門窗幕墻玻璃質量提升的催化劑:熱工參數現場檢驗技術
門窗幕墻玻璃質量提升的催化劑:
熱工參數現場檢驗技術
本文出自《2017年全國塑料門窗行業(yè)年會論文集》
摘要:本文分析了節(jié)能玻璃質量評價關鍵參數及其影響因素,詳細介紹了幕墻及門窗用玻璃熱工參數的現場檢測技術。 關鍵詞:節(jié)能玻璃,中空玻璃,真空玻璃,檢測方法 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、隔聲等多項功能。同時玻璃又是建筑圍護結構中,保溫性能最薄弱的環(huán)節(jié),是能量流失的主要部位。因此,玻璃的質量控制及科學的檢測方法,對于整個建筑節(jié)能來說至關重要。 已有技術中,已安裝的玻璃無法現場直接檢驗,需要現場取樣后,送到相應的檢驗機構檢驗。但對于大尺寸,尤其是鋼化后的玻璃,受到檢驗裝置的限制,試驗室不易檢驗。因此出現了“實驗室只對來樣負責(小樣片,單片),已安裝成品玻璃性能無從得知”的局面。 基于行業(yè)的需求和檢測技術上的空白,建筑用玻璃標準化技術委員會(TC255)組織編制了《建筑用節(jié)能玻璃光學及熱工參數現場檢測技術規(guī)范》(以下簡稱“現場檢測技術規(guī)范”),相應的檢測儀器也已經誕生,下文會詳述。 一、節(jié)能玻璃質量評價關鍵參數 首先,簡要介紹一下玻璃的傳熱機理,如圖1所示。通過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輻射傳熱。由于傳熱方式不同,要提升玻璃質量和性能,采取的相應技術手段也有所不同。 溫差傳熱主要通過降低玻璃的傳熱系數K來控制,太陽輻射傳熱主要通過調節(jié)太陽能總透射比g和紅外熱能總透射比gIR來加以控制。下面分別就傳熱系數K和g值(gIR)來詳細介紹。 圖1 熱量傳遞基本原理圖 1、控制溫差傳熱關鍵參數—傳熱系數K 1)中空傳熱系數K影響因素 圖2 中空玻璃溫差傳熱機理示意圖 如圖2所示,要降低中空玻璃的傳熱系數,需減少熱輻射、對流傳熱以及熱傳導,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、增加腔體的數量或者腔體的厚度。 采用不同的種類和數量的Low-E玻璃,玻璃整體的傳熱系數K對比見表1(選擇玻璃數據庫中典型Low-E玻璃,僅供參考)。 充入不同比例惰性氣體,中空玻璃(結構為6Low-E+12Ar+6)傳熱系數K變化曲線見圖3-5。中空玻璃結構為6Low-E+12Ar+6,隨著氬氣所占濃度的增加,傳熱系數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K變化曲線見圖6-8。由3個圖可見,在充空氣的情況下,中空腔體厚度約為12mm時,傳熱系數達到最低值,隨著腔體厚度的增加,傳熱系數K又有增大的趨勢。 由上述結果可見,Low-E玻璃的種類及數量、是否含有惰性氣體以及含量、氣體間隔層厚度,都會影響到整體玻璃的傳熱系數K值。這些要素,都是可以通過無損檢測手段來檢驗出來,進而可以確定中空玻璃的傳熱系數K,后續(xù)會詳細介紹。 2)真空玻璃傳熱系數K影響因素 真空玻璃傳熱系數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、支撐物與玻璃的有效接觸面積。詳細計算公式可參考JGJ 113 附錄A。需要特別指出如下幾點: A)與中空玻璃相比,Low-E玻璃輻射率的降低對于真空玻璃來說更加關鍵,變化規(guī)律如圖9所示。同時由于真空層的存在,對Low-E膜尤其是離線Low-E膜是一個很好的保護,可延長Low-E膜的使用壽命; B)真空度一般要求在0.1Pa以下,氣體導熱才可以忽略不計; C)支撐物盡量采用傳熱系數較低的不銹鋼、玻璃釉料等材料; D)支撐物擺放間距,一般根據支撐物表面光滑度及其與玻璃的有效接觸面積來決定,真空玻璃傳熱系數隨支撐物間距的變化如圖10所示。 E)為了延長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非常小,熱量傳遞很有限,因此給檢驗工作帶來了極大的挑戰(zhàn),真空玻璃傳熱系數的快速檢驗,尤其是真空度的直接檢驗,目前還是行業(yè)內的難題。 2、太陽輻射傳熱關鍵參數—太陽能總透射比g和紅外熱能總透射比gIR 衡量通過玻璃的太陽輻射傳熱,2個非常關鍵的參數為太陽能總透射比g和紅外熱能總透射比gIR,g值行業(yè)內人員已比較清楚,對于gIR的理解,需要重點說明一下,如下: 簡單的說,g值為300~2500nm波長范圍內太陽光直接透射比與二次傳熱的加和。gIR值為780~2500nm波長范圍內的太陽光直接透射比與二次傳熱的加和。他們的主要區(qū)別在于,涉及到光譜計算時,g值的光譜計算范圍為300~2500nm,gIR值的光譜計算范圍為780~2500nm,也就是gIR不考慮可見光范圍(300~780nm)的透射及吸收情況,去掉了可見光τv對g值的影響。 繼續(xù)單純通過g值來作為建筑玻璃太陽輻射隔熱(或得熱)已不再合理,因為在紅外波段透射及吸收能力較強的玻璃,有可能由于具有較低的可見光透射率,使得計算所得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,同時在可見光范圍內具有較高的透射率,從而使得計算所得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值的散點圖,供大家參考(橫坐標軸的2#指Low-E膜層的位置,從室外向室內看第2#面)。值得注意的是,雙銀產品和三銀產品的g值接近,但gIR值相差很大,也就是說,gIR值更能夠體現出雙銀和三銀產品的差別所在。 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,對結果影響很大。因此,要評價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、熱工參數現場檢測方法 為了解決已安裝門窗和幕墻檢測的問題,建筑用玻璃標準化技術委員會(TC255)組織編制了《建筑用節(jié)能玻璃光學及熱工參數現場檢測技術規(guī)范》。該技術規(guī)范包含的主要內容為:測試分類、測量原理、光熱計算用基礎參數測量要求、參數計算等。 現場檢測方法基本原理見圖12。基本原理為先用專用檢測裝置獲得基礎參數,再根據GB/T 2680和JGJ/T 151計算光熱參數。所說的基礎參數包括: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。所說的光學參數一般指可見光透射比τv、可見光反射比ρv、太陽光直接透射比τe、太陽光直接反射比ρe、太陽光紅外熱能直接透射比τIR;熱工參數一般指太陽能總透射比g、太陽光紅外熱能總透射比gIR、遮陽系數Sc、傳熱系數K、光熱比LSG。 該現場檢測技術規(guī)范適用玻璃類型如表2。對于單片玻璃、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),可以檢測所有的光熱參數;對于鍍膜中空玻璃(其中鍍膜玻璃為三片及以上),可以檢測可見光透射比τv、可見光反射比ρv、太陽光直接透射比τe、太陽光直接反射比ρe、太陽光紅外熱能直接透射比τIR。 三、便攜式現場檢測系列儀器 根據市場需求,為大家介紹幾款成熟的便攜式現場檢測儀器。 圖13為中空玻璃輻射率測試儀,該儀器可深度剖析中空玻璃的結構,可測試中空玻璃中每片玻璃的厚度以及腔體的厚度,可識別Low-E膜層的數量和位置,并檢測出Low-E玻璃的校正輻射率。 圖14為便攜式智能應力分析儀,該儀器采用動態(tài)激光偏振散射法,通過偏振激光技術、高速圖像采集技術和數字化偏光器技術對玻璃的應力狀態(tài)進行測量。不僅能夠測量表面應力,也可以測量玻璃在厚度方向上的應力分布,對鋼化真空玻璃的研究、鋼化玻璃應力、減緩自爆等技術研究提供了有效的手段。該儀器具有小巧便攜、測量速度快等優(yōu)點,連接筆記本或者平板電腦即可現場測量,獲得應力曲線。 圖15為Sparklike公司的新型氣體分析儀,可檢測雙玻一腔或者三玻兩腔充氣中空玻璃內的惰性氣體含量,無需破壞或在間隔層中擱置附件,可穿透鍍膜和夾膠片。可用于生產線上檢測,也可用于工程現場檢測。 圖16為便攜式節(jié)能玻璃現場綜合測試系統(tǒng),該系統(tǒng)可測試玻璃的基礎參數,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。可根據基礎參數計算玻璃整體的熱工參數(例如K值、可見光透射比τv、太陽能總透射比g、遮陽系數Sc、太陽光紅外熱能總透射比gIR和光熱比LSG等),可測試玻璃種類見表2。圖17 為該系統(tǒng)的軟件界面,可以測得波長380~2500nm范圍內,整體玻璃的透射光譜和室內外反射光譜,全方位、深度剖析玻璃是否真正節(jié)能。圖18 為用該儀器對某項目進行現場測試,對已安裝玻璃的質量性能進行現場驗證。 圖13 中空玻璃輻射率測量儀 四、 結論 綜上所述,現場檢測技術規(guī)范的編制及各種便攜式檢測儀器的開發(fā),能夠滿足現有市場需求,并填補了技術上的空白,使已安裝后的玻璃質量檢驗不再是行業(yè)的難題。 現場檢測技術規(guī)范的實施和普及,使第三方檢驗機構、質量監(jiān)督檢驗部門有據可依。便攜式系列檢測儀器的研制,使檢驗規(guī)范能夠得以具體實施,為玻璃行業(yè)的質量檢驗提供了有效的手段,為被動式建筑、低能耗綠色建筑工程驗收提供了技術依據,對于玻璃產品質量的提升、行業(yè)的規(guī)范化發(fā)展,可以起到很好的推動作用。