真空玻璃如何助力實(shí)現(xiàn)碳中和

針對(duì)真空玻璃在碳減排方面相比傳統(tǒng)中空玻璃是否有優(yōu)勢(shì)的問題，德國應(yīng)用能源研究中心（CAE）聯(lián)合達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)等機(jī)構(gòu)，對(duì)兩種產(chǎn)品進(jìn)行了生命周期分析（LCA）,客觀、全面地對(duì)比了碳排放數(shù)據(jù)。其中真空玻璃的生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)攘鞒虆⒖剂耸锹尻柼m迪鈦金屬真空玻璃有限公司提供的數(shù)據(jù)。

1. 什么是生命周期分析？

生命周期分析描述的是用于總結(jié)和評(píng)估與企業(yè)、產(chǎn)品或生產(chǎn)過程相關(guān)的環(huán)境污染問題的綜合概念。其研發(fā)目的是以整體的方式客觀地記錄和對(duì)比產(chǎn)品的環(huán)境影響。

根據(jù)ISO 14040和ISO 14044，產(chǎn)品的生命周期可以理解為“從搖籃到墳?zāi)埂保╟radle-to-grave）。其中，產(chǎn)品的生命之路始于原料和能源獲取，經(jīng)由中間產(chǎn)品和最終產(chǎn)品的制造、使用階段，直至廢棄處置。此外，還存在其他的生命周期分析，如“cradle-to-gate（從搖籃到大門）”，其大幅簡(jiǎn)化了評(píng)估的復(fù)雜性，因而常用于環(huán)境保護(hù)聲明（EPD）。以及“cradle-to-cradle（從搖籃到搖籃）”，其為循環(huán)經(jīng)濟(jì)的概念，以回收利用替代廢棄處置，由此，部分產(chǎn)品可以回收利用，從而形成閉環(huán)（參考圖1）。

以玻璃的生命周期分析為例，需要分析其結(jié)構(gòu)（材料）、生產(chǎn)過程、運(yùn)輸里程、安裝施工過程等，以確定初始的能耗量。其服役階段，需要考慮到德國最常見的供暖方式，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，確定為冷凝燃?xì)忮仩t，冷凝燃?xì)忮仩t供暖的排放根據(jù)隔熱值逐年增加。即可統(tǒng)計(jì)出不同玻璃產(chǎn)品的能耗曲線。

2. 真空復(fù)合中空玻璃（VIG+）與市售充氬和充氪的三玻兩腔中空玻璃（3-IG）的對(duì)比

①產(chǎn)品定義與描述

所實(shí)施的生命周期分析屬于平板玻璃產(chǎn)品組，對(duì)以下方面進(jìn)行分析：

- 1×1 m的統(tǒng)一規(guī)格；

- 真空復(fù)合中空玻璃：由真空玻璃和基于典型中空結(jié)構(gòu)的附加玻璃片構(gòu)成。

- 充填稀有氣體的3層結(jié)構(gòu)的中空玻璃，充氣種類有：

○ 氬氣（3fAr）和

○ 氪氣（3fKr），

②結(jié)構(gòu)定義如下：

- VIG+：2片4mm的鋼化玻璃，具有200至400 µm的真空空隙，以及4 mm的附加浮法玻璃片，具有16 mm的充氬中間空隙，Ug,VIG+= 0.32 W/(m2*K)

簡(jiǎn)稱：4T/0.3V/4T/16Ar/4F。

- 3fAr：具有4F/16Ar/4F/16Ar/4F的3層充氬氣玻璃 Ug,3fAr值 = 0.7 W/(m2*K)。

- 3fKr：具有4F/12Kr/4F/12Kr/4F的3層充氪氣玻璃。Ug,3fKr值 = 0.5 W/(m2*K)。

③導(dǎo)入LCA for Experts軟件模擬生產(chǎn)過程：

圖2展示VIG+的生產(chǎn)過程

圖2  VIG+生產(chǎn)過程：包含基于已知經(jīng)由亞洲集裝箱船的VIG產(chǎn)品交付量的亞洲VIG估計(jì)產(chǎn)量、德國典型的載重汽車運(yùn)輸線路以及亞洲和德國的相應(yīng)電力結(jié)構(gòu)。使用階段包含用于供暖的冷凝燃?xì)忮仩t的使用。

同樣地過程，可以模擬兩種充氣類型三玻兩腔玻璃所用的材料和能源量，如表2

進(jìn)一步延伸，材料的獲得也需要能源，以稀有氣體為例，由于這兩種氣體均通過林德法，即通過空氣的液化獲得，因此，單位體積的空氣液化的能耗相同。但從100 kg空氣中可以提取約0.93 %·的氬氣，而氪氣僅有約0.000114 kg。這個(gè)比例表明，獲得氪的能量需求大約高出8200倍。因此，對(duì)環(huán)境的影響，也就是溫室效應(yīng)（GWP，全球增溫潛勢(shì)用于確定氣候方面的影響。其中，所有物質(zhì)均換算為CO2當(dāng)量。因此，單位為[ kg CO2 – Eq.]），也會(huì)大幅增加。

④結(jié)果及分析

軟件計(jì)算出上述三種產(chǎn)品的GWP 100值。除產(chǎn)品的制造外，還求出部件的相應(yīng)傳輸熱損失以及建筑在20年間的供暖需求，由此得出產(chǎn)品的年GWP增加量，其對(duì)應(yīng)于Ug值具有不同的增幅。下列圖表中示出三個(gè)變體的總GWP（圖3），以及稀有氣體、所用玻璃和供暖的影響。

從上圖可以看出：

（1）以20年的服役期限來看，VIG+的總體CO2排放當(dāng)量較好。

（2）窗的工作階段對(duì)GWP影響較大。總體CO2排放當(dāng)量中，供暖部分占比一半以上。各數(shù)值也與Ug直接相關(guān)，Ug越低，CO2排放當(dāng)量越低。

（3）氪氣因難以獲取，初始CO2當(dāng)量較好；

（4）VIG+因在對(duì)比模型中，使用的為鋼化玻璃，所以數(shù)值偏高一些。若統(tǒng)一使用鋼化玻璃，三種產(chǎn)品的碳排放差異可能進(jìn)一步縮小。

如果以服役年限為橫坐標(biāo)，畫出隨服役年份增加的CO2排放當(dāng)量曲線，如下圖4：

從圖中可知：

（1）充Ar三玻兩腔中空的初始投入較好，其次是VIG+，充Kr三玻兩腔中空明顯更高；

（2）由于充Ar三玻兩腔中空Ug值較好，其在4.4年后與VIG+相交，在32年后與充Kr三玻兩腔中空相交。

 結(jié)論：

（1）基于所實(shí)施的LCA分析，必須指出，與參照物充Ar三玻兩腔中空玻璃相比，真空復(fù)合中空玻璃的“GWP投資回報(bào)時(shí)間”為較短的4.4 年，遠(yuǎn)低于公布的真空玻璃使用壽命，因此，在排放方****有明顯優(yōu)勢(shì)。

（2）根據(jù)研究數(shù)據(jù)，充氪氣三玻兩腔中空玻璃的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)成本較高，其改進(jìn)阻隔性能的邊際效益較低。