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门窗幕墙玻璃质量提升的催化剂:热工参数现场检验技术

新葡萄京娱乐场8455:建筑光学    发布时间:2017-07-28 02:30:45    编辑:管理员    浏览:926

门窗幕墙玻璃质量提升的催化剂:

热工参数现场检验技术

 

本文出自《2017年全国塑料门窗行业年会论文集》


摘要:本文分析了节能玻璃质量评价关键参数及其影响因素,详细先容了幕墙及门窗用玻璃热工参数的现场检测技术。

 

关键词:节能玻璃,中空玻璃,真空玻璃,检测方法

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


门窗幕墙用玻璃是建筑的窗口,兼具采光、保温、隔热、隔声等多项功能。同时玻璃又是建筑围护结构中,保温性能最薄弱的环节,是能量流失的主要部位。因此,玻璃的质量控制及科学的检测方法,对于整个建筑节能来说至关重要。

已有技术中,已安装的玻璃无法现场直接检验,需要现场取样后,送到相应的检验机构检验。但对于大尺寸,尤其是钢化后的玻璃,受到检验装置的限制,试验室不易检验。因此出现了“实验室只对来样负责(小样片,单片),已安装成品玻璃性能无从得知”的局面。

基于行业的需求和检测技术上的空白,建筑用玻璃标准化技术委员会(TC255)组织编制了《建筑用节能玻璃光学及热工参数现场检测技术规范》(以下简称“现场检测技术规范”),相应的检测仪器也已经诞生,下文会详述。

一、节能玻璃质量评价关键参数

首先,简要先容一下玻璃的传热机理,如图1所示。通过透明部分玻璃的传热包括两种方式,分别为温差传热和太阳辐射传热。由于传热方式不同,要提升玻璃质量和性能,采取的相应技术手段也有所不同。

温差传热主要通过降低玻璃的传热系数K来控制,太阳辐射传热主要通过调节太阳能总透射比g和红外热能总透射比gIR来加以控制。下面分别就传热系数K和g值(gIR)来详细先容。

图1 热量传递基本原理图

 

 

1、控制温差传热关键参数—传热系数K

1)中空传热系数K影响因素

图2 中空玻璃温差传热机理示意图

 

 

如图2所示,要降低中空玻璃的传热系数,需减少热辐射、对流传热以及热传导,通常采取的手段为采用单片或多片Low-E玻璃(单银、双银或三银)、充入惰性气体、增加腔体的数量或者腔体的厚度。

采用不同的种类和数量的Low-E玻璃,玻璃整体的传热系数K对比见表1(选择玻璃数据库中典型Low-E玻璃,仅供参考)。

充入不同比例惰性气体,中空玻璃(结构为6Low-E+12Ar+6)传热系数K变化曲线见图3-5。中空玻璃结构为6Low-E+12Ar+6,随着氩气所占浓度的增加,传热系数K显著减小,氩气含量从0-100%,K值变化约为0.3W/(m2·k)

增加腔体厚度,中空玻璃(充空气层)传热系数K变化曲线见图6-8。由3个图可见,在充空气的情况下,中空腔体厚度约为12mm时,传热系数达到最低值,随着腔体厚度的增加,传热系数K又有增大的趋势。

由上述结果可见,Low-E玻璃的种类及数量、是否含有惰性气体以及含量、气体间隔层厚度,都会影响到整体玻璃的传热系数K值。这些要素,都是可以通过无损检测手段来检验出来,进而可以确定中空玻璃的传热系数K,后续会详细先容。

 

2)真空玻璃传热系数K影响因素

真空玻璃传热系数K影响因素包括真空度、Low-E玻璃的辐射率、支撑物的间距、支撑物本身的传热系数、支撑物与玻璃的有效接触面积。详细计算公式可参考JGJ 113 附录A。需要特别指出如下几点:

A)与中空玻璃相比,Low-E玻璃辐射率的降低对于真空玻璃来说更加关键,变化规律如图9所示。同时由于真空层的存在,对Low-E膜尤其是离线Low-E膜是一个很好的保护,可延长Low-E膜的使用寿命;

B)真空度一般要求在0.1Pa以下,气体导热才可以忽略不计;

C)支撑物尽量采用传热系数较低的不锈钢、玻璃釉料等材料;

D)支撑物摆放间距,一般根据支撑物表面光滑度及其与玻璃的有效接触面积来决定,真空玻璃传热系数随支撑物间距的变化如图10所示。

E)为了延长真空玻璃的使用寿命,必须放置有效的,足够的吸气剂。

由于真空玻璃的传热系数非常小,热量传递很有限,因此给检验工作带来了极大的挑战,真空玻璃传热系数的快速检验,尤其是真空度的直接检验,目前还是行业内的难题。

2、太阳辐射传热关键参数—太阳能总透射比g和红外热能总透射比gIR

衡量通过玻璃的太阳辐射传热,2个非常关键的参数为太阳能总透射比g和红外热能总透射比gIR,g值行业内人员已比较清楚,对于gIR的理解,需要重点说明一下,如下:

简单的说,g值为300~2500nm波长范围内太阳光直接透射比与二次传热的加和。gIR值为780~2500nm波长范围内的太阳光直接透射比与二次传热的加和。他们的主要区别在于,涉及到光谱计算时,g值的光谱计算范围为300~2500nm,gIR值的光谱计算范围为780~2500nm,也就是gIR不考虑可见光范围(300~780nm)的透射及吸取情况,去掉了可见光τv对g值的影响。

继续单纯通过g值来作为建筑玻璃太阳辐射隔热(或得热)已不再合理,因为在红外波段透射及吸取能力较强的玻璃,有可能由于具有较低的可见光透射率,使得计算所得g值较低;而具有较高g值的玻璃,又有可能在红外波段具有较低的透射率及较低的二次传热,同时在可见光范围内具有较高的透射率,从而使得计算所得g值较高。

为了便于大家了解不同类型玻璃的gIR值和g值,图11给出了不同类型玻璃的gIR值和g值的散点图,供大家参考(横坐标轴的2#指Low-E膜层的位置,从室外向室内看第2#面)。值得注意的是,双银产品和三银产品的g值接近,但gIR值相差很大,也就是说,gIR值更能够体现出双银和三银产品的差别所在。

节能玻璃的gIR值和g值,主要取决于玻璃原片的情况,尤其是采用不同的Low-E玻璃原片,对结果影响很大。因此,要评价已安装的中空玻璃和真空玻璃的gIR值和g值,需要在不拆解的情况下,检测玻璃的整体的光谱透反射以及解析每片玻璃(Low-E玻璃和白玻)的光谱透射和反射。

二、热工参数现场检测方法

为了解决已安装门窗和幕墙检测的问题,建筑用玻璃标准化技术委员会(TC255)组织编制了《建筑用节能玻璃光学及热工参数现场检测技术规范》。该技术规范包含的主要内容为:测试分类、测量原理、光热计算用基础参数测量要求、参数计算等。

现场检测方法基本原理见图12。基本原理为先用专用检测装置获得基础参数,再根据GB/T 2680和JGJ/T 151计算光热参数。所说的基础参数包括:玻璃及气体间隔层厚度、膜层位置、校正辐射率、光谱透射比、光谱反射比、中空腔惰性气体体积浓度。所说的光学参数一般指可见光透射比τv、可见光反射比ρv、太阳光直接透射比τe、太阳光直接反射比ρe、太阳光红外热能直接透射比τIR;热工参数一般指太阳能总透射比g、太阳光红外热能总透射比gIR、遮阳系数Sc、传热系数K、光热比LSG。

该现场检测技术规范适用玻璃类型如表2。对于单片玻璃、夹层玻璃、未镀膜中空玻璃以及镀膜中空玻璃和真空玻璃(其中镀膜玻璃为1片或者2片),可以检测所有的光热参数;对于镀膜中空玻璃(其中镀膜玻璃为三片及以上),可以检测可见光透射比τv、可见光反射比ρv、太阳光直接透射比τe、太阳光直接反射比ρe、太阳光红外热能直接透射比τIR。

三、便携式现场检测系列仪器

根据市场需求,为大家先容几款成熟的便携式现场检测仪器。

图13为中空玻璃辐射率测试仪,该仪器可深度剖析中空玻璃的结构,可测试中空玻璃中每片玻璃的厚度以及腔体的厚度,可识别Low-E膜层的数量和位置,并检测出Low-E玻璃的校正辐射率。

图14为便携式智能应力分析仪,该仪器采用动态激光偏振散射法,通过偏振激光技术、高速图像采集技术和数字化偏光器技术对玻璃的应力状态进行测量。不仅能够测量表面应力,也可以测量玻璃在厚度方向上的应力分布,对钢化真空玻璃的研究、钢化玻璃应力、减缓自爆等技术研究提供了有效的手段。该仪器具有小巧便携、测量速度快等优点,连接笔记本或者平板电脑即可现场测量,获得应力曲线。

图15为Sparklike企业的新型气体分析仪,可检测双玻一腔或者三玻两腔充气中空玻璃内的惰性气体含量,无需破坏或在间隔层中搁置附件,可穿透镀膜和夹胶片。可用于生产线上检测,也可用于工程现场检测。

图16为便携式节能玻璃现场综合测试系统,该系统可测试玻璃的基础参数,例如玻璃及气体间隔层厚度、Low-E膜层位置、Low-E膜校正辐射率、光谱透射比、光谱反射比。可根据基础参数计算玻璃整体的热工参数(例如K值、可见光透射比τv、太阳能总透射比g、遮阳系数Sc、太阳光红外热能总透射比gIR和光热比LSG等),可测试玻璃种类见表2。图17 为该系统的App界面,可以测得波长380~2500nm范围内,整体玻璃的透射光谱和室内外反射光谱,全方位、深度剖析玻璃是否真正节能。图18 为用该仪器对某项目进行现场测试,对已安装玻璃的质量性能进行现场验证。

 图13 中空玻璃辐射率测量仪

四、 结论

综上所述,现场检测技术规范的编制及各种便携式检测仪器的开发,能够满足现有市场需求,并填补了技术上的空白,使已安装后的玻璃质量检验不再是行业的难题。

现场检测技术规范的实施和普及,使第三方检验机构、质量监督检验部门有据可依。便携式系列检测仪器的研制,使检验规范能够得以具体实施,为玻璃行业的质量检验提供了有效的手段,为被动式建筑、低能耗绿色建筑工程验收提供了技术依据,对于玻璃产品质量的提升、行业的规范化发展,可以起到很好的推动作用。

行业动态

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