建筑節(jié)能門窗玻璃熱物理性能檢測方法現(xiàn)狀與展望

摘 要:本文對目前我國建筑節(jié)能門窗玻璃熱物理性能檢測方法的現(xiàn)狀，進行了分析，并對存在的問題進行了探討，提出了解決方法和未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞:建筑節(jié)能 門窗玻璃 熱物性性能 檢測方法 現(xiàn)狀與展望

中圖分類號:TU11文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(a)-0034-02

引言

我國雖然是個能源大國，但是能源使用非常緊張。據(jù)統(tǒng)計，建筑能耗在能源消費總量中所占的比例已從70年代末的10%上升到近年的27.8%[1]，而建筑供暖、空調(diào)的能耗占建筑總能耗的55%左右，同時我國每年新建筑面積也逐漸增長，所以實現(xiàn)建筑節(jié)能是緩解能源緊張的一個重要途徑。門窗的保溫性能改善和提高一直是建筑節(jié)能研究領(lǐng)域的熱點之一，由此在普通玻璃的基礎(chǔ)上也產(chǎn)生了各種特種玻璃，如溫屏玻璃、中空玻璃、百葉中空玻璃[2]等，由于目前門窗玻璃市場空前繁榮，各類產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，這就需要質(zhì)量監(jiān)督部門進行監(jiān)管盡量杜絕虛假宣傳、以次充好現(xiàn)象的發(fā)生。

1 實驗室檢測技術(shù)

目前對于玻璃保溫性能檢測有效的方法是測試其導(dǎo)熱系數(shù)，我國已于1997制定了JC/T 675-1997《玻璃導(dǎo)熱系數(shù)試驗方法》國家標準，本標準采用穩(wěn)態(tài)法測玻璃導(dǎo)熱系數(shù)，測試時間長且對于測試系統(tǒng)絕熱性能要求較高。通常導(dǎo)熱系數(shù)(傳熱系數(shù))一直被作為重要的乃至唯一的衡量建筑門窗保溫性能的指標，實際上，隨著現(xiàn)代建筑科技的飛速發(fā)展發(fā)展，新型門窗玻璃的研發(fā)也從未停止，新型玻璃的研發(fā)思路也從以往單一的保溫轉(zhuǎn)化為保溫與熱能利用相結(jié)合。美國麻省理工學(xué)院的科學(xué)家首次研發(fā)出了太陽能玻璃，也即將混合涂料涂抹在玻璃表面結(jié)合太陽能電池實現(xiàn)太陽能的采集，目前太陽能玻璃的開發(fā)應(yīng)用已經(jīng)如火如荼的進行中，也必將成為我國玻璃行業(yè)新的經(jīng)濟增長點。太陽能玻璃效果的好壞與玻璃的熱容性能直接相關(guān)，從而比熱容也應(yīng)成為未來玻璃的檢測指標之一。

目前我國玻璃熱物性檢測手段單一，主要在實驗室內(nèi)制作試件，檢測導(dǎo)熱系數(shù)(傳熱系數(shù))為主，由于采用穩(wěn)態(tài)法，檢測效率較低。工程實際中除了實驗室檢測以外，對門窗玻璃的實際保溫性能，現(xiàn)場檢測更為準確可靠。另外比熱容尚未列為主要檢測指標，新型材料如太陽能玻璃的出現(xiàn)，將比熱容列為檢測項目勢在必行。我國玻璃檢測技術(shù)與玻璃行業(yè)的快速發(fā)展已不相適應(yīng)，從而有必要研發(fā)新型的玻璃熱物性測試儀，實現(xiàn)玻璃導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容等的快速、準確檢測，以提高我國玻璃質(zhì)量監(jiān)督檢驗行業(yè)的檢測水平。

目前玻璃熱物性實驗室測試技術(shù)方面，我國與國外差距已經(jīng)不明顯，由于實驗室測量主要是制作標準試件進行測量，通常的導(dǎo)熱系數(shù)測試儀器均可應(yīng)用于玻璃導(dǎo)熱系數(shù)檢測，如美國的TCI導(dǎo)熱系數(shù)測試儀、我國湖北某公司的FD系列導(dǎo)熱系數(shù)測試儀等，我國已頒布JC/T 675-1997《玻璃導(dǎo)熱系數(shù)試驗方法》國家標準，測試方法也主要以穩(wěn)態(tài)法為主，如復(fù)旦大學(xué)的周菁華用穩(wěn)態(tài)法測量了節(jié)能玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)，我國各質(zhì)監(jiān)系統(tǒng)檢測玻璃熱物性也以穩(wěn)態(tài)法為主。目前對于特種玻璃熱物性測試方面的研究不多，由于中空玻璃內(nèi)含有空氣夾層，而玻璃兩表面溫差較大時夾層內(nèi)會出現(xiàn)自然對流現(xiàn)象，這會對其熱物性檢測結(jié)果帶來影響，但是對此尚缺乏足夠的理論分析和實驗研究，另外，復(fù)合材料玻璃由于材料各向異性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性等各方面的特點，從而不能采取普通玻璃熱物性測試的數(shù)據(jù)處理方法，這也給玻璃熱物性檢測工作帶來了新的挑戰(zhàn)。例如，比熱容是新型太陽能玻璃的重要指標，直接決定玻璃的吸熱能力，進而影響太陽能玻璃的使用效果，然而我國玻璃質(zhì)量檢測尚未將比熱容列為主要指標，從而，將玻璃比熱容作為檢測指標是有必要的。

2 建筑節(jié)能現(xiàn)場檢測技術(shù)

由于實驗室測試的局限性，往往需要在工程現(xiàn)場對門窗玻璃進行熱物性測試，目前現(xiàn)場測試方法有熱箱法和熱流計法等，測試參數(shù)為傳熱系數(shù)。其中熱箱法測試原理是人工制造一個一維傳熱環(huán)境，被測部位的內(nèi)側(cè)用熱箱測試，熱箱和室內(nèi)模擬采暖條件另一側(cè)為室外(自然條件)，通過測量熱箱的發(fā)熱量得到被測部位的傳熱量，計算得到被測部位的傳熱系數(shù)。由于熱流計法不受被測結(jié)構(gòu)型式的影響，而且使用方便、易于攜帶，也被認為適合于建筑節(jié)能傳熱系數(shù)的現(xiàn)場檢測。建筑節(jié)能傳熱系數(shù)檢測裝置的核心部件之一是熱流計，熱流計的檢測精度直接影響傳熱系數(shù)的檢測精度。從1914年德國的Henky教授發(fā)明第一臺熱流計以來，國外已經(jīng)將熱流計大量應(yīng)用于建筑采暖、發(fā)電、空調(diào)等能耗檢測與熱能設(shè)施的安全保護檢測，而我國目前尚處于推廣階段，檢測技術(shù)也不成熟，國產(chǎn)熱流計在檢測精度、量程和通用性方面與國外產(chǎn)品均有較大差距，研發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的高精度、通用性強的熱流計是基于國家經(jīng)濟的發(fā)展對節(jié)能的迫切需要。研究和分析發(fā)現(xiàn)，溫差變化、太陽輻射、雨水和風(fēng)速等環(huán)境因素，對熱流計法測試的準確性有著重要影響，從而，為了全面推廣建筑節(jié)能現(xiàn)場檢測，必須盡快解決熱流計法的環(huán)境適應(yīng)性問題，除了嚴格控制測試條件外，還可以從測試理論上逐步進行完善，提出更加可靠的測試及數(shù)據(jù)處理方法。雖然目前尚沒有一種受到大家廣泛認可的比較適合建筑節(jié)能現(xiàn)場傳熱系數(shù)檢測的方法，近年來，有關(guān)學(xué)者也取得了一些進展，如Cucumo等人建造了一個可控室內(nèi)條件的房間將環(huán)境因素考慮進去，利用有限差分法計算傳熱系數(shù);Ceme等人研究了輕質(zhì)建筑材料在強制通風(fēng)和輻射熱阻綜合條件下的動態(tài)性能等，國內(nèi)從1986年以來有關(guān)建筑材料和結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)檢測方面的專利也有近10項之多。

近年來，常功率平面熱源法由于可大大縮短實際檢測時間，且能減小室外空氣溫度變化給傳熱過程帶來的影響，被認為是非穩(wěn)態(tài)法檢測物體熱物理性能的一種可行方法，目前，在實驗室中用非穩(wěn)態(tài)法檢測材料熱性能技術(shù)手段較為成熟，但是用來進行現(xiàn)場節(jié)能檢測還有很多工作要做。例如，目前已有測試儀器數(shù)據(jù)采集手段方面多以單片機為主，由于數(shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)儲存量的限制，每次僅可同時測量3路信號，而建筑節(jié)能現(xiàn)場測試中為了提高測試精度，往往需要10路以上的信號。與PLC系統(tǒng)相比單片機系統(tǒng)抗干擾能力相對較弱，尤其是工程現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境比較復(fù)雜時更為明顯。雖然應(yīng)用PLC進行數(shù)據(jù)采集抗干擾能力強，但是成本比單片機要高得多，從而尋求更為適合的數(shù)據(jù)采集方案十分必要。

3 總結(jié)

綜上所述，目前建筑節(jié)能門窗玻璃實驗室熱物性測試方面，存在主要問題是測試手段單一，僅對傳熱系數(shù)進行檢測，比熱容測試考慮較少，在多參數(shù)測試技術(shù)和硬件設(shè)計方面仍有較大改進的余地。建筑節(jié)能現(xiàn)場測試以熱流計法為主，但是測頭組件在精度、可拓展性和設(shè)計方面均與國外同類產(chǎn)品有差距。國內(nèi)現(xiàn)有檢測系統(tǒng)溫度信號的采集用單片機系統(tǒng)實現(xiàn)，在可測通道數(shù)、檢測精度和抗干擾性方面均不盡如人意。未來只要找對發(fā)展方向，質(zhì)檢部門在檢測技術(shù)水平方面投入更多人力和物力的同時，加強與科研院所的科技合作，必將改變我國建筑節(jié)能門窗玻璃檢測水平落后于市場發(fā)展的現(xiàn)狀。

參考文獻

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