建筑玻璃光學(xué)性能檢測方法分析

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

1 前言

早期人們對玻璃的要求僅僅是透光、平整及外觀質(zhì)量要好，但隨著我國科技水平以及收入水平的提升，人們對居住環(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)計之初和最后驗收的時候，對所使用的玻璃構(gòu)件有了更多的光學(xué)性能指標要求。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，國家強制性標準GB 50411—2019《建筑節(jié)能工程施工驗收規(guī)范》相關(guān)條文對玻璃的光學(xué)性能參數(shù)做了相關(guān)要求。按照相關(guān)規(guī)定，一般需要對可見光透射比、遮陽系數(shù)等參數(shù)進行檢測。2021年10月1日實施的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》新標準，相對于舊版標準有了以下變化：①增加了部分術(shù)語和定義。②增加了對試樣的要求，修改了對檢測儀器參數(shù)的要求。③增加了光熱比、太陽紅外熱能總透射比兩個新的檢測項目的測量方法。④增加了輻射率的測試條件和校正系數(shù)。

本文通過筆者在學(xué)習(xí)和檢測過程中的經(jīng)驗體會，對這些光學(xué)性能指標的檢測技術(shù)進行一些簡單介紹。我們只有對這些玻璃性能參數(shù)，去進行準確的了解和詳細的分析，才能選擇合適的玻璃產(chǎn)品，使建筑能夠滿足各項指標的要求[1]。

2 建筑玻璃試樣的測試要求

（1）單片玻璃制品可以直接用作樣品，也進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)。該指標與建筑物的采光通透程度有著直接的影響，而且對室內(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)計或者驗收標準中，制訂了當窗墻比小于40%時，使用的建筑玻璃可見光透射比不應(yīng)該小于40%的指標要求。

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)得到強有力的支撐，越來越高的寫字樓進入大眾的視野，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。在一些標準要求中，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 建筑玻璃太陽光直接透射比

太陽光直接透射比：在太陽光譜（300nm～2500nm）范圍內(nèi)，直接透過玻璃的太陽能強度對入射太陽能強度的比值。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 建筑玻璃太陽光直接反射比

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

3.5 建筑玻璃太陽能總透射比

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

3.6 建筑玻璃遮陽系數(shù)

遮陽系數(shù)：簡稱SC，是各類建筑節(jié)能標準中對建筑玻璃制品的一個非常重要的性能參數(shù)要求。該參數(shù)是指太陽的輻射能量透過建筑玻璃的量與透過相同厚度的3mm標準玻璃的量之比。而標準比值這個參數(shù)，在以前舊的GB/T 2680—1994標準中，默認理論值取0.889，而在將要實施的新的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進行計算，這樣在實施的很多節(jié)能設(shè)計及節(jié)能驗收規(guī)范中，所有計算公式的取值都有了一個統(tǒng)一的參數(shù)值。避免在設(shè)計階段與最終驗收的時候，由于計算方法使用參數(shù)的原因而導(dǎo)致存在誤差。有了統(tǒng)一計算標準，就可以更細致的去研究。在我們國家的南方地區(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，遮陽系數(shù)越小的玻璃對于節(jié)能更加有利。而在我們國家的北方地區(qū)，比較寒冷，甚至東北地區(qū)更加的嚴寒，窗戶玻璃以及幕墻玻璃占墻體面積較小，遮陽系數(shù)比較高的玻璃產(chǎn)品對于利用太陽熱量降低采暖能耗來說更加有利，能更好的實現(xiàn)節(jié)能這個指標。所以遮陽系數(shù)應(yīng)根據(jù)我們國家不同區(qū)域的要求而分別確定。

4 建筑玻璃節(jié)能指標參數(shù)的檢測方法

4.1 建筑玻璃光學(xué)性能參數(shù)測試

4.1.1 檢測設(shè)備

對建筑玻璃光學(xué)性能的測試，應(yīng)根據(jù)我國更新使用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》這一新標準來進行，而JGJ/T 151—2008《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規(guī)程》中規(guī)定計算時采用ISO9050:2003(E)這一標準，兩者在對測試太陽光的波長范圍以及大氣質(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對于測量儀器的基本的精度等要求，本文所使用的的檢測儀器為：

a)Lambda 950型紫外/可見/近紅外分光光度計：

（1）波長的范圍：175nm～3300nm（150mm積分球）；

（2）帶寬（分辯率）：＜0.05nm；

（3）波長重復(fù)性：＜0.005nm；

（4）光度計精度：±0.0006A(1A)；±0.0003A(0.5A)。

b)Nicolrt is 50型傅里葉分光光度計：

（1）波長的范圍：2.5μm～25μm；

（2）波長的準確度：±0.1μm以內(nèi)；

（3）光度的測量準確度：在1%以內(nèi)，重復(fù)性1%。

4.1.2 檢測步驟

（1）使用上述檢測儀器測試參數(shù)：

光譜透射比：波長300nm～2500nm范圍內(nèi)的光譜透射比；

光譜反射比：波長300nm～2500nm范圍內(nèi)的光譜反射比；

輻射率：波長范圍2.5μm～25μm，283K溫度下的光譜反射比。

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

在測試構(gòu)成玻璃系統(tǒng)的每一塊玻璃時，都需要測試整個太陽光譜范圍內(nèi)的透射比以及兩個表面的反射比和輻射率，再來對中空玻璃的各項參數(shù)計算。進行計算過程中，一定要注明每片玻璃的位置，因為鍍膜（貼膜）玻璃的膜面不同，其使用時位置的不同將會對結(jié)果造成很大影響。

4.2 測試結(jié)果

以某企業(yè)生產(chǎn)的中空玻璃為測試試樣，型號為：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）玻璃的各項光學(xué)參數(shù)的測試結(jié)果；表2是中空玻璃的各項光學(xué)參數(shù)的測試結(jié)果。

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

表2 中空玻璃的各項光學(xué)參數(shù)的測試結(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

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