王麗娟，馬 揚(yáng)，苑 靜

（1、廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州510500；2、北京奧博泰科技有限公司 北京100070）

0 引言

“發(fā)展綠色建筑，推進(jìn)建筑節(jié)能減排”是我國(guó)城市建設(shè)工作中的重要內(nèi)容［1］。門窗、玻璃幕墻是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，其熱工性能是影響建筑節(jié)能效果的重要因素之一［2］。對(duì)于已經(jīng)安裝在建筑工程中的門窗和玻璃幕墻的光學(xué)熱工性能指標(biāo)，業(yè)內(nèi)一直沒有找到方便快捷并且準(zhǔn)確的檢測(cè)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

門窗、玻璃幕墻是綠色建筑全生命期中建設(shè)流程上的質(zhì)量控制重點(diǎn)環(huán)節(jié)，其熱工性能主要是由玻璃和框決定。所以，只要能夠精確檢測(cè)玻璃的光學(xué)熱工性能，以及門窗、玻璃幕墻的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，就能利用現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程：JGJ/T 151—2008》精確快速地確定門窗、玻璃幕墻的熱工性能［3-4］。

為了解決建筑工程中門窗和玻璃幕墻的熱工性能現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)難題，國(guó)內(nèi)的一些企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)經(jīng)過努力，研制出了節(jié)能玻璃的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器系統(tǒng)，形成了可靠的方法。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成報(bào)批，相關(guān)檢測(cè)儀器的計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范也已制定［5-6］。這些方法使用的儀器基本實(shí)現(xiàn)了無損檢測(cè)，對(duì)新建和既有的工程都是適用的，并已經(jīng)成功應(yīng)用于多項(xiàng)工程中。研究建筑玻璃光學(xué)熱工性能現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)，為規(guī)范和統(tǒng)一建筑門窗、玻璃幕墻的熱工性能現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法提供途徑，也為《建筑門窗玻璃幕墻熱工性能現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)規(guī)程：T/CECS 811—2021》的編制提供技術(shù)支撐。與此同時(shí)，該研究還有利于門窗和玻璃幕墻的性能提升，保證建筑質(zhì)量和節(jié)能效果，推動(dòng)建筑節(jié)能和綠色建筑的發(fā)展。

1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)原理

玻璃的光學(xué)熱工參數(shù)包括：可見光透射比、可見光反射比、遮陽系數(shù)或太陽得熱系數(shù)、傳熱系數(shù)、含惰性氣體的氣體間層惰性氣體含量和鍍膜玻璃的半球輻射率［7-9］。目前實(shí)驗(yàn)室常用的檢測(cè)設(shè)備主要是分光光度計(jì)和紅外光譜測(cè)量?jī)x，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備是建筑玻璃現(xiàn)場(chǎng)用光熱綜合參數(shù)測(cè)試儀。

建筑玻璃的光學(xué)熱工性能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，需先測(cè)試各層玻璃及間隔層厚度、光譜透射比、光譜反射比、膜面校正輻射率、間隔層惰性氣體體積濃度等基礎(chǔ)參數(shù)。各光學(xué)熱工參數(shù)由基礎(chǔ)參數(shù)按照《建筑玻璃可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比及有關(guān)窗玻璃參數(shù)的測(cè)定：GB/T 2680—94》［7］和文獻(xiàn)［3］計(jì)算獲得，玻璃光熱參數(shù)計(jì)算及采用標(biāo)準(zhǔn)如圖1所示。

圖1 光學(xué)熱工參數(shù)計(jì)算及采用標(biāo)準(zhǔn)示意圖Fig.1 Schematic Diagram of the Way to Determinate Optical Parameters and Associating Criterion

2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)研究

2.1 玻璃系統(tǒng)厚度檢測(cè)

中空玻璃氣體間隔層受環(huán)境溫度影響，會(huì)出現(xiàn)熱脹冷縮的現(xiàn)象，從而影響玻璃系統(tǒng)構(gòu)造的厚度。為防止厚度受溫度影響產(chǎn)生變化，需要在靠近邊角的位置進(jìn)行厚度測(cè)量。玻璃系統(tǒng)構(gòu)造厚度應(yīng)按下列方法進(jìn)行測(cè)量［10］：

⑴采用的激光測(cè)厚儀或超聲波測(cè)厚儀分辨率不大于0.5 mm；

⑵在玻璃四角選取4個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別測(cè)量玻璃系統(tǒng)的構(gòu)造厚度、每層玻璃厚度和氣體間層厚度，且測(cè)點(diǎn)的位置應(yīng)距離玻璃邊部50～120 mm，如圖2所示；

圖2 玻璃構(gòu)造厚度測(cè)量的測(cè)點(diǎn)位置Fig.2 Locations of the Configuration Thickness of Glazing System

⑶取4個(gè)測(cè)點(diǎn)各厚度參數(shù)測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值作為玻璃系統(tǒng)構(gòu)造的厚度檢測(cè)值，用于工程驗(yàn)收中的尺寸核驗(yàn)及玻璃系統(tǒng)的熱工參數(shù)計(jì)算，且測(cè)量結(jié)果應(yīng)修約到0.1 mm；

⑷當(dāng)玻璃結(jié)構(gòu)為異形時(shí)，可在各邊分別選取距邊頂點(diǎn)50～120 mm之間的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，且測(cè)點(diǎn)數(shù)量不少于3個(gè)；

⑸當(dāng)玻璃尺寸小到無法按照測(cè)點(diǎn)位置要求選出3個(gè)測(cè)點(diǎn)時(shí)，可選中間區(qū)域任一測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

玻璃系統(tǒng)平均厚度是被測(cè)玻璃在實(shí)際使用環(huán)境條件下的厚度。采用此厚度值計(jì)算獲得的熱工參數(shù)，適用于節(jié)能評(píng)估，檢驗(yàn)被測(cè)玻璃的熱工參數(shù)是否滿足節(jié)能要求。平均厚度會(huì)影響傳熱系數(shù)的計(jì)算。因此，對(duì)于冬季有較高節(jié)能要求的地區(qū)，應(yīng)在冬季典型氣候條件下測(cè)量平均厚度。采用等面積均分的方式來劃分檢測(cè)區(qū)域可以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確。玻璃系統(tǒng)平均厚度的測(cè)量應(yīng)符合下列規(guī)定［10］：

⑴平均厚度應(yīng)根據(jù)工程節(jié)能性能評(píng)估的要求，在當(dāng)?shù)氐湫蜌夂驐l件下進(jìn)行測(cè)量；

⑵當(dāng)玻璃為矩形時(shí)，應(yīng)先在各邊進(jìn)行均等劃分，且劃分后的各分區(qū)域的邊長(zhǎng)不得大于500 mm；再分別在各個(gè)分區(qū)域的中點(diǎn)處測(cè)量玻璃系統(tǒng)的總厚度、每層玻璃厚度和氣體間層厚度（見圖3）。

圖3 矩形玻璃均分區(qū)域的測(cè)點(diǎn)位置Fig.3 Locations of Rectangular Glass Measured in Each Section

⑶矩形玻璃系統(tǒng)平均厚度應(yīng)按⑴式計(jì)算，當(dāng)各分區(qū)域面積相等時(shí)可按⑵式計(jì)算：

式中：d平均為最終玻璃系統(tǒng)平均厚度測(cè)量值（mm）；Se、Sf、Sg、Sh、Si、Sj分別為各分區(qū)域面積（mm2）；de、df、dg、dh、di、dj分別為各分區(qū)域測(cè)得厚度（mm）；S為總面積（mm2）；n為分區(qū)域數(shù)量；d（i）為第i個(gè)分區(qū)域測(cè)得的厚度（mm）。

⑷當(dāng)玻璃為三角形時(shí)，應(yīng)先連接各邊中點(diǎn)，將玻璃劃分為4個(gè)分區(qū)域，再測(cè)量各分區(qū)域中點(diǎn)處玻璃總厚度、每層玻璃厚度和氣體間層厚度（見圖4）。每個(gè)分區(qū)域的邊長(zhǎng)不得大于500 mm，否則應(yīng)繼續(xù)對(duì)每個(gè)區(qū)域做中點(diǎn)連線的劃分，直到每個(gè)分區(qū)域的邊長(zhǎng)不大于500 mm。

圖4 三角形玻璃均分區(qū)域測(cè)點(diǎn)位置Fig.4 Locations of Triangular Glass Measured in Each Section

⑸三角形玻璃系統(tǒng)平均厚度應(yīng)按下式計(jì)算：

式中：d平均為最終玻璃系統(tǒng)平均厚度測(cè)量值（mm）；Sk、Sl、Sm、Sm分別為各分區(qū)域面積（mm2）；dk、dl、dm、dnj分別為各分區(qū)域測(cè)得厚度（mm）；S為總面積（mm2）。

⑹各分區(qū)域檢測(cè)結(jié)果應(yīng)按面積進(jìn)行加權(quán)平均，并將加權(quán)平均值作為玻璃系統(tǒng)平均厚度的檢測(cè)值。

2.2 中空玻璃惰性氣體含量檢測(cè)

中空玻璃惰性氣體含量為現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的惰性氣體含量。受環(huán)境溫度和安裝角度影響，惰性氣體在空氣間層內(nèi)的分布不均勻，故需均勻選取測(cè)量點(diǎn)，求其平均值，作為表征中空玻璃氣體含量的參數(shù)。目前用于現(xiàn)場(chǎng)無損檢測(cè)中空玻璃惰性氣體含量的方法有兩種：等離子體發(fā)射光譜法和可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜法。中空玻璃惰性氣體含量檢測(cè)應(yīng)符合下列規(guī)定［10］：

⑴應(yīng)在玻璃兩側(cè)分別均勻選取5個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)應(yīng)距玻璃邊部100 mm，如圖5所示；

圖5 中空玻璃惰性氣體含量測(cè)點(diǎn)位置Fig.5 Locations of Inert Gas Concentration in Hollow Glass

⑵應(yīng)取10個(gè)測(cè)點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果的平均值作為惰性氣體含量的檢測(cè)值。

2.3 半球輻射率檢測(cè)

工程驗(yàn)收和節(jié)能評(píng)估的熱工參數(shù)計(jì)算，都會(huì)用到膜面位置和膜面半球輻射率值。為防止被測(cè)玻璃邊部金屬材料影響輻射率測(cè)量?jī)x的正常使用，通常需在距玻璃邊部距離不小于100 mm的位置進(jìn)行測(cè)量。玻璃系統(tǒng)膜面位置及其半球輻射率檢測(cè)應(yīng)符合下列規(guī)定［10］：

⑴測(cè)點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離玻璃邊部，且距離不小于100 mm，測(cè)點(diǎn)數(shù)量不少于3個(gè)；

⑵被測(cè)玻璃的膜面半球輻射率檢測(cè)值應(yīng)取各測(cè)點(diǎn)處檢測(cè)結(jié)果的平均值。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)步驟

對(duì)于檢測(cè)儀器能夠現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的玻璃系統(tǒng)，其光學(xué)熱工參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)應(yīng)按下列步驟進(jìn)行［10］：

⑴根據(jù)抽樣方案確定被測(cè)玻璃，然后劃定被測(cè)區(qū)域并進(jìn)行清潔。被測(cè)區(qū)域宜選擇玻璃的中心位置；

⑵按上述測(cè)量方法，測(cè)量玻璃系統(tǒng)的構(gòu)造參數(shù)，包括各層玻璃厚度、各層氣體間層厚度、膜面位置、膜面半球輻射率、惰性氣體含量，并記錄于儀器測(cè)試軟件；

⑶將測(cè)試探頭分別置于被測(cè)玻璃兩側(cè)（見圖6），依次進(jìn)行光譜透射比、室外側(cè)光譜反射比和室內(nèi)側(cè)光譜反射比測(cè)試；

圖6 測(cè)試示意圖Fig.6 Schematic Layout of Measurement

⑷儀器測(cè)試軟件對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和計(jì)算，輸出測(cè)量結(jié)果，并記錄測(cè)試數(shù)據(jù)，記錄數(shù)據(jù)應(yīng)包括可見光透射比、可見光反射比、遮陽系數(shù)或太陽得熱系數(shù)和傳熱系數(shù)。

3 比對(duì)試驗(yàn)

為了驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法的有效性，本次研究選取6家實(shí)驗(yàn)室測(cè)試與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試做比對(duì)［11-12］，參加現(xiàn)場(chǎng)與實(shí)驗(yàn)室比對(duì)測(cè)試的單位信息如表1所示。

表1 參加比對(duì)測(cè)試單位及測(cè)試設(shè)備Tab.1 List of the Institutions and Equipment in Measurement

比對(duì)試驗(yàn)用樣品共計(jì)18件，樣品具體信息如表2所示。其中，單銀中空玻璃、雙銀中空玻璃和三銀中空玻璃各6件。單銀、雙銀和三銀中空玻璃各一件為1組，分別分配給6家測(cè)試單位。其中有5組樣品中單銀、雙銀和三銀中空玻璃分別為同一批次同一工藝的玻璃樣品。為了增加比對(duì)情況的多樣性，第6家單位采用了與5組樣品不同工藝制備的中空玻璃。

表2 比對(duì)用樣品信息Tab.2 Information of the Comparative Samples

將各實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，太陽能總透射比與傳熱系數(shù)數(shù)據(jù)分布分別如圖7、圖8所示，各參數(shù)差值匯總?cè)绫?所示。綜合數(shù)據(jù)分析，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與各實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)測(cè)值偏差最大數(shù)據(jù)分布如下：可見光透射比為1.4%；可見光反射比為1.2%；太陽光直接透射比為1.0%；太陽光直接反射比為1.8%；太陽能總透射比為0.015；傳熱系數(shù)為0.048。

表3 各測(cè)試單位實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)測(cè)試差值Tab.3 Difference of the Measured Results from the Lab and Field

圖7 現(xiàn)場(chǎng)與實(shí)驗(yàn)室太陽能總透射比比對(duì)數(shù)據(jù)分布Fig.7 Results of the Solar Factor as Measured from the Lab and Field

圖8 現(xiàn)場(chǎng)與實(shí)驗(yàn)室傳熱系數(shù)比對(duì)數(shù)據(jù)分布Fig.8 Results of the Thermal Transmittance as Measured from the Lab and Field

4 結(jié)論

在現(xiàn)有現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀器基礎(chǔ)上，研究玻璃光學(xué)熱工性能現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法，并將應(yīng)用這一方法的檢測(cè)數(shù)據(jù)與6家實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù)比對(duì)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與各實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)測(cè)值偏差最大的數(shù)據(jù)均在誤差范圍，其中，可見光透射比偏差為1.4%、可見光反射比偏差為1.2%、太陽光直接透射比偏差為1.0%、太陽光直接反射比偏差為1.8%、太陽能總透射比偏差為0.015、傳熱系數(shù)偏差為0.048。該方法成功應(yīng)用于《建筑門窗玻璃幕墻熱工性能現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)規(guī)程：T/CECS 811—2021》［10］，為節(jié)能改造決策提供科學(xué)數(shù)據(jù)支持，推動(dòng)我國(guó)節(jié)能減排工作。