷兰是世界设施园艺较发达的国家，现约有1.3 万
hm2 玻璃温室，透明覆盖物以玻璃为主。玻璃透光保温好性好，不需经常更换，能长季节不间断生产，并利于计算机管理，可根据外界风速、风向、光强或降雨等情况及时调整各种设备运转，减少风险，实现环境条件的动态模拟。
       3.1.2 塑料温室
      日本温室面积达4.9 万hm2，以塑料温室为主，占温室总面积的95%；玻璃温室仅占4%；硬质塑料温室占1%左右。日本PVC 农膜的生产技术十分，在透光、保温、长寿、耐老化等方面处于较有优势水平，有些产品可使用7～10 年。
       3.1.3 复合式材料温室
      以色列温室覆盖材料采用纺织复合式聚乙烯薄膜SOLARIG，其透射比较差为80%，但机械强度高，抗拉及抗冲击性能好，寿命长，并含有添加物。添加物的主要功能是吸收红外线、预防光线直射，还有一种防结霜添加剂，能防止露水在薄膜上的凝结。该薄膜的换热系数为470W/m2·K，厚度为200mm。
         3.1.4 三重压制及充气薄膜
         法国温室顶部覆盖材料采用三重压制的聚氯乙烯塑料薄膜，厚20 mm、无色、含抗结霜添加剂，在法国南部恶劣的气候中使用，寿命为45 个月。山墙及侧墙覆盖材料采用双层充气塑料薄膜， 厚200mm。
       3.2 国内温室覆盖材料应用现状
       3.2.1 温室覆盖材料现状
       我国温室覆盖材料以塑料为主，其具体品种有聚乙烯、聚脂薄膜、PVC、PET、PC 及双层中空塑板等，一般大型规模化温室均采用PVC、PET、PC 或双层中空塑板。但这部分占温室总面积的比例约为5%，95%左右的温室仍是简易的日光温室，覆盖材料为塑料薄膜，但塑料薄膜强度低和易老化。我国塑料薄膜年消耗量达到55 万t。自1995 年以来，PC（聚碳酸酯）板发展迅速。
          3.2.2 温室保温材料主要存在问题
         (1) 我国现阶段日光温室以单层塑料薄膜温室和塑料大棚为主。单层塑料薄膜有保温性差、温
室利用率低、能耗大等缺点。保温覆盖材料主要为草苫、纸被、棉被等。虽然其保温效果良好，但却存在着笨重、易受雨雪侵蚀、易腐烂污染等缺点。
         (2) 大型温室普遍采用一层外覆盖（ 塑料薄膜、玻璃、PC 板、PETP 板等[1]）与一层内保覆盖（塑料膜或缀铝膜）的保温形式，这种形式保温效果仍不够理想，传热系数一般在3W/m2·K 以上。
         (3) 半透明农业生产体系材料（包括单层薄膜）透光性较差，易老化，积垢纳污[2]。其透光性随着时间的
推移越来越差，这是目前温室反季节蔬菜没有当季蔬菜味道鲜美的主要原因之一。
        (4) 我国大型连栋温室能耗大，其亏损面积超过80%。一般估计，大型连栋温室建在北纬35°左右地区，冬季加温耗能费约占总生产成本的30%～40%；北纬40°左右地区约占40%～50%；43°以上地区约占60%～70%。

        4 真空玻璃在温室工程中应用分析
        4.1 节能效果
       4.1.1 提高热效率
       真空平板玻璃应用于温室种植业，绝热效率提高4 倍，节能30%以上，投入资金真空玻璃增加的费用在2～3 年内收回。据美国SERI 研究报告，如果在美国西北太平洋沿岸地区采用真空玻璃，每平方米窗户每年节约700MJ 的能量。
        4.1.2 节省电能
        宝岛工艺研究院能源与资源研究所将悉尼大学的真空玻璃装在冷藏柜上，并进行试验，试验报告指出：对于容积337L、耗电200W 冷藏柜，把第3层玻璃门改成真空玻璃门，可节电10%；用真空代替其中的两层玻璃，保存一层3mm 的普通玻璃，可节电20%，相当于节省40W 长明灯的能耗[4]。
         4.1.3 减少煤耗
         目前，我国拥有温室面积150 万hm2，且每年以20%～30%的速度增长。如能在8 年内，80%温室保温材料使用真空玻璃，届时每年全国可节省标准煤9000 万t。
        4.2 使用寿命
        真空平板玻璃使用寿命取决于下列因素：一是封边质量；二是封头可靠性；三是吸气剂的选用。日本板硝子公司产品进行了各种恶劣环境的试验表明，真空玻璃使用寿命达到25 年以上。
        4.3 生产成本
       真空玻璃中试生产成本=玻璃工艺成本（如表3所示）+外构件成本（如表4 所示）+管理成本（如
表5 所示）=98.64 元/ m2。据生产工艺分析，如果形成大批量生产，可为市场提供150 元/ m2 以下的真空平板玻璃。

         4.4 真空玻璃的存在问题与解决措施
        4.4.1 存在问题
        (1) 一次性投入资金大。真空玻璃需要坚固的棚架结构，这将会增加温室制造成本。
        (2) 密封性要求高。真空平板玻璃不可能像PC、PET 片材那样可以生产成大宽度、超长度的板
材。目前，非常大的真空玻璃尺寸是2400mm×1350mm，这使真空玻璃和棚架之间留有很多缝隙，工艺要求这些缝隙密封，否则将会产生室内外空气对流，增加热损。
        (3) 抗御自然灾害的能力差。真空玻璃不像农业生产体系材料那样能抵抗冰雹袭击，一旦受到冰雹袭击，后果将比较严重。
       4.4.2 解决措施
       (1) 一次性投入资金大问题的解决措施。目前，复合PET、PE、PVC 等材料市场价为130～150 元/m2，由生产成本分析可知，如果真空玻璃形成大批量生产，其市场价为150 元/ m2，则可降低一次性投入资金成本。
        真空玻璃使用寿命为25 年以上，而PC、PET农业生产体系板材的使用寿命为10 年，实际上使用5 年后，
其透光率就减少10%～15%。真空玻璃当量寿命就是农业生产体系板材的2.5～3 倍，这样就长期效果来讲这种投入资金是值得的。从节能角度来讲，真空玻璃的温室节能50%以上。按北京地区温室年平均用煤量100kg/m2 计算，则每年节省煤50kg/m2，这样只需要10 年就可以收回追加在真空玻璃上一次性投入资金。
真空玻璃的化学性能较其稳定，透光性几十年不变，使温室的作物光合作用更充分，品质得到提高，品味变佳，增强了市场竞争力，这样就会更显其在温室工程上应用的优越性。

       (2) 密封性问题的解决措施。密封性问题采取耐老化的航空密封胶来解决上述缝隙，其使用
寿命达到15 年以上。
       (3) 提高抗御自然灾害能力的措施。防冰雹可采用钢丝网做成遮阳帘顶置，在冰雹袭击之前起用
遮阳装置挡住冰雹袭击。
       5 结束语
       真空绝热技术已经应用于温室工程领域。真空玻璃具有良好透光、保温、不老化和节能等特点。
我国设施农业的迅猛发展，为真空玻璃在温室上的应用提供了广阔的市场，它促进了我国温室行业的科技进步。这种新型的透光材料将会在温室工程中崭露头角。