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美国节能玻璃市场分析:真空玻璃如何才能快速渗入美国市场

作者: 发布时间:2018-11-09

为了探索真空利来国际老牌w66玻璃如何才能快速渗入美国市场,本文介绍了美国节能玻璃市场概况,主要涉及气候、能源和建筑规范。真空玻璃制造商真正的客户是节能窗户制造商而不是购房者,面临的关键挑战是如何实现与传统中空玻璃相同的制造成本。基于加热炉制造的真空玻璃其成本太过昂贵,无法达到传统中空玻璃的成本水平。因此,使用无加热炉制造真空玻璃不仅是必要而且可行。


美国真空玻璃市场概述


美国占全球节能玻璃市场的份额约20%。尽管___气候更加寒冷,但在全球节能玻璃市场中所占份额却要小得多,因为它的人口约占美国人口的1/10。

美国节能玻璃市场分析:真空玻璃如何才能快速渗入美国市场

真空玻璃是一种“高性能”玻璃,属节能玻璃之一。在美国,冷藏柜门和建筑窗户非常适合用真空玻璃做节能玻璃,而建筑窗户部分面积要大得多。然而,由于冷藏柜门的真空玻璃两侧温差较低且没有波动,并且不受环境因素(阳光,雨,冰雹)干扰,因此保修风险要小得多。此外,真空玻璃对冷藏柜门的价格影响不大。因此,进入窗户市场的一个战略途径是首先进入较小的冷藏柜门市场,以确保销售量并降低成本,然后再进入窗户制造市场。因为上面提到的风险,所以即使进入冷藏柜门市场,也不能保证真空玻璃能成功进入建筑窗户市场。


20年来,日本板硝子在这两个领域已经占领美国市场。最近,美国佳殿和日本松下公司已经进入美国冷藏柜门市场,而中国兰迪V玻和韩国艺根公司正试图直接进入建筑窗户市场。


美国住宅市场具备充分的潜力


总的来说,美国住宅市场比商业市场更适合使用真空玻璃,原因很多:商业建筑的内部热负荷往往更高,这是由于人和设备多(照明、计算机、复印机等),从而产生热量多。事实上,一些商业建筑在冬天还必须使用空调制冷;与住宅不同,商业建筑往往不会在夜间使用,导致在冬季气温最低的几个小时内,有效热负荷最低;许多商业建筑用的真空玻璃都是用窗框以外的其他方法作支撑,比如点支撑,这会造成成本的昂贵和物理上的危险。由于需要额外的真空密封,点支撑需要提供穿过真空玻璃的孔,这比传统的中空玻璃复杂得多;住宅窗户的平均尺寸约为0.7平方米,而商业建筑窗户的玻璃尺寸往往要大得多,这加大了在寒冷天气条件下向建筑物内弯曲的趋势;商业担保必须解决住宅应用以外的风险和期望。


以上仅是简化概述。一些重要发展趋势,如向经济实惠的LED照明过渡,来降低内部热负荷,将越来越促进在商业建筑中使用真空玻璃。美国住宅窗户市场将成为一个值得追求的有利的细分市场。


北美建筑法规成为驱动力


在北美住宅窗户市场,建筑法规要求安全玻璃仅限于离地面不到0.5米的窗户。这意味着大约75%的住宅窗玻璃不需要钢化。如果没有强制要求,应使用普通平板玻璃来节约成本。


建筑规范已经成为高性能玻璃窗的重要市场驱动力。二十多年来,世界各地的政府机构一直在制定住宅窗户能效标准。美国1998年创建窗户能源之星标准,该项目现由美国环境保护局( EPA )管理(___也有能源之星项目)。大约每隔六年,美国就会提高一次评级标准,使商业者更难获得能源之星评级。2016年,这个标准又提高了10%,达到R-3.7(英制单位),也就是说,整窗的U值约为1.53 W/(m2·K)。


虽然能源之星是推荐性标准,但建筑法是法规,并在一段时间后,往往会与能源之星标准同步升级,甚至引用它们。此外,欧洲建筑法规比美国严格得多。


能源部路线图: R-10窗户


建筑能耗在美国能源中的占比超过40%,住宅部分的能耗略高于商业部分。因此,美国能源部(DOE)长期以来一直是高性能玻璃(包括真空玻璃)进入美国市场的倡导者。事实上,长期以来,他们对客户(美国节能玻璃制造商)是否会退出市场持怀疑态度。


然而,2014年,能源部发布了窗户发展路线图,该路线图包括到2022年研发和商业销售R-10窗户。(“R-10”是指整窗性能,以英制单位表示,它转换成整窗U值为0.57W/(m2·K))。


能源部认识到,在美国市场推出R-10窗户将产生巨大影响,每年节省美国所有能源的2%,或美国天然气消耗的6.5%,节省的能源将是美国在2017年产生的太阳能总量的两倍多。


美国能源部强调商业可行性的必要性。与中空玻璃相比,他们的征求意见中通常定义了对任何制造成本溢价的限制。


如果具有成本竞争力的R-10窗户的目标能够实现,真空玻璃将迅速打入市场,比如“同样价格,具有3倍的节能效果”,谁不会选择真空玻璃窗户呢?反过来,真空玻璃的推广使用将促进为节能效率更高的窗户制定法规,从而创造一个自我强化的“良性循环”。


真空玻璃入市障碍


如果考虑将真空玻璃引入美国住宅市场,就必须认识到并面对以下几个障碍:能源价格低廉,很难证明哪种成本溢价是合理的;____不再补贴节能窗户;由于缺少购房者可承担的高性能玻璃窗(如三玻两腔中空玻璃或低成本真空玻璃),阻碍了建筑法规向更加严格的方向提升;节能玻璃是一种低成本商品,利润微薄,购房者不想为更好的性能额外付费;真空玻璃制造是资本密集型的,产生高额成本;短时间的“按订单生产”阻止了跨洋运输;保修风险增加;工艺瓶颈限制了量产。


前三项障碍影响购房者的决策,从而导致市场需求不足,三玻两腔中空玻璃占北美节能玻璃市场不到5 %,这一事实足以证明。其余的障碍会影响节能玻璃窗户制造商的决策。


美国能源价格低廉


在美国,天然气约占所有能源的一半。仅是美国北部地区,因冬季寒冷,天然气提供了近2/3的能源。天然气价格相对较低,很大程度上得益于引进的水平钻井和水力压裂技术。据预测,至少到2035年以前,天然气都将一直保持廉价。由于能源价格低廉,无法在经济数据上证明使用高性能的玻璃窗是合理的,因为该制造成本昂贵,投资回收期太长,还不如不用节能窗户。

美国节能玻璃市场分析:真空玻璃如何才能快速渗入美国市场

政府补贴减少


政府对推广住宅节能窗户的税收补贴已经到期,而且不太可能制定更多的相关法律。因此,在没有政府补贴,也没有从节约能源中获得多少好处的条件下,美国高性能玻璃窗市场仍然很小。只有真空玻璃窗户与传统中空玻璃窗户具有成本竞争力,才能开发大规模的市场。


建筑规范更新的可能性减小


由于公众观念和政治环境的变化,能源之星标准进一步提升。因此,北美建筑法规对提升窗户效率的要求可能会不变。


利润压缩


在美国,真空玻璃技术提供商的真正客户不是购房者,而是节能玻璃窗户制造商。在美国,大多数节能玻璃是充氩气中空玻璃,该产品利润微薄。为了给购房者的窗户提供更好的节能性,节能玻璃窗户制造商目前只有两种选择:提高中空玻璃设计(例如,使用“三银”Low-E镀膜;在第3面上增加一层Low-E镀膜),或者提供三玻两腔中空玻璃节能窗。这两种选择都会增加制造成本,当购房者拒绝承担因更高的性能带来的额外费用时,反而会进一步压缩节能玻璃窗户制造商的利润。


如果没有建筑法规的规定,节能窗户制造商无法将增加的制造成本转嫁给购房者,从而为真空玻璃进入市场制造另一个障碍。


高额成本


真空玻璃作为一项新技术,属资本密集型产业,所以真空玻璃制造商将会产生额外的经济损失。总之,研发和推广道路漫长,成本能否很快回收将成为另一个障碍。


按订单生产


以前,住宅行业的节能玻璃制造商放弃了“按库存生产”模式(生产许多相同尺寸的玻璃,然后将它们库存起来,直到出售),转而采用“按订单生产”模式,即接受多种不同尺寸和形状的窗户订单,并在24小时内完成整个订单。如果要避免因运输带来的延迟交货,就要求在美国当地制造真空玻璃。


保修风险增加


节能玻璃制造商一向不愿承担风险,尤其对2008年房地产崩盘记忆犹新,节能玻璃在房地产崩盘后需求一夜之间减少了一半。因此,没有经过市场应用的新技术会导致保修成本增加,该风险的存在是一项重要问题。一家着名的节能玻璃制造商有5亿个节能玻璃窗,保修期为20年,索赔率为0.2 %,这是一个让他们引以为豪的行业数字,将有助于他们保持略高的利润率。在大规模销售之前,可能要对真空玻璃进行两到三年的规范性的客户测试,以树立信心。


真空玻璃制造工艺瓶颈


一方面是真空玻璃的封接。现在的自动中空玻璃生产线每30秒就可以生产一块中空玻璃。而大多数真空玻璃生产都需要加热炉(例如,焊料玻璃熔化、热排气)。任一通过炉子系统的加热和冷却通常需要数小时,这导致了一个严重的瓶颈——不能量产。而产量低会增加资本摊销、劳动力和其他成本,同时加热炉长时间持续性的周期运行会增加更多的电力成本。


另一方面是真空玻璃对钢化的依赖。在研制钢化真空玻璃方面相关机构投入了大量研究和开发,并取得了很大进展。然而,真空玻璃制造在一定程度上依赖于钢化,以达到更高的节能性能。这种对钢化的依赖无助于满足北美住宅市场的需求。钢化是一种基于钢化炉的工艺,它不仅增加了真空玻璃的成本,比如购买钢化炉和燃料的成本,而且还降低了产量(热处理过程可以消耗25到30分钟)。仅由于产量的限制,采用无加热炉制造的真空玻璃似乎无法与中空玻璃竞争。


无加热炉制造的真空玻璃案例


可以提出一个强有力的论点,即通过无加热炉制造的真空玻璃,可以实现具有成本竞争力的R-10窗户。“无加热炉”技术的研发不是一个新概念,存在很多问题。就像挤压气球一样,解决一个问题通常会牵连出其他问题。例如,已经开发出的焊料玻璃配方熔点越来越低,熔化温度的每一次降低不仅缩短了真空玻璃原片的加热时间,而且缩短了冷却时间;然而,密封材料成本趋于急剧上升。


此外,很难想象,如果继续降低熔化温度,将怎样实现“无加热炉”真空玻璃的制造。其他发明人已经想到使用金属焊料将金属箔连接到玻璃上,这可能是一种真正的无加热炉制造方法,因为只需要局部加热就能产生适度且非常短暂的温度上升。然而,在焊料冷却到足以凝固并形成粘结后,由于热膨胀系数的差异,玻璃和焊料之间的界面随着焊料的进一步冷却开始产生残余应力。除非粘结强度足够强和设计适当,否则这种应力会导致密封的分裂。此外焊料腐蚀也是一个问题。


另一种无焊接的真空玻璃的设计是将玻璃金属化,然后将箔钎焊到金属化层上,从而产生一种牢固的粘结,这是成功实现不匹配密封的关键因素,但它不是无加热炉制造。


在另一种无加热炉制造的方法中,美国V-Glass公司已经开发出一种在室温条件下能够快速直接粘合到玻璃上的金属箔密封。V-Glass公司花了6年时间才制成第一块真空玻璃样品,它在真空排气并封离后仍能继续保温隔热。几个封离的样片在-40℃到+80℃的热循环试验后持续保温350个周期。


经过这么多时间的努力,V-Glass已经了解使用玻璃焊料进行密封的优点:既简单又容易实现高成品率和长寿命。尽管如此,快速粘合的无加热炉金属玻璃密封的开发和测试仍在继续,而且进展也在加快。


出于制造成本的考虑,无加热炉制造真空玻璃可能是能够快速进入美国乃至北美住宅窗户市场的唯一手段。无加热炉真空玻璃的制造虽然面临着挑战,但已经证明在技术上是可行的。使用无加热炉制造的真空玻璃样品已经通过几个月的寿命加速测试,性能并没有降低。剩下的挑战是制造过程的自动化,以实现与中空玻璃具有相当的制造成本,一旦实现,向北美市场销售价格合理的真空玻璃R-10窗户势必强劲且迅速。


(作者系美国V-Glass公司首席执行官Peter Petit 魏娜娜/译 唐健正/审阅)