建筑玻璃光學(xué)及熱工性能檢測(cè)方法分析

劉艷麗 劉佳生

摘 要：本文立足于建筑玻璃光學(xué)及熱工性能參數(shù)的理論基礎(chǔ)，闡述了檢測(cè)的方法和技術(shù)，包括可見光透射比、太陽光直接透射比以及傳熱系數(shù)等參數(shù)的檢測(cè)，并結(jié)合實(shí)際案例對(duì)檢測(cè)方法的具體應(yīng)用展開了探討，希望通過本文的探究，能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作的開展起到參考作用。

關(guān)鍵詞：建筑玻璃；光學(xué)性能；熱工性能；檢測(cè)方法

1 建筑玻璃光學(xué)及熱工性能參數(shù)的理論基礎(chǔ)

1.1可見光透射比

建筑玻璃通常根據(jù)可見光透射比來判斷其透明度，即能透過建筑玻璃的可見光的比例。這個(gè)比例是通過計(jì)算建筑玻璃表面?zhèn)魅氲目梢姽饽芰颗c太陽光總能量之間的比值所得到的。通過大量的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，波長(zhǎng)在280 nm～3500 nm范圍內(nèi)的光譜具有較高的能量，可以集中約97%的太陽光能量。可見光透射比的值越高，表示建筑玻璃具有更好的透明度，能夠更好地將自然光引入室內(nèi)空間，這對(duì)于提高建筑的采光效果和室內(nèi)環(huán)境舒適度非常重要。為了準(zhǔn)確測(cè)量建筑玻璃的可見光透射比，通常需要使用專業(yè)的測(cè)量?jī)x器和方法。分光光度計(jì)作為用來分析建筑玻璃光譜的常用儀器，能夠確定其在可見光范圍內(nèi)的光透射比。

1.2遮陽系數(shù)

遮陽系數(shù)反映了建筑玻璃對(duì)太陽輻射的遮蔽能力，即建筑玻璃能夠?qū)⒍嗌偬柲芰孔钃踉谑彝舛贿M(jìn)入室內(nèi)。遮陽系數(shù)的計(jì)算基于建筑玻璃的透射光譜和太陽輻射光譜之間的比較。通過測(cè)量建筑玻璃在各個(gè)波長(zhǎng)下的透射率，并與太陽輻射的輻射光譜進(jìn)行對(duì)比，可以確定建筑玻璃的遮陽系數(shù)。一般來說，遮陽系數(shù)的值越高，表示建筑玻璃具有更好的隔熱性能，能夠有效地減少室內(nèi)熱量的傳輸。這對(duì)于提高建筑的能源效率和降低空調(diào)負(fù)荷非常重要。在實(shí)際應(yīng)用中，常常會(huì)根據(jù)建筑所處的地理位置和氣候條件，選擇遮陽系數(shù)適合當(dāng)?shù)氐慕ㄖＡА＠纾谘谉岬牡貐^(qū)或夏季，選擇具有較高遮陽系數(shù)的建筑玻璃可以有效避免室內(nèi)過熱；而在寒冷的地區(qū)或冬季，選擇具有較低遮陽系數(shù)的建筑玻璃可以更好地利用太陽能加熱室內(nèi)空間。

1.3太陽能總透射比

太陽能總透射比是用來評(píng)估建筑玻璃對(duì)太陽輻射能量利用效率的指標(biāo)之一，該數(shù)值是通過測(cè)量建筑玻璃在所有波長(zhǎng)下的透射率，并將其與太陽輻射的能量譜進(jìn)行對(duì)比得到的。太陽能總透射比的值越高，表示建筑玻璃能夠更有效地利用太陽能量，提供更好的采光和自然光照條件。對(duì)于建筑設(shè)計(jì)來說，選擇具有高太陽能總透射比的建筑玻璃，可以減少對(duì)人工照明的依賴，提高建筑的能源效率。為了準(zhǔn)確測(cè)量建筑玻璃的太陽能總透射比，通常用輻射計(jì)和光譜儀對(duì)建筑玻璃進(jìn)行測(cè)試，從而確定建筑玻璃在所有波長(zhǎng)下的透射率，并計(jì)算太陽能總透射比。

1.4傳熱系數(shù)

傳熱系數(shù)是評(píng)估建筑玻璃隔熱性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其表示單位面積上的熱流量通過建筑玻璃的能力，即建筑玻璃對(duì)熱量的傳遞速率。傳熱系數(shù)通常用U值來表示，單位為W/（m2·K）。U值越低，表示建筑玻璃的隔熱性能越好。傳熱系數(shù)可以通過測(cè)量建筑玻璃的熱導(dǎo)率、厚度以及與周圍環(huán)境的傳熱情況來計(jì)算得到。較低的傳熱系數(shù)意味著建筑玻璃對(duì)熱量的傳遞有更高的阻抗，能夠有效地減少室內(nèi)外熱量交換。在實(shí)際應(yīng)用中，選擇傳熱系數(shù)較低的建筑玻璃，可以提高建筑的節(jié)能效果，降低空調(diào)負(fù)荷，并改善室內(nèi)的舒適度。

2光學(xué)及熱工性能檢測(cè)技術(shù)分析

2.1玻璃系統(tǒng)厚度檢測(cè)

玻璃系統(tǒng)的厚度是評(píng)估建筑玻璃的光學(xué)和熱工性能的重要參數(shù)之一，準(zhǔn)確地測(cè)量玻璃系統(tǒng)的厚度，可以提供關(guān)于光學(xué)透射、熱傳導(dǎo)和隔熱性能的有價(jià)值信息。玻璃系統(tǒng)厚度檢測(cè)通常采用非接觸式的測(cè)量技術(shù)，如激光掃描或超聲波測(cè)量。這些技術(shù)具有高精度和快速獲取數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，并且不會(huì)對(duì)玻璃表面造成任何損壞。

激光掃描技術(shù)使用激光束掃描玻璃系統(tǒng)，并通過測(cè)量激光束從表面到玻璃背面的時(shí)間來計(jì)算厚度；超聲波測(cè)量技術(shù)則利用超聲波在材料中的傳播速度來確定玻璃系統(tǒng)的厚度。實(shí)際測(cè)量工作的開展，應(yīng)該從玻璃系統(tǒng)構(gòu)造厚度和玻璃系統(tǒng)的平均厚度這兩個(gè)層面考慮：

2.1.1玻璃系統(tǒng)厚度的檢測(cè)

玻璃系統(tǒng)的構(gòu)造厚度是指玻璃在組裝或安裝時(shí)的實(shí)際厚度，包括玻璃本身的厚度以及可能存在的間隔、涂層或支撐結(jié)構(gòu)等，這一厚度值對(duì)于評(píng)估玻璃的光學(xué)性能和熱工性能至關(guān)重要。通過對(duì)大量玻璃樣品的構(gòu)造厚度進(jìn)行檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析，可以得出構(gòu)造厚度與光學(xué)性能（如透射比、反射比）和熱工性能（如熱導(dǎo)率、熱擴(kuò)散率）之間的關(guān)系。例如，隨著構(gòu)造厚度的增加，透射比可能減小，反射比可能增大，這主要是因?yàn)楣庠诤癫Ａе械膫鞑ゾ嚯x變長(zhǎng)，吸收和散射效應(yīng)增強(qiáng)。同時(shí)，熱導(dǎo)率可能會(huì)隨著厚度的增加而增大，這是因?yàn)闊醾鲗?dǎo)路徑變長(zhǎng)。

在檢測(cè)玻璃系統(tǒng)構(gòu)造厚度時(shí)，需要確保測(cè)量設(shè)備的精度和準(zhǔn)確性，避免人為誤差；對(duì)于不同類型和品牌的玻璃，其構(gòu)造厚度可能存在差異，需要分別進(jìn)行測(cè)量和記錄；對(duì)于具有涂層、間隔或支撐結(jié)構(gòu)的玻璃，需要特別注意這些結(jié)構(gòu)對(duì)構(gòu)造厚度的影響。值得注意的是，在實(shí)際應(yīng)用中，需要考慮到玻璃系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和裝配方式，以確保測(cè)量結(jié)果的適用性和準(zhǔn)確性。

2.1.2玻璃系統(tǒng)的平均厚度

玻璃系統(tǒng)的平均厚度是指在一定面積或體積內(nèi)的玻璃厚度的平均值，這一厚度值可以用來評(píng)估大面積或大量玻璃的整體性能。通過對(duì)玻璃樣品的平均厚度進(jìn)行檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析，可以得出平均厚度與光學(xué)性能和熱工性能之間的關(guān)系。例如，隨著平均厚度的增加，整體透射比和反射比可能會(huì)有所變化，但具體變化趨勢(shì)需要根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。同時(shí)，熱導(dǎo)率和熱擴(kuò)散率也可能會(huì)隨著平均厚度的變化而有所調(diào)整。值得注意的是，如果待測(cè)玻璃是矩形，檢測(cè)過程中應(yīng)當(dāng)對(duì)每個(gè)邊界進(jìn)行均等劃分。劃分期間，每個(gè)邊長(zhǎng)不能超過500 mm。

2.2中空玻璃惰性氣體含量檢測(cè)

為了提高中空玻璃的性能，通常需要將氬氣、氪氣等這類惰性氣體填充在中空層內(nèi)。惰性氣體含量檢測(cè)通常采用氣體分析法，也就是通過取出中空玻璃內(nèi)的氣體作為樣品，然后利用特定的氣體分析儀器對(duì)氣體成分進(jìn)行分析，以確定惰性氣體的含量。

首先，要使用專門的取樣工具，從中空玻璃的密封腔內(nèi)抽取一定量的氣體。之后將抽取的氣體送入氣體分析儀器，如氣相色譜儀或質(zhì)譜儀。這些儀器能夠根據(jù)氣體的成分和濃度進(jìn)行定性和定量分析。

其次，根據(jù)氣體分析的結(jié)果，計(jì)算惰性氣體的含量，常用的指標(biāo)包括體積分?jǐn)?shù)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)等。

最后，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行誤差分析，并采用適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)方法處理數(shù)據(jù)，以得出準(zhǔn)確的結(jié)論。通過檢測(cè)惰性氣體的含量，可以評(píng)估中空玻璃的隔熱、隔音性能以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。同時(shí)，根據(jù)不同工藝和材料的中空玻璃，可以制定相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，為生產(chǎn)廠家和用戶提供可靠的依據(jù)。

2.3半球輻射率檢測(cè)

半球輻射率是衡量物體輻射特性的重要參數(shù)。半球輻射率的檢測(cè)方法有多種，主要包括直接觀測(cè)法、熱電偶法、紅外輻射測(cè)量法和熱像儀法等。其中，直接觀測(cè)法是通過在地表設(shè)置觀測(cè)站點(diǎn)，利用輻射傳感器等設(shè)備直接測(cè)量地表太陽輻射的強(qiáng)度，然后計(jì)算出半球輻射率。這種方法簡(jiǎn)單直觀，適用于一般情況；熱電偶法是通過在物體表面安裝熱電偶來測(cè)量輻射能量的差異，從而計(jì)算半球輻射率。這種方法精度較高，但操作較為復(fù)雜；紅外輻射測(cè)量法是使用紅外輻射計(jì)等儀器來測(cè)量物體表面發(fā)出的紅外輻射能量，以獲得半球輻射率。這種方法適用于高溫物體的測(cè)量；熱像儀法是利用紅外熱像儀對(duì)物體表面進(jìn)行紅外熱圖像的捕捉，通過分析圖像中物體表面的溫度分布來計(jì)算半球輻射率。這種方法直觀且精度較高，但設(shè)備成本較高。

3檢測(cè)方法實(shí)際應(yīng)用案例及結(jié)果分析

建筑門窗幕墻行業(yè)中，常見玻璃的種類主要有鋼化玻璃、夾層玻璃、Low-E（低輻射）鍍膜玻璃、中空玻璃等。不同品種玻璃的光學(xué)、節(jié)能以及安全性能都有著比較大的差異。本文就Low-E鍍膜中空玻璃的光學(xué)及熱工性能檢測(cè)方法的應(yīng)用展開探討。

玻璃規(guī)格厚度為（5+12A+5）㎜，長(zhǎng)寬為100㎜×100㎜，該玻璃1片。室外片（玻璃1）為L(zhǎng)ow-E鍍膜玻璃，室內(nèi)片（玻璃2）為普通透明玻璃，氣體類型為空氣。通過使用分光光度計(jì)掃描，得到了如圖1所示的中空玻璃光譜圖。

基于GB/T 2680-2021《建筑玻璃 可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比及有關(guān)窗玻璃參數(shù)的測(cè)定》、JGJ/T 151-2008《建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程》、GB/T 22476-2008《中空玻璃穩(wěn)態(tài)U值（傳熱系數(shù)）的計(jì)算及測(cè)定》等相關(guān)規(guī)定，對(duì)該中空玻璃的可見光透射比、遮陽系數(shù)、傳熱系數(shù)等各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)：

3.1可見光透射比

為了測(cè)量Low-E鍍膜中空玻璃的可見光透射比，準(zhǔn)備了一臺(tái)可見光透射率測(cè)試儀器。將待測(cè)試的Low-E鍍膜中空玻璃樣品放置在測(cè)試儀器中，并確保樣品表面干凈無劃痕。通過儀器內(nèi)部的光源照射樣品，測(cè)量透過樣品的可見光強(qiáng)度。同時(shí)，記錄下未經(jīng)樣品處理的光源照射下的可見光強(qiáng)度。通過計(jì)算樣品透過光強(qiáng)度與未經(jīng)處理光強(qiáng)度之比，得出可見光透射比的數(shù)值為0.71，滿足設(shè)計(jì)要求中可見光透射比τv≥0.71的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2遮陽系數(shù)

為了測(cè)量室外片（玻璃1）的遮陽系數(shù)，使用太陽模擬器照射待測(cè)試的室外片（玻璃1）樣品。測(cè)量樣品對(duì)太陽光的反射和吸收能力，記錄下反射和吸收的比例。通過計(jì)算反射和吸收的百分比，得出遮陽系數(shù)的數(shù)值為0.65，滿足設(shè)計(jì)要求中遮陽系數(shù)SC≤0.66的標(biāo)準(zhǔn)。

3.3傳熱系數(shù)

為了測(cè)量Low-E鍍膜中空玻璃的傳熱系數(shù)，使用了熱流計(jì)儀器，將待測(cè)試的Low-E鍍膜中空玻璃樣品放置在儀器中。測(cè)量樣品兩側(cè)的溫度差，同時(shí)施加一定的熱流。通過測(cè)量溫度差和施加的熱流，計(jì)算得出傳熱系數(shù)的數(shù)值為1.79 W/（m2·K），滿足設(shè)計(jì)要求中傳熱系數(shù)K＝1.79 W/（m2·K）的標(biāo)準(zhǔn)。通過以上檢測(cè)方法的應(yīng)用，得出了如表1所示的測(cè)量結(jié)果。

以表中內(nèi)容為依據(jù)可得，Low-E鍍膜中空玻璃在可見光透射、遮陽和傳熱方面的性能優(yōu)異，即該玻璃具有良好的光學(xué)和熱工性能，此次研究能夠?yàn)榻ㄖT窗幕墻行業(yè)提供參考和指導(dǎo)。

4結(jié)論

綜上，建筑玻璃的光學(xué)及熱工性能檢測(cè)是確保其性能和質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的檢測(cè)方法和技術(shù)，以確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)，為了提高建筑玻璃的性能，應(yīng)加強(qiáng)研發(fā)和創(chuàng)新，推廣使用新型節(jié)能玻璃材料和技術(shù)。

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