摘 要:本文對(duì)目前我國(guó)建筑節(jié)能門窗玻璃熱物理性能檢測(cè)方法的現(xiàn)狀，進(jìn)行了分析，并對(duì)存在的問題進(jìn)行了探討，提出了解決方法和未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞:建筑節(jié)能 門窗玻璃 熱物性性能 檢測(cè)方法 現(xiàn)狀與展望

中圖分類號(hào):TU11文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)04(a)-0034-02

引言

我國(guó)雖然是個(gè)能源大國(guó)，但是能源使用非常緊張。據(jù)統(tǒng)計(jì)，建筑能耗在能源消費(fèi)總量中所占的比例已從70年代末的10%上升到近年的27.8%[1]，而建筑供暖、空調(diào)的能耗占建筑總能耗的55%左右，同時(shí)我國(guó)每年新建筑面積也逐漸增長(zhǎng)，所以實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能是緩解能源緊張的一個(gè)重要途徑。門窗的保溫性能改善和提高一直是建筑節(jié)能研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，由此在普通玻璃的基礎(chǔ)上也產(chǎn)生了各種特種玻璃，如溫屏玻璃、中空玻璃、百葉中空玻璃[2]等，由于目前門窗玻璃市場(chǎng)空前繁榮，各類產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，這就需要質(zhì)量監(jiān)督部門進(jìn)行監(jiān)管盡量杜絕虛假宣傳、以次充好現(xiàn)象的發(fā)生。

1 實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)技術(shù)

目前對(duì)于玻璃保溫性能檢測(cè)有效的方法是測(cè)試其導(dǎo)熱系數(shù)，我國(guó)已于1997制定了JC/T 675-1997《玻璃導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)方法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，本標(biāo)準(zhǔn)采用穩(wěn)態(tài)法測(cè)玻璃導(dǎo)熱系數(shù)，測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)且對(duì)于測(cè)試系統(tǒng)絕熱性能要求較高。通常導(dǎo)熱系數(shù)(傳熱系數(shù))一直被作為重要的乃至唯一的衡量建筑門窗保溫性能的指標(biāo)，實(shí)際上，隨著現(xiàn)代建筑科技的飛速發(fā)展發(fā)展，新型門窗玻璃的研發(fā)也從未停止，新型玻璃的研發(fā)思路也從以往單一的保溫轉(zhuǎn)化為保溫與熱能利用相結(jié)合。美國(guó)麻省理工學(xué)院的科學(xué)家首次研發(fā)出了太陽能玻璃，也即將混合涂料涂抹在玻璃表面結(jié)合太陽能電池實(shí)現(xiàn)太陽能的采集，目前太陽能玻璃的開發(fā)應(yīng)用已經(jīng)如火如荼的進(jìn)行中，也必將成為我國(guó)玻璃行業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。太陽能玻璃效果的好壞與玻璃的熱容性能直接相關(guān)，從而比熱容也應(yīng)成為未來玻璃的檢測(cè)指標(biāo)之一。

目前我國(guó)玻璃熱物性檢測(cè)手段單一，主要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)制作試件，檢測(cè)導(dǎo)熱系數(shù)(傳熱系數(shù))為主，由于采用穩(wěn)態(tài)法，檢測(cè)效率較低。工程實(shí)際中除了實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)以外，對(duì)門窗玻璃的實(shí)際保溫性能，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)更為準(zhǔn)確可靠。另外比熱容尚未列為主要檢測(cè)指標(biāo)，新型材料如太陽能玻璃的出現(xiàn)，將比熱容列為檢測(cè)項(xiàng)目勢(shì)在必行。我國(guó)玻璃檢測(cè)技術(shù)與玻璃行業(yè)的快速發(fā)展已不相適應(yīng)，從而有必要研發(fā)新型的玻璃熱物性測(cè)試儀，實(shí)現(xiàn)玻璃導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容等的快速、準(zhǔn)確檢測(cè)，以提高我國(guó)玻璃質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)行業(yè)的檢測(cè)水平。

目前玻璃熱物性實(shí)驗(yàn)室測(cè)試技術(shù)方面，我國(guó)與國(guó)外差距已經(jīng)不明顯，由于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量主要是制作標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行測(cè)量，通常的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀器均可應(yīng)用于玻璃導(dǎo)熱系數(shù)檢測(cè)，如美國(guó)的TCI導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀、我國(guó)湖北某公司的FD系列導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀等，我國(guó)已頒布JC/T 675-1997《玻璃導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)方法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試方法也主要以穩(wěn)態(tài)法為主，如復(fù)旦大學(xué)的周菁華用穩(wěn)態(tài)法測(cè)量了節(jié)能玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)，我國(guó)各質(zhì)監(jiān)系統(tǒng)檢測(cè)玻璃熱物性也以穩(wěn)態(tài)法為主。目前對(duì)于特種玻璃熱物性測(cè)試方面的研究不多，由于中空玻璃內(nèi)含有空氣夾層，而玻璃兩表面溫差較大時(shí)夾層內(nèi)會(huì)出現(xiàn)自然對(duì)流現(xiàn)象，這會(huì)對(duì)其熱物性檢測(cè)結(jié)果帶來影響，但是對(duì)此尚缺乏足夠的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，另外，復(fù)合材料玻璃由于材料各向異性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性等各方面的特點(diǎn)，從而不能采取普通玻璃熱物性測(cè)試的數(shù)據(jù)處理方法，這也給玻璃熱物性檢測(cè)工作帶來了新的挑戰(zhàn)。例如，比熱容是新型太陽能玻璃的重要指標(biāo)，直接決定玻璃的吸熱能力，進(jìn)而影響太陽能玻璃的使用效果，然而我國(guó)玻璃質(zhì)量檢測(cè)尚未將比熱容列為主要指標(biāo)，從而，將玻璃比熱容作為檢測(cè)指標(biāo)是有必要的。

2 建筑節(jié)能現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)

由于實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的局限性，往往需要在工程現(xiàn)場(chǎng)對(duì)門窗玻璃進(jìn)行熱物性測(cè)試，目前現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法有熱箱法和熱流計(jì)法等，測(cè)試參數(shù)為傳熱系數(shù)。其中熱箱法測(cè)試原理是人工制造一個(gè)一維傳熱環(huán)境，被測(cè)部位的內(nèi)側(cè)用熱箱測(cè)試，熱箱和室內(nèi)模擬采暖條件另一側(cè)為室外(自然條件)，通過測(cè)量熱箱的發(fā)熱量得到被測(cè)部位的傳熱量，計(jì)算得到被測(cè)部位的傳熱系數(shù)。由于熱流計(jì)法不受被測(cè)結(jié)構(gòu)型式的影響，而且使用方便、易于攜帶，也被認(rèn)為適合于建筑節(jié)能傳熱系數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。建筑節(jié)能傳熱系數(shù)檢測(cè)裝置的核心部件之一是熱流計(jì)，熱流計(jì)的檢測(cè)精度直接影響傳熱系數(shù)的檢測(cè)精度。從1914年德國(guó)的Henky教授發(fā)明第一臺(tái)熱流計(jì)以來，國(guó)外已經(jīng)將熱流計(jì)大量應(yīng)用于建筑采暖、發(fā)電、空調(diào)等能耗檢測(cè)與熱能設(shè)施的安全保護(hù)檢測(cè)，而我國(guó)目前尚處于推廣階段，檢測(cè)技術(shù)也不成熟，國(guó)產(chǎn)熱流計(jì)在檢測(cè)精度、量程和通用性方面與國(guó)外產(chǎn)品均有較大差距，研發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高精度、通用性強(qiáng)的熱流計(jì)是基于國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)節(jié)能的迫切需要。研究和分析發(fā)現(xiàn)，溫差變化、太陽輻射、雨水和風(fēng)速等環(huán)境因素，對(duì)熱流計(jì)法測(cè)試的準(zhǔn)確性有著重要影響，從而，為了全面推廣建筑節(jié)能現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，必須盡快解決熱流計(jì)法的環(huán)境適應(yīng)性問題，除了嚴(yán)格控制測(cè)試條件外，還可以從測(cè)試?yán)碚撋现鸩竭M(jìn)行完善，提出更加可靠的測(cè)試及數(shù)據(jù)處理方法。雖然目前尚沒有一種受到大家廣泛認(rèn)可的比較適合建筑節(jié)能現(xiàn)場(chǎng)傳熱系數(shù)檢測(cè)的方法，近年來，有關(guān)學(xué)者也取得了一些進(jìn)展，如Cucumo等人建造了一個(gè)可控室內(nèi)條件的房間將環(huán)境因素考慮進(jìn)去，利用有限差分法計(jì)算傳熱系數(shù);Ceme等人研究了輕質(zhì)建筑材料在強(qiáng)制通風(fēng)和輻射熱阻綜合條件下的動(dòng)態(tài)性能等，國(guó)內(nèi)從1986年以來有關(guān)建筑材料和結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)檢測(cè)方面的專利也有近10項(xiàng)之多。

近年來，常功率平面熱源法由于可大大縮短實(shí)際檢測(cè)時(shí)間，且能減小室外空氣溫度變化給傳熱過程帶來的影響，被認(rèn)為是非穩(wěn)態(tài)法檢測(cè)物體熱物理性能的一種可行方法，目前，在實(shí)驗(yàn)室中用非穩(wěn)態(tài)法檢測(cè)材料熱性能技術(shù)手段較為成熟，但是用來進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)節(jié)能檢測(cè)還有很多工作要做。例如，目前已有測(cè)試儀器數(shù)據(jù)采集手段方面多以單片機(jī)為主，由于數(shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存量的限制，每次僅可同時(shí)測(cè)量3路信號(hào)，而建筑節(jié)能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中為了提高測(cè)試精度，往往需要10路以上的信號(hào)。與PLC系統(tǒng)相比單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾能力相對(duì)較弱，尤其是工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境比較復(fù)雜時(shí)更為明顯。雖然應(yīng)用PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集抗干擾能力強(qiáng)，但是成本比單片機(jī)要高得多，從而尋求更為適合的數(shù)據(jù)采集方案十分必要。

3 總結(jié)

綜上所述，目前建筑節(jié)能門窗玻璃實(shí)驗(yàn)室熱物性測(cè)試方面，存在主要問題是測(cè)試手段單一，僅對(duì)傳熱系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，比熱容測(cè)試考慮較少，在多參數(shù)測(cè)試技術(shù)和硬件設(shè)計(jì)方面仍有較大改進(jìn)的余地。建筑節(jié)能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以熱流計(jì)法為主，但是測(cè)頭組件在精度、可拓展性和設(shè)計(jì)方面均與國(guó)外同類產(chǎn)品有差距。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有檢測(cè)系統(tǒng)溫度信號(hào)的采集用單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，在可測(cè)通道數(shù)、檢測(cè)精度和抗干擾性方面均不盡如人意。未來只要找對(duì)發(fā)展方向，質(zhì)檢部門在檢測(cè)技術(shù)水平方面投入更多人力和物力的同時(shí)，加強(qiáng)與科研院所的科技合作，必將改變我國(guó)建筑節(jié)能門窗玻璃檢測(cè)水平落后于市場(chǎng)發(fā)展的現(xiàn)狀。

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