建筑玻璃现场光热参数测量概述

一、技术背景发展绿色建筑和推进建筑节能工作是我国城市建设工作中的重要内容，建筑玻璃的光学热工性能是关乎建筑节能实效的最重要因素之一。在实际工程中，建筑门窗、玻璃幕墙的光学性能和热工性能的数据大多是通过实验室检测而获得的。实验室检测的样品通常需要单独制作样品，这无法保证与工程实际使用产品的状况一致，难以反映工程上门窗、玻璃幕墙的真实情况。为了更准确地掌握工程的真实情况，需要更加科学、便捷的检测方法，以方便工程现场检测，并且确保检测结果的可靠性。伴随着现代检测技术的进步，已经出现了便携式的检测仪器，可以在建筑工程现场对建筑门窗和玻璃幕墙的光学性能和热工性能进行检测，不必将样品送回到实验室去检测，大部分参数可以通过现场检测的方式就能获得，大大方便了产品性能的检验。采用现场直接测量方法评价建筑节能玻璃光热性能，具有方法简单、快速，适用面广，评价客观等特点，可以为防止建筑工程项目中使用不合格建筑门窗、玻璃幕墙产品提供有利保障，增强企业产品的竞争力和品牌影响力。同时，对于增强中国制造的品牌影响力、建设资源节约型社会、推动建筑节能和绿色发展，也将产生积极的影响。为了让大家了解建筑玻璃现场光热参数测量方法的基本原理，小编整理了以下介绍内容供大家参考。二、建筑玻璃的光热参数及定义建筑玻璃现场测量光热性能主要包括以下参数：1）可见光透射比；2）可见光反射比；3）太阳光直接透射比；4）太阳光直接反射比；5）玻璃色差；6）太阳能总透射比（g）；7）遮阳系数（Sc）;8）太阳红外热能总透射比（gIR)；9）传热系数（U或K）；10）光热比（LSG）。有不清楚定义的小伙伴们，可以查看下面的定义解释，已熟悉参数概念的可以直接跳过本部分。1）可见光透射比（visiblelighttransmittance）：在可见光（380nm～780nm）范围内，透过被测物体的光通量与入射光通量之比。2）可见光反射比（visiblelightreflectance）：在可见光（380nm～780nm）范围内，经被测物体反射后的反射光通量与入射光通量之比。3）太阳光直接透射比（solardirecttransmittance）：波长范围300nm～2500nm太阳辐射透过被测物体的辐射通量与入射的辐射通量之比。此参数不包含物体由于吸收红外热辐射而产生的二次热传递，不能将此概念直接用于描述玻璃的遮阳性能。4）太阳光直接反射比（solardirectreflectance）：波长范围300nm～2500nm太阳辐射被被测物体反射的辐射通量与入射的辐射通量之比。5）玻璃色差（colordifferenceofglass）：玻璃之间或与目标颜色间的颜色差异，也指同一片玻璃不同位置间的颜色差异，分为透射色差和反射色差，以ΔEab*表示。6）太阳能总透射比（totalsolarenergytransmittance）：太阳光直接透射比与被玻璃组件吸收的太阳辐射向室内的二次热传递系数之和，用g表示。是衡量阻隔太阳辐射热能力的重要指标，包括直接透进室内的太阳辐射能量，还包括玻璃吸收太阳能热以中长波红外辐射向室内的能量。不能用太阳能阻隔率等概念表示此含义。注：“太阳能总透射比（g值）”又名“太阳光总透射比”、“太阳得热系数（SHGC）”和“太阳因子”。7）遮阳系数（shadingcoefficient）：在给定条件下，太阳能总透射比与厚度3mm无色透明玻璃的太阳能总透射比的比值，用SC表示。与太阳能总透射比相差一个比例系数，目前常用太阳能总透射比，Sc=g/0.87。8）太阳红外热能总透射比（totalsolarinfraredheattransmittance）：在太阳光谱的近红外波段780nm～2500nm范围内，直接透过玻璃的太阳辐射强度和玻璃吸收太阳能经二次传热透过的部分之和与该波长范围入射太阳辐射强度的比值，用gIR表示。9）传热系数（thermaltransmittance）：玻璃两侧环境温度差为1K（℃）时，在单位时间内通过单位面积门窗或玻璃幕墙的热量，用K值表示。10）光热比（visiblelighttototalsolarenergytransmittance）：可见光透射比与太阳能总透射比的比值，用LSG表示。光热比并不是衡量节能的直接参数，由于可见光透射比直接影响太阳能总透射比，某些产品为了迎合低g值而压低可见光透射比，造成采光性能差，而高透射比的玻璃又会导致g值较高。所以出现光热比参数，是在相同的可见光透射比条件下比较太阳能总透射比g值的大小，或相同太阳能总透射比条件下比较可见光透射比大小。也能间接衡量红外热能总透射比的大小，而gIR的出现可以科学合理的衡量玻璃的红外热能总透射比的能力。三、光热参数测量的方法介绍光热参数测量存在以下两类方法：1）热工参数测量方法中，JG/T281（热工光源法）、GB/T8484（标定热箱法）和GB/T22476（防护热板法、热流计法）需对玻璃实物样品进行直接测量，可以称为直接测量方法。也是门窗两侧给定指定温度条件，模拟实际传热，可以测量任意配置的玻璃及门窗。2）GB/T2680（ISO9050）和JGJ/T151（ISO15099）是对构成玻璃成品的单片玻璃体的透反射光谱等基础参数进行测量，再依据标准中的方法计算出热工参数，一般称为光谱测量计算法。是通过能量传递的物理模型由测得的基础参数模拟计算得出在标准环境边界条件、实际环境边界条件和节能评估要求的环境边界条件下的光热参数。光谱测量计算法简单便捷，适用于玻璃成品的测量与计算，由于需要每一片玻璃的光谱透射反射吸收数据，一般情况需要对玻璃成品拆解后进行分片测量，再计算热工参数。随着检测技术的发展也出现了符合GB/T2680和JGJ/T151基本方法的非拆解法光热工参数综合测量仪器，也称为无损整体光热参数测量方法。无损整体测试建筑玻璃的光热参数，需采用无损测量方式，先测量玻璃系统的基础参数，包括：各层玻璃及间隔层厚度、光谱透射比、光谱反射比、膜面位置、膜面半球辐射率、间隔层惰性气体体积浓度，各光热参数由基础参数按照标准中规定的光热参数计算方法计算获得玻璃的光热参数，参数计算关联图见图1。图1

基础测量参数与光热参数计算关联图在做玻璃产品热工性能比对、评价、工程验收时，热工参数计算用边界条件采用JGJ/T151中规定的标准计算条件进行计算。根据JGJ/T151中规定，传热系数U值应采用冬季标准计算条件，遮阳系数Sc和太阳能总透射比g值应采用夏季标准计算条件。JGJ/T151中计算环境边界条件见图2。图2

《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》JGJ/T151中边界计算条件注意：保障仪器正常工作的“环境条件”、现场测试时的“环境条件”与热工参数计算用“环境边界条件”概念不同，三者没有直接关系。四、基础参数测量介绍4.1光谱透反射比测量建筑玻璃光谱透反射比采用光谱检测仪器进行测量，一般由光源、分光装置、试样架、光电探测器、数据采集处理单元等组成，透射测量装置示意图如图3所示，反射测量装置示意图如图4所示，不同品牌的仪器结构略有不同。说明：1—光源2—光阑3—准直透镜4—样品5—积分球6—光谱分光装置7—光电探测器8—信号采集与处理单元图3

透射测量装置示意图说明：1—光源2—光阑3—准直透镜4—样品5—积分球6—光谱分光装置7—光电探测器8—信号采集与处理单元图4

反射测量装置示意图测量装置可测得玻璃各波长下的透射比、反射比。通过测得的玻璃系统总的光谱透射比、前后光谱反射比以及玻璃原片的光谱大数据，可以解析出每一片玻璃的光谱数据，从而获得标准（GB/T2680或JGJ/T

151）中计算方法所需的每片玻璃的光谱数据。4.2

玻璃厚度及气体间层测量厚度是玻璃的主要指标之一，目前一般采用卡尺、外径千分尺等量具对玻璃厚度进行接触式测量。对于建筑玻璃，接触式测量具有一定的局限性，必须同时接触玻璃的两侧才能测得厚度，所以测量中空玻璃等结构时只能测量总厚度，且不易测量到玻璃中部的厚度，也不适合测量已安装建筑玻璃。非接触测量玻璃厚度一般采用激光三角法，其测量玻璃厚度的简化光路如图5所示。根据被测玻璃各表面的反射光成像在探测器上的像素位置，定标后可以根据玻璃折射率、光入射角度、玻璃两表面的反射光斑成像在线阵探测器上的像素位置间距，准确计算出玻璃和中空腔的厚度。图5

激光三角法测量玻璃厚度光路示意图4.3

膜面辐射率测量建筑玻璃低辐射镀膜膜层一般位于中空玻璃腔体内，传统的红外反射测量方法无法直接测得镀膜表面反射比，进而无法按照现行行业标准《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》JGJ/T151的方法计算获得镀膜表面半球辐射率。现场测量中玻璃低辐射镀膜表面辐射率应采用非接触、无损测量方式。基本原理是首先采用电磁感应原理测量获得玻璃低辐射镀膜表面面电阻，由关系公式计算获得膜面的垂直辐射率。膜面半球辐射率由垂直辐射率乘以表1中系数获得。市面上常见的便携式测量仪器见图6，此仪器可以同时给出玻璃系统的配置厚度、膜面位置、膜面辐射率和玻璃系统的传热系数。表1

半球辐射率与垂直辐射率之间的关系注：其他值可以通过线性插值或外推获得。图6

奥博泰800K中空玻璃传热系数（及辐射率）测量仪4.4

惰性气体含量测量中空玻璃惰性气体含量检测应符合下列规定：1）应在玻璃两侧分别均匀选取5个测点，测点应距玻璃边部100mm（图7）；2）应取10个测点检测结果的平均值作为惰性气体含量的检测值。图7

中空玻璃惰性气体含量测点位置中空玻璃惰性气体含量为现场环境状态下的气体含量，受环境温度和安装角度影响，各部位气体含量分布不均匀，故需均匀选取测量点，求其平均值作为表征中空玻璃气体含量的参数。目前用于现场无损检测中空玻璃惰性气体含量的原理分为：等离子体发射光谱法和可调谐半导体激光吸收光谱法这两种。市面上常见的惰性气体含量测量仪器见图8所示。a）等离子体发射光谱法仪器b）可调谐半导体激光吸收光谱法仪器图8Sparklike惰性气体分析仪五、整体光热参数测量概述由以上所测得的各基础参数，按GB/T2680、JGJ/T151等相关标准即可计算出可见光透射比、可见光反射比、太阳光直接透射比、太阳光直接反射比、