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門窗幕墻玻璃質(zhì)量提升的催化劑:熱工參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)技術(shù)

來(lái)源:建筑光學(xué)    發(fā)布時(shí)間:2017-07-28 10:30:45    編輯:管理員    瀏覽:2435

門窗幕墻玻璃質(zhì)量提升的催化劑:

熱工參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)技術(shù)

 

本文出自《2017年全國(guó)塑料門窗行業(yè)年會(huì)論文集》


摘要:本文分析了節(jié)能玻璃質(zhì)量評(píng)價(jià)關(guān)鍵參數(shù)及其影響因素,詳細(xì)介紹了幕墻及門窗用玻璃熱工參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)。

 

關(guān)鍵詞:節(jié)能玻璃,中空玻璃,真空玻璃,檢測(cè)方法

Key words:Energy-saving glass, Insulating glass unit, Vacuum glazing, Field testing method


門窗幕墻用玻璃是建筑的窗口,兼具采光、保溫、隔熱、隔聲等多項(xiàng)功能。同時(shí)玻璃又是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中,保溫性能最薄弱的環(huán)節(jié),是能量流失的主要部位。因此,玻璃的質(zhì)量控制及科學(xué)的檢測(cè)方法,對(duì)于整個(gè)建筑節(jié)能來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

已有技術(shù)中,已安裝的玻璃無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)直接檢驗(yàn),需要現(xiàn)場(chǎng)取樣后,送到相應(yīng)的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)。但對(duì)于大尺寸,尤其是鋼化后的玻璃,受到檢驗(yàn)裝置的限制,試驗(yàn)室不易檢驗(yàn)。因此出現(xiàn)了“實(shí)驗(yàn)室只對(duì)來(lái)樣負(fù)責(zé)(小樣片,單片),已安裝成品玻璃性能無(wú)從得知”的局面。

基于行業(yè)的需求和檢測(cè)技術(shù)上的空白,建筑用玻璃標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(TC255)組織編制了《建筑用節(jié)能玻璃光學(xué)及熱工參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱“現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)規(guī)范”),相應(yīng)的檢測(cè)儀器也已經(jīng)誕生,下文會(huì)詳述。

一、節(jié)能玻璃質(zhì)量評(píng)價(jià)關(guān)鍵參數(shù)

首先,簡(jiǎn)要介紹一下玻璃的傳熱機(jī)理,如圖1所示。通過(guò)透明部分玻璃的傳熱包括兩種方式,分別為溫差傳熱和太陽(yáng)輻射傳熱。由于傳熱方式不同,要提升玻璃質(zhì)量和性能,采取的相應(yīng)技術(shù)手段也有所不同。

溫差傳熱主要通過(guò)降低玻璃的傳熱系數(shù)K來(lái)控制,太陽(yáng)輻射傳熱主要通過(guò)調(diào)節(jié)太陽(yáng)能總透射比g和紅外熱能總透射比gIR來(lái)加以控制。下面分別就傳熱系數(shù)K和g值(gIR)來(lái)詳細(xì)介紹。

圖1 熱量傳遞基本原理圖

 

 

1、控制溫差傳熱關(guān)鍵參數(shù)—傳熱系數(shù)K

1)中空傳熱系數(shù)K影響因素

圖2 中空玻璃溫差傳熱機(jī)理示意圖

 

 

如圖2所示,要降低中空玻璃的傳熱系數(shù),需減少熱輻射、對(duì)流傳熱以及熱傳導(dǎo),通常采取的手段為采用單片或多片Low-E玻璃(單銀、雙銀或三銀)、充入惰性氣體、增加腔體的數(shù)量或者腔體的厚度。

采用不同的種類和數(shù)量的Low-E玻璃,玻璃整體的傳熱系數(shù)K對(duì)比見(jiàn)表1(選擇玻璃數(shù)據(jù)庫(kù)中典型Low-E玻璃,僅供參考)。

充入不同比例惰性氣體,中空玻璃(結(jié)構(gòu)為6Low-E+12Ar+6)傳熱系數(shù)K變化曲線見(jiàn)圖3-5。中空玻璃結(jié)構(gòu)為6Low-E+12Ar+6,隨著氬氣所占濃度的增加,傳熱系數(shù)K顯著減小,氬氣含量從0-100%,K值變化約為0.3W/(m2·k)。

增加腔體厚度,中空玻璃(充空氣層)傳熱系數(shù)K變化曲線見(jiàn)圖6-8。由3個(gè)圖可見(jiàn),在充空氣的情況下,中空腔體厚度約為12mm時(shí),傳熱系數(shù)達(dá)到最低值,隨著腔體厚度的增加,傳熱系數(shù)K又有增大的趨勢(shì)。

由上述結(jié)果可見(jiàn),Low-E玻璃的種類及數(shù)量、是否含有惰性氣體以及含量、氣體間隔層厚度,都會(huì)影響到整體玻璃的傳熱系數(shù)K值。這些要素,都是可以通過(guò)無(wú)損檢測(cè)手段來(lái)檢驗(yàn)出來(lái),進(jìn)而可以確定中空玻璃的傳熱系數(shù)K,后續(xù)會(huì)詳細(xì)介紹。

 

2)真空玻璃傳熱系數(shù)K影響因素

真空玻璃傳熱系數(shù)K影響因素包括真空度、Low-E玻璃的輻射率、支撐物的間距、支撐物本身的傳熱系數(shù)、支撐物與玻璃的有效接觸面積。詳細(xì)計(jì)算公式可參考JGJ 113 附錄A。需要特別指出如下幾點(diǎn):

A)與中空玻璃相比,Low-E玻璃輻射率的降低對(duì)于真空玻璃來(lái)說(shuō)更加關(guān)鍵,變化規(guī)律如圖9所示。同時(shí)由于真空層的存在,對(duì)Low-E膜尤其是離線Low-E膜是一個(gè)很好的保護(hù),可延長(zhǎng)Low-E膜的使用壽命;

B)真空度一般要求在0.1Pa以下,氣體導(dǎo)熱才可以忽略不計(jì);

C)支撐物盡量采用傳熱系數(shù)較低的不銹鋼、玻璃釉料等材料;

D)支撐物擺放間距,一般根據(jù)支撐物表面光滑度及其與玻璃的有效接觸面積來(lái)決定,真空玻璃傳熱系數(shù)隨支撐物間距的變化如圖10所示。

E)為了延長(zhǎng)真空玻璃的使用壽命,必須放置有效的,足夠的吸氣劑。

由于真空玻璃的傳熱系數(shù)非常小,熱量傳遞很有限,因此給檢驗(yàn)工作帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn),真空玻璃傳熱系數(shù)的快速檢驗(yàn),尤其是真空度的直接檢驗(yàn),目前還是行業(yè)內(nèi)的難題。

2、太陽(yáng)輻射傳熱關(guān)鍵參數(shù)—太陽(yáng)能總透射比g和紅外熱能總透射比gIR

衡量通過(guò)玻璃的太陽(yáng)輻射傳熱,2個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù)為太陽(yáng)能總透射比g和紅外熱能總透射比gIR,g值行業(yè)內(nèi)人員已比較清楚,對(duì)于gIR的理解,需要重點(diǎn)說(shuō)明一下,如下:

簡(jiǎn)單的說(shuō),g值為300~2500nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)太陽(yáng)光直接透射比與二次傳熱的加和。gIR值為780~2500nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的太陽(yáng)光直接透射比與二次傳熱的加和。他們的主要區(qū)別在于,涉及到光譜計(jì)算時(shí),g值的光譜計(jì)算范圍為300~2500nm,gIR值的光譜計(jì)算范圍為780~2500nm,也就是gIR不考慮可見(jiàn)光范圍(300~780nm)的透射及吸收情況,去掉了可見(jiàn)光τv對(duì)g值的影響。

繼續(xù)單純通過(guò)g值來(lái)作為建筑玻璃太陽(yáng)輻射隔熱(或得熱)已不再合理,因?yàn)樵诩t外波段透射及吸收能力較強(qiáng)的玻璃,有可能由于具有較低的可見(jiàn)光透射率,使得計(jì)算所得g值較低;而具有較高g值的玻璃,又有可能在紅外波段具有較低的透射率及較低的二次傳熱,同時(shí)在可見(jiàn)光范圍內(nèi)具有較高的透射率,從而使得計(jì)算所得g值較高。

為了便于大家了解不同類型玻璃的gIR值和g值,圖11給出了不同類型玻璃的gIR值和g值的散點(diǎn)圖,供大家參考(橫坐標(biāo)軸的2#指Low-E膜層的位置,從室外向室內(nèi)看第2#面)。值得注意的是,雙銀產(chǎn)品和三銀產(chǎn)品的g值接近,但gIR值相差很大,也就是說(shuō),gIR值更能夠體現(xiàn)出雙銀和三銀產(chǎn)品的差別所在。

節(jié)能玻璃的gIR值和g值,主要取決于玻璃原片的情況,尤其是采用不同的Low-E玻璃原片,對(duì)結(jié)果影響很大。因此,要評(píng)價(jià)已安裝的中空玻璃和真空玻璃的gIR值和g值,需要在不拆解的情況下,檢測(cè)玻璃的整體的光譜透反射以及解析每片玻璃(Low-E玻璃和白玻)的光譜透射和反射。

二、熱工參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法

為了解決已安裝門窗和幕墻檢測(cè)的問(wèn)題,建筑用玻璃標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(TC255)組織編制了《建筑用節(jié)能玻璃光學(xué)及熱工參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》。該技術(shù)規(guī)范包含的主要內(nèi)容為:測(cè)試分類、測(cè)量原理、光熱計(jì)算用基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)量要求、參數(shù)計(jì)算等。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法基本原理見(jiàn)圖12。基本原理為先用專用檢測(cè)裝置獲得基礎(chǔ)參數(shù),再根據(jù)GB/T 2680和JGJ/T 151計(jì)算光熱參數(shù)。所說(shuō)的基礎(chǔ)參數(shù)包括:玻璃及氣體間隔層厚度、膜層位置、校正輻射率、光譜透射比、光譜反射比、中空腔惰性氣體體積濃度。所說(shuō)的光學(xué)參數(shù)一般指可見(jiàn)光透射比τv、可見(jiàn)光反射比ρv、太陽(yáng)光直接透射比τe、太陽(yáng)光直接反射比ρe、太陽(yáng)光紅外熱能直接透射比τIR;熱工參數(shù)一般指太陽(yáng)能總透射比g、太陽(yáng)光紅外熱能總透射比gIR、遮陽(yáng)系數(shù)Sc、傳熱系數(shù)K、光熱比LSG。

該現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)規(guī)范適用玻璃類型如表2。對(duì)于單片玻璃、夾層玻璃、未鍍膜中空玻璃以及鍍膜中空玻璃和真空玻璃(其中鍍膜玻璃為1片或者2片),可以檢測(cè)所有的光熱參數(shù);對(duì)于鍍膜中空玻璃(其中鍍膜玻璃為三片及以上),可以檢測(cè)可見(jiàn)光透射比τv、可見(jiàn)光反射比ρv、太陽(yáng)光直接透射比τe、太陽(yáng)光直接反射比ρe、太陽(yáng)光紅外熱能直接透射比τIR。

三、便攜式現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)系列儀器

根據(jù)市場(chǎng)需求,為大家介紹幾款成熟的便攜式現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器。

圖13為中空玻璃輻射率測(cè)試儀,該儀器可深度剖析中空玻璃的結(jié)構(gòu),可測(cè)試中空玻璃中每片玻璃的厚度以及腔體的厚度,可識(shí)別Low-E膜層的數(shù)量和位置,并檢測(cè)出Low-E玻璃的校正輻射率。

圖14為便攜式智能應(yīng)力分析儀,該儀器采用動(dòng)態(tài)激光偏振散射法,通過(guò)偏振激光技術(shù)、高速圖像采集技術(shù)和數(shù)字化偏光器技術(shù)對(duì)玻璃的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量。不僅能夠測(cè)量表面應(yīng)力,也可以測(cè)量玻璃在厚度方向上的應(yīng)力分布,對(duì)鋼化真空玻璃的研究、鋼化玻璃應(yīng)力、減緩自爆等技術(shù)研究提供了有效的手段。該儀器具有小巧便攜、測(cè)量速度快等優(yōu)點(diǎn),連接筆記本或者平板電腦即可現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,獲得應(yīng)力曲線。

圖15為Sparklike公司的新型氣體分析儀,可檢測(cè)雙玻一腔或者三玻兩腔充氣中空玻璃內(nèi)的惰性氣體含量,無(wú)需破壞或在間隔層中擱置附件,可穿透鍍膜和夾膠片??捎糜谏a(chǎn)線上檢測(cè),也可用于工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

圖16為便攜式節(jié)能玻璃現(xiàn)場(chǎng)綜合測(cè)試系統(tǒng),該系統(tǒng)可測(cè)試玻璃的基礎(chǔ)參數(shù),例如玻璃及氣體間隔層厚度、Low-E膜層位置、Low-E膜校正輻射率、光譜透射比、光譜反射比。可根據(jù)基礎(chǔ)參數(shù)計(jì)算玻璃整體的熱工參數(shù)(例如K值、可見(jiàn)光透射比τv、太陽(yáng)能總透射比g、遮陽(yáng)系數(shù)Sc、太陽(yáng)光紅外熱能總透射比gIR和光熱比LSG等),可測(cè)試玻璃種類見(jiàn)表2。圖17 為該系統(tǒng)的軟件界面,可以測(cè)得波長(zhǎng)380~2500nm范圍內(nèi),整體玻璃的透射光譜和室內(nèi)外反射光譜,全方位、深度剖析玻璃是否真正節(jié)能。圖18 為用該儀器對(duì)某項(xiàng)目進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,對(duì)已安裝玻璃的質(zhì)量性能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。

 圖13 中空玻璃輻射率測(cè)量?jī)x

四、 結(jié)論

綜上所述,現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)規(guī)范的編制及各種便攜式檢測(cè)儀器的開(kāi)發(fā),能夠滿足現(xiàn)有市場(chǎng)需求,并填補(bǔ)了技術(shù)上的空白,使已安裝后的玻璃質(zhì)量檢驗(yàn)不再是行業(yè)的難題。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)規(guī)范的實(shí)施和普及,使第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)、質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)部門有據(jù)可依。便攜式系列檢測(cè)儀器的研制,使檢驗(yàn)規(guī)范能夠得以具體實(shí)施,為玻璃行業(yè)的質(zhì)量檢驗(yàn)提供了有效的手段,為被動(dòng)式建筑、低能耗綠色建筑工程驗(yàn)收提供了技術(shù)依據(jù),對(duì)于玻璃產(chǎn)品質(zhì)量的提升、行業(yè)的規(guī)范化發(fā)展,可以起到很好的推動(dòng)作用。

行業(yè)動(dòng)態(tài)

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