建筑玻璃光學(xué)及熱工性能檢測方法分析

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，并結(jié)合實際案例對檢測方法的具體應(yīng)用展開了探討，希望通過本文的探究，能夠為相關(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。這個比例是通過計算建筑玻璃表面?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。通過大量的試驗研究發(fā)現(xiàn)，波長在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)確測量建筑玻璃的可見光透射比，通常需要使用專業(yè)的測量儀器和方法。分光光度計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。通過測量建筑玻璃在各個波長下的透射率，并與太陽輻射的輻射光譜進(jìn)行對比，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。在實際應(yīng)用中，常常會根據(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Ａ?。例如，在炎熱的地區(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估建筑玻璃對太陽輻射能量利用效率的指標(biāo)之一，該數(shù)值是通過測量建筑玻璃在所有波長下的透射率，并將其與太陽輻射的能量譜進(jìn)行對比得到的。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。對于建筑設(shè)計來說，選擇具有高太陽能總透射比的建筑玻璃，可以減少對人工照明的依賴，提高建筑的能源效率。為了準(zhǔn)確測量建筑玻璃的太陽能總透射比，通常用輻射計和光譜儀對建筑玻璃進(jìn)行測試，從而確定建筑玻璃在所有波長下的透射率，并計算太陽能總透射比。

1.4傳熱系數(shù)

傳熱系數(shù)是評估建筑玻璃隔熱性能的一項重要指標(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)境的傳熱情況來計算得到。較低的傳熱系數(shù)意味著建筑玻璃對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)及熱工性能檢測技術(shù)分析

2.1玻璃系統(tǒng)厚度檢測

玻璃系統(tǒng)的厚度是評估建筑玻璃的光學(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)和隔熱性能的有價值信息。玻璃系統(tǒng)厚度檢測通常采用非接觸式的測量技術(shù)，如激光掃描或超聲波測量。這些技術(shù)具有高精度和快速獲取數(shù)據(jù)的優(yōu)點，并且不會對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)，并通過測量激光束從表面到玻璃背面的時間來計算厚度；超聲波測量技術(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。實際測量工作的開展，應(yīng)該從玻璃系統(tǒng)構(gòu)造厚度和玻璃系統(tǒng)的平均厚度這兩個層面考慮：

2.1.1玻璃系統(tǒng)厚度的檢測

玻璃系統(tǒng)的構(gòu)造厚度是指玻璃在組裝或安裝時的實際厚度，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，這一厚度值對于評估玻璃的光學(xué)性能和熱工性能至關(guān)重要。通過對大量玻璃樣品的構(gòu)造厚度進(jìn)行檢測和數(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，這主要是因為光在厚玻璃中的傳播距離變長，吸收和散射效應(yīng)增強(qiáng)。同時，熱導(dǎo)率可能會隨著厚度的增加而增大，這是因為熱傳導(dǎo)路徑變長。

在檢測玻璃系統(tǒng)構(gòu)造厚度時，需要確保測量設(shè)備的精度和準(zhǔn)確性，避免人為誤差；對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)行測量和記錄；對于具有涂層、間隔或支撐結(jié)構(gòu)的玻璃，需要特別注意這些結(jié)構(gòu)對構(gòu)造厚度的影響。值得注意的是，在實際應(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估大面積或大量玻璃的整體性能。通過對玻璃樣品的平均厚度進(jìn)行檢測和數(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有所變化，但具體變化趨勢需要根據(jù)實際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。同時，熱導(dǎo)率和熱擴(kuò)散率也可能會隨著平均厚度的變化而有所調(diào)整。值得注意的是，如果待測玻璃是矩形，檢測過程中應(yīng)當(dāng)對每個邊界進(jìn)行均等劃分。劃分期間，每個邊長不能超過500 mm。

2.2中空玻璃惰性氣體含量檢測

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，對測量結(jié)果進(jìn)行誤差分析，并采用適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計方法處理數(shù)據(jù)，以得出準(zhǔn)確的結(jié)論。通過檢測惰性氣體的含量，可以評估中空玻璃的隔熱、隔音性能以及長期穩(wěn)定性。同時，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

半球輻射率是衡量物體輻射特性的重要參數(shù)。半球輻射率的檢測方法有多種，主要包括直接觀測法、熱電偶法、紅外輻射測量法和熱像儀法等。其中，直接觀測法是通過在地表設(shè)置觀測站點，利用輻射傳感器等設(shè)備直接測量地表太陽輻射的強(qiáng)度，然后計算出半球輻射率。這種方法簡單直觀，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量輻射能量的差異，從而計算半球輻射率。這種方法精度較高，但操作較為復(fù)雜；紅外輻射測量法是使用紅外輻射計等儀器來測量物體表面發(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量；熱像儀法是利用紅外熱像儀對物體表面進(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檢測方法實際應(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)及熱工性能檢測方法的應(yīng)用展開探討。

玻璃規(guī)格厚度為（5+12A+5）㎜，長寬為100㎜×100㎜，該玻璃1片。室外片（玻璃1）為Low-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)的測定》、JGJ/T 151-2008《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規(guī)程》、GB/T 22476-2008《中空玻璃穩(wěn)態(tài)U值（傳熱系數(shù)）的計算及測定》等相關(guān)規(guī)定，對該中空玻璃的可見光透射比、遮陽系數(shù)、傳熱系數(shù)等各項參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測：

3.1可見光透射比

為了測量Low-E鍍膜中空玻璃的可見光透射比，準(zhǔn)備了一臺可見光透射率測試儀器。將待測試的Low-E鍍膜中空玻璃樣品放置在測試儀器中，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，測量透過樣品的可見光強(qiáng)度。同時，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)

為了測量室外片（玻璃1）的遮陽系數(shù)，使用太陽模擬器照射待測試的室外片（玻璃1）樣品。測量樣品對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)

為了測量Low-E鍍膜中空玻璃的傳熱系數(shù)，使用了熱流計儀器，將待測試的Low-E鍍膜中空玻璃樣品放置在儀器中。測量樣品兩側(cè)的溫度差，同時施加一定的熱流。通過測量溫度差和施加的熱流，計算得出傳熱系數(shù)的數(shù)值為1.79 W/（m2·K），滿足設(shè)計要求中傳熱系數(shù)K＝1.79 W/（m2·K）的標(biāo)準(zhǔn)。通過以上檢測方法的應(yīng)用，得出了如表1所示的測量結(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，此次研究能夠為建筑門窗幕墻行業(yè)提供參考和指導(dǎo)。

4結(jié)論

綜上，建筑玻璃的光學(xué)及熱工性能檢測是確保其性能和質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的檢測方法和技術(shù)，以確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。同時，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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