建筑玻璃光學(xué)性能檢測(cè)方法分析

王衛(wèi)鵬 丁 一 武漢產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所

1 前言

早期人們對(duì)玻璃的要求僅僅是透光、平整及外觀質(zhì)量要好，但隨著我國(guó)科技水平以及收入水平的提升，人們對(duì)居住環(huán)境舒適性的要求越來越高。而且節(jié)能環(huán)保類建筑物在設(shè)計(jì)之初和最后驗(yàn)收的時(shí)候，對(duì)所使用的玻璃構(gòu)件有了更多的光學(xué)性能指標(biāo)要求。由此看出建筑物所使用的玻璃部件是影響建筑節(jié)能的主要因素，國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 50411—2019《建筑節(jié)能工程施工驗(yàn)收規(guī)范》相關(guān)條文對(duì)玻璃的光學(xué)性能參數(shù)做了相關(guān)要求。按照相關(guān)規(guī)定，一般需要對(duì)可見光透射比、遮陽(yáng)系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。2021年10月1日實(shí)施的GB/T 2680—2021《建筑玻璃 可見光透射比、太陽(yáng)光直接透射比、太陽(yáng)能總透射比、紫外線透射比及有關(guān)窗玻璃參數(shù)的測(cè)定》新標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)于舊版標(biāo)準(zhǔn)有了以下變化：①增加了部分術(shù)語(yǔ)和定義。②增加了對(duì)試樣的要求，修改了對(duì)檢測(cè)儀器參數(shù)的要求。③增加了光熱比、太陽(yáng)紅外熱能總透射比兩個(gè)新的檢測(cè)項(xiàng)目的測(cè)量方法。④增加了輻射率的測(cè)試條件和校正系數(shù)。

本文通過筆者在學(xué)習(xí)和檢測(cè)過程中的經(jīng)驗(yàn)體會(huì)，對(duì)這些光學(xué)性能指標(biāo)的檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行一些簡(jiǎn)單介紹。我們只有對(duì)這些玻璃性能參數(shù)，去進(jìn)行準(zhǔn)確的了解和詳細(xì)的分析，才能選擇合適的玻璃產(chǎn)品，使建筑能夠滿足各項(xiàng)指標(biāo)的要求[1]。

2 建筑玻璃試樣的測(cè)試要求

（1）單片玻璃制品可以直接用作樣品，也進(jìn)行切割樣品或者使用相同材料的玻璃片。

（2）多層窗戶或者幕墻的玻璃組件：在本文中指的是中空玻璃。經(jīng)常使用的有：平板、鍍膜、夾層、鋼化以及防火等各種不同種類的玻璃；丁基、聚硫和硅酮等密封膠來作為密封材料；鋁間隔條、不銹鋼間隔條、復(fù)合材料間隔條、復(fù)合膠條等間隔材料；分子篩或者以凹凸棒土為主體材料的球形干燥材料等干燥劑。常見的中空腔內(nèi)氣體有：空氣、惰性氣體等。

3 建筑玻璃節(jié)能指標(biāo)參數(shù)的定義

3.1 建筑玻璃可見光透射比

可見光透射比是最早被普及使用的玻璃光學(xué)性能參數(shù)。該指標(biāo)與建筑物的采光通透程度有著直接的影響，而且對(duì)室內(nèi)照明產(chǎn)生的電量使用情況也有著直接影響。因此，在一些節(jié)能設(shè)計(jì)或者驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中，制訂了當(dāng)窗墻比小于40%時(shí)，使用的建筑玻璃可見光透射比不應(yīng)該小于40%的指標(biāo)要求。

3.2 建筑玻璃可見光反射比

可見光反射比：在可見光譜（380nm～780nm）范圍內(nèi)，玻璃的反射光通量與入射光通量之比。隨著科技的發(fā)展，越來越多的企業(yè)得到強(qiáng)有力的支撐，越來越高的寫字樓進(jìn)入大眾的視野，而寫字樓普遍使用玻璃幕墻來提高采光。于是可見光反射比越來越廣泛地成為指導(dǎo)減少玻璃幕墻反射“光污染”的指標(biāo)。在一些標(biāo)準(zhǔn)要求中，已經(jīng)明確要求玻璃幕墻不得使用反射率超過30%的幕墻玻璃。在城市主要快速道路、立交橋和高架橋等兩側(cè)的建筑物在20m以下，其余位置建筑物在10m以下的部分應(yīng)該使用反射率不超過16%的玻璃幕墻。

3.3 建筑玻璃太陽(yáng)光直接透射比

太陽(yáng)光直接透射比：在太陽(yáng)光譜（300nm～2500nm）范圍內(nèi)，直接透過玻璃的太陽(yáng)能強(qiáng)度對(duì)入射太陽(yáng)能強(qiáng)度的比值。它包括了紫外、可見和近紅外能量的透射程度，但不包括玻璃吸收直接入射的太陽(yáng)光能量后向外界的二次傳遞的能量部分。

3.4 建筑玻璃太陽(yáng)光直接反射比

太陽(yáng)光直接透射比：波長(zhǎng)范圍300nm～2500nm太陽(yáng)輻射被測(cè)物體反射的輻射通量與入射的輻射通量之比。這一指標(biāo)主要用于限制玻璃幕墻的反射“熱污染”現(xiàn)象。

3.5 建筑玻璃太陽(yáng)能總透射比

太陽(yáng)能總透射比：這一指標(biāo)是由太陽(yáng)光直接透射比以及被建筑物的玻璃及構(gòu)件吸收了的太陽(yáng)輻射，緊接著再經(jīng)過傳熱進(jìn)入室內(nèi)的得熱量。這個(gè)參數(shù)是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)以及計(jì)算時(shí)需重點(diǎn)考慮的影響要素，它對(duì)室內(nèi)的采暖和制冷的能耗有著直接影響。不過大家在選擇購(gòu)買建筑玻璃制品的時(shí)候，往往習(xí)慣性以及約定俗成的使用遮陽(yáng)系數(shù)這一數(shù)據(jù)來體現(xiàn)其高低。

3.6 建筑玻璃遮陽(yáng)系數(shù)

遮陽(yáng)系數(shù)：簡(jiǎn)稱SC，是各類建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)建筑玻璃制品的一個(gè)非常重要的性能參數(shù)要求。該參數(shù)是指太陽(yáng)的輻射能量透過建筑玻璃的量與透過相同厚度的3mm標(biāo)準(zhǔn)玻璃的量之比。而標(biāo)準(zhǔn)比值這個(gè)參數(shù)，在以前舊的GB/T 2680—1994標(biāo)準(zhǔn)中，默認(rèn)理論值取0.889，而在將要實(shí)施的新的GB/T 2680—2021中，已經(jīng)采用與ISO 9050:2003(E)和EN 410:2011(E)中一致的理論值取0.87進(jìn)行計(jì)算，這樣在實(shí)施的很多節(jié)能設(shè)計(jì)及節(jié)能驗(yàn)收規(guī)范中，所有計(jì)算公式的取值都有了一個(gè)統(tǒng)一的參數(shù)值。避免在設(shè)計(jì)階段與最終驗(yàn)收的時(shí)候，由于計(jì)算方法使用參數(shù)的原因而導(dǎo)致存在誤差。有了統(tǒng)一計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，就可以更細(xì)致的去研究。在我們國(guó)家的南方地區(qū)，溫度比較高，而且建筑物普遍擁有比較大的窗戶玻璃及幕墻玻璃，因此，遮陽(yáng)系數(shù)越小的玻璃對(duì)于節(jié)能更加有利。而在我們國(guó)家的北方地區(qū)，比較寒冷，甚至東北地區(qū)更加的嚴(yán)寒，窗戶玻璃以及幕墻玻璃占?jí)w面積較小，遮陽(yáng)系數(shù)比較高的玻璃產(chǎn)品對(duì)于利用太陽(yáng)熱量降低采暖能耗來說更加有利，能更好的實(shí)現(xiàn)節(jié)能這個(gè)指標(biāo)。所以遮陽(yáng)系數(shù)應(yīng)根據(jù)我們國(guó)家不同區(qū)域的要求而分別確定。

4 建筑玻璃節(jié)能指標(biāo)參數(shù)的檢測(cè)方法

4.1 建筑玻璃光學(xué)性能參數(shù)測(cè)試

4.1.1 檢測(cè)設(shè)備

對(duì)建筑玻璃光學(xué)性能的測(cè)試，應(yīng)根據(jù)我國(guó)更新使用GB/T 2680—2021《建筑玻璃 可見光透射比、太陽(yáng)光直接透射比、太陽(yáng)能總透射比、紫外線透射比及有關(guān)窗玻璃參數(shù)的測(cè)定》這一新標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行，而JGJ/T 151—2008《建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程》中規(guī)定計(jì)算時(shí)采用ISO9050:2003(E)這一標(biāo)準(zhǔn)，兩者在對(duì)測(cè)試太陽(yáng)光的波長(zhǎng)范圍以及大氣質(zhì)量做到了基本一致。本文采用GB/T 2680—2021中規(guī)定的300nm～2500nm這一范圍。根據(jù)GB/T 2680—2021對(duì)于測(cè)量?jī)x器的基本的精度等要求，本文所使用的的檢測(cè)儀器為：

a)Lambda 950型紫外/可見/近紅外分光光度計(jì)：

（1）波長(zhǎng)的范圍：175nm～3300nm（150mm積分球）；

（2）帶寬（分辯率）：＜0.05nm；

（3）波長(zhǎng)重復(fù)性：＜0.005nm；

（4）光度計(jì)精度：±0.0006A(1A)；±0.0003A(0.5A)。

b)Nicolrt is 50型傅里葉分光光度計(jì)：

（1）波長(zhǎng)的范圍：2.5μm～25μm；

（2）波長(zhǎng)的準(zhǔn)確度：±0.1μm以內(nèi)；

（3）光度的測(cè)量準(zhǔn)確度：在1%以內(nèi)，重復(fù)性1%。

4.1.2 檢測(cè)步驟

（1）使用上述檢測(cè)儀器測(cè)試參數(shù)：

光譜透射比：波長(zhǎng)300nm～2500nm范圍內(nèi)的光譜透射比；

光譜反射比：波長(zhǎng)300nm～2500nm范圍內(nèi)的光譜反射比；

輻射率：波長(zhǎng)范圍2.5μm～25μm，283K溫度下的光譜反射比。

（2）根據(jù)所測(cè)的參數(shù)計(jì)算建筑中空玻璃的各光學(xué)參數(shù)：

在測(cè)試構(gòu)成玻璃系統(tǒng)的每一塊玻璃時(shí)，都需要測(cè)試整個(gè)太陽(yáng)光譜范圍內(nèi)的透射比以及兩個(gè)表面的反射比和輻射率，再來對(duì)中空玻璃的各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算。進(jìn)行計(jì)算過程中，一定要注明每片玻璃的位置，因?yàn)殄兡ぃㄙN膜）玻璃的膜面不同，其使用時(shí)位置的不同將會(huì)對(duì)結(jié)果造成很大影響。

4.2 測(cè)試結(jié)果

以某企業(yè)生產(chǎn)的中空玻璃為測(cè)試試樣，型號(hào)為：6mm白玻+12A+6mmLow-E，中空腔內(nèi)氣體為空氣，大氣質(zhì)量為1.5。圖1是單層低輻射鍍膜（Low-E）玻璃的紫外、可見、近紅外光譜；表1是單層低輻射鍍膜（Low-E）玻璃的各項(xiàng)光學(xué)參數(shù)的測(cè)試結(jié)果；表2是中空玻璃的各項(xiàng)光學(xué)參數(shù)的測(cè)試結(jié)果。

表1 單層低輻射鍍膜(Low-E)玻璃的各項(xiàng)光學(xué)參數(shù)的測(cè)試結(jié)果

表2 中空玻璃的各項(xiàng)光學(xué)參數(shù)的測(cè)試結(jié)果

圖1 單層低輻射鍍膜(Low-E)玻璃的紫外、可見、近紅外光譜

5 結(jié)束語(yǔ)

通過以上對(duì)建筑玻璃的光學(xué)性能的檢測(cè)方法進(jìn)行的分析可知，不同方式處理后的玻璃有迥異的光學(xué)性能參數(shù)特點(diǎn)。較大的遮陽(yáng)系數(shù)，以及較高的可見光透射比的建筑玻璃制品，能夠進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)能輻射就更多，室內(nèi)采光也就更好，可以降低冬季的取暖費(fèi)用，適合我國(guó)北方冬天時(shí)間較長(zhǎng)的寒冷地區(qū)。較低遮陽(yáng)系數(shù)的，對(duì)太陽(yáng)能輻射的阻擋越大，進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)能輻射更少，更適合我們國(guó)家南方夏天時(shí)間較長(zhǎng)的地區(qū)使用。我國(guó)幅員遼闊，氣候情況比較多樣化，通過新的檢測(cè)方法的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，更好的使用規(guī)范準(zhǔn)確統(tǒng)一的方法才能真正確認(rèn)玻璃的光學(xué)性能，使其發(fā)揮應(yīng)有的作用。