一、引　言

    氣體的定義

    氣體是一種沒有確切體積或形狀的物質，具有自由運動可填充任何空間的特點。

    二、中空玻璃的產生

    人們較初將兩片玻璃合起密封時，目的并不是為了節能，而是為了避免清洗兩片玻璃內側。兩片密封合成的玻璃的熱性能與傳統的兩片玻璃(一片玻璃另一片為防風暴)的熱性能是相同的。但是，將兩片玻璃密封合成卻帶來了新的問題，即兩片玻璃之間出現的水氣產生冷凝現象。為除去密封在空氣腔內的水氣，人們使用干燥劑，并改進密封膠的性能防止水氣進入干燥的空氣腔內。

    圖1表示單片玻璃熱阻值為1，圖2表示雙片普通中空玻璃白玻空氣腔內為空氣。 密封性能的改善將非常少量的水氣分子排在外，也為在密封的空氣腔內使用除空氣外的其他氣體提供了一個機會。美國專利2756467將干燥的氮氣注入玻璃的空氣層內。氮氣占空氣成份的80％，因此其熱效能并沒有改變。美國專利3683974將氟化碳氣體注入空氣層內。與空氣相比，氟化碳雖然具有較好的保溫性能，但是其化學性質在陽光下不穩定。玻璃層內形成花斑。人們也嘗試使用了二氧化碳。但二氧化碳呈酸性，與中空玻璃間隔條和玻璃內側的鍍鏌起化學反應。

    三、惰性氣體的種類

    金玻公司較常用于中空玻璃的惰性氣體有氬氣、氪氣和氙氣。它們共同的特點是性能穩定、不活潑并比空氣導熱小的特點。這三種惰 性氣體中，氬氣較豐富，約占我們呼吸的空氣的1％，因此應用起來較經濟。圖3給出貴重氣體的一系列性質，以及它們在元素周期表中的位置惰性氣體位于元素周期表中的第8組。惰性氣體從其化學結構上看不與任何元素結合。除氦氣有兩個電子外，其他惰性氣體都帶有8個電子(見圖4)。

    因為中空玻璃的部分保溫是空氣層內的氣體起作用，因此增加空氣層的厚度可以提高整窗的熱阻值。例如，同樣是中空玻璃，1/2英寸的空氣層的熱阻值比1/4英寸的熱阻值要高。但是，提高空氣層的厚度的效果卻是有一定限度的。超越一定的厚度，兩片玻璃間的空氣對流就要增加，靠近內片玻璃的熱能通過空氣流動傳到外片玻璃。這種情況下進一步提高空氣層的厚度并不會導致熱阻值的增加。

    四、熱阻值的增減

    一般來說，對普通白玻內含空氣的中空玻璃來說，中空玻璃空氣層的較佳距離為12－18。當空氣層小于12，熱傳導增加迅速，減少熱阻。當中空窗的空氣層大于18，空氣層內產生熱對流，其節能效果略有下降。在空氣層從31起空氣層內的熱阻值內的熱阻值又繼續增加直到空氣層為80這一點，這與在空氣層為12時的熱阻值的情況相類似(見圖5)。

    氣體對流成為熱傳遞的主要因素時，中空玻璃空氣層的確切厚度取決于中空玻璃的高度，使用的惰性氣體，以及室內外的溫差。

    長波輻射通過白玻十分容易。50％的能源穿透白玻是輻射的結果。25％的能源損失是熱傳導所導致。如果不能解決由熱輻射帶來的大量熱損失，即使往中空玻璃內充惰性氣體效果也不會很明顯的。六氟化硫(SF6)是人工合成的氣體，研究結果顯示，六氟化硫雖然具有一定的吸收或捕捉長波輻射的能力，但改善的效果是十分有限的。向中空玻璃內充惰性氣體得以繼續得益于LOW－E玻璃的出現及在中空玻璃方面的應用。LOW－E玻璃的鍍鏌有效地阻擋住了輻射熱傳遞。由于輻射傳導得到了控制，氬氣被用來減少熱傳導損失(見圖6)。

    表1列出使用不同組合玻璃和氣體的熱阻值。

    從表1可見：
    1.白玻與空氣組合的中空玻璃的熱阻值是普通單玻熱阻值的2倍；
    2.白玻與氬氣組合的中空玻璃的熱阻值較內含空氣的中空玻璃的熱阻值提高10％，即節能10％；
    3.如果中空玻璃要素的配置該為LOW－E玻璃和空氣，這時熱阻值比上述兩種情況分別提高65％和50％；
    4.如果中空玻璃的要素進一步該為LOW－E玻璃和氬氣的組合，則中空玻璃的熱效上述三種情況分別提高100％、82％和21％。

    表1 中空玻璃的阻值 空氣層 熱阻值

    1.氬氣、氪氣和氙的傳導性較空氣低。
    2.氪氣和氙氣的熱效能與氬氣相比分別高1/3和1/2；換句話說當它們的熱效能大致相同條件下，氪氣和氙氣的空氣層卻只是氬氣空氣層間隔的2/3到1/2。
    3.氪氣可用來制作空氣層較小熱性能高的中空玻璃。通常使用氬氣較多的情況是用來制作三層中空玻璃，中將一層為隔膜(圖7)。

    4.自然狀態下的氙氣非常非常少，提純價格高，因而很少用于中空玻璃的制作。
    5.六氟化硫、二氧化炭和氟立昂已從市場消失。二氧化炭具有酸性，六氟化硫和氟立昂在太陽光下不穩定揮發破壞臭氧層。

    較初這些效率高能中空玻璃的賣點是節能，但人們很快就發現在接近玻璃的附近人們感覺比較舒服，這是由于玻璃表面的溫度較高所致。1970年，中空玻璃僅占市場的14％，但到了1996年，中空玻璃上升為90％并仍在增長。在不到15年的期間內，LOW－E玻璃已占市場 的2/3，據估測到 2010年，LOW－E玻璃將上升到市場的88％。向中空玻璃內充氬氣伴隨著 LOW－E玻璃的使用而增加。因為充氬氣節能效果顯著、成本低廉、并簡單易行，所以一般來說，使用LOW－E玻璃的中空玻璃廠家通常也使用氬氣。許多廠家提供兩種產品，一種為白玻的中空玻璃，另一種為LOW－E玻璃內充惰性氣體的中空玻璃。

    圖8中空玻璃表面溫度 六、充氣的方法
    通常使用的惰性氣體的充氣方法有三種：
    1.將中空玻璃放在一個密封充氣的環境里，然后向內加壓充氣。
    2.將中空玻璃放到一個密封倉內，在將倉內和中空玻璃內的氣體排出，用惰性氣體代替中空玻璃內原有的空氣。
    3.在中空玻璃一側插入一個和幾個細管，然后使空氣層內的空氣與惰性氣體交換。

    因為我們看不見空氣和氬氣，理解向中空玻璃充惰性氣體可能是比較困難的。但充氣的概念其實是非常簡單不過的。氬氣較空氣重40％左右。在充氣的開始一段時間里，空氣事實上浮在氬氣上方。如果小心地向中空玻璃內充氬氣，空氣就會浮在氬氣上方，關鍵是向內充氣時一定要小心。如果向內充氣動作很大，那么空氣與氬氣之間的隔層就會被打亂。那么，就需要向中空玻璃窗內充大量的氬氣來稀釋空氣與氬氣的混合比，直到中空玻璃內大部分為氬氣為止。用一個敏感的測量儀在氬氣出口處可測量出氬氣的濃度何時達到95％。

    一旦中空窗內充滿氣體并密封后，微量的惰性氣體會從中空玻璃窗的上端和四周慢慢地滲出。隨著中空玻璃內氣體的不斷稀釋，中空玻璃內的惰性氣體上下混合，濃度趨于一致。如果中空窗內含90％的氬氣和10％的空氣，則中空玻璃的空氣層內的惰性氣體濃度各處相同。

    七、標　準

    行業內對中空玻璃內充多少惰性氣體沒有具體規定，但一般來說，不能少于80％。但大多數廠家充90－95％。LOW－E玻璃與空氣配置的中空玻璃的節能效果也不錯。一般來說，充惰性氣體可提高中空窗熱效能15％。例如，如果內含空氣的中空玻璃中點的熱阻值為3.5,則充惰性氣體后中空玻璃中點的熱阻值可提高到4.0。隨著惰性氣體的慢慢泄漏掉，玻璃中點的熱阻值會從4.0線性地降回到3.5。

    八、結　論

    氬氣提高中空窗的保溫能力。因為氬氣導熱不像空氣那么容易，冬天可將熱能保留在室內夏天將熱阻擋在室外。窗戶破裂或其他原因導致氬氣泄漏都不會對人和建筑物有所損害。氬氣在自然狀態下存在，我們每時每刻呼吸的空氣中就含有氬氣，是一種無害的惰性氣體。

    中空玻璃對氬氣的保有能力決定于中空玻璃密封系統的質量。如果密封失敗，氬氣就會跑掉。許多試驗顯示中空窗的年泄漏率小于1％。如果中空窗的使用壽命為20年，那么20年后，中空窗內的氬氣仍有較初充氣水平的80％。

    盡管節能是重要的，但人們從充惰性氣體的金玻中空玻璃中得到的非常大好處在于它提高了窗戶內側的溫度從而提高了室內的舒適程度。提高室內玻璃溫度清理或非常大限度地減少玻璃的冷凝問題。人們在接近較溫暖的玻璃表面時會感到更舒適。我們向中空玻璃內充惰性氣體的原因很簡單，充惰性氣體的工藝簡單、成本低廉，但卻可改善中空玻璃的熱效能。氬氣是使用較多的惰性氣體，成本低并容易獲得。氪氣盡管昂貴些，但人們在某些用途方面也使用，特別是在窗戶的空氣層要求較小的時候。