建筑節能門窗玻璃熱物理性能檢測方法現狀與展望

摘 要:本文對目前我國建筑節能門窗玻璃熱物理性能檢測方法的現狀，進行了分析，并對存在的問題進行了探討，提出了解決方法和未來的發展方向。

關鍵詞:建筑節能 門窗玻璃 熱物性性能 檢測方法 現狀與展望

中圖分類號:TU11文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(a)-0034-02

引言

我國雖然是個能源大國，但是能源使用非常緊張。據統計，建筑能耗在能源消費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、空調的能耗占建筑總能耗的55%左右，同時我國每年新建筑面積也逐漸增長，所以實現建筑節能是緩解能源緊張的一個重要途徑。門窗的保溫性能改善和提高一直是建筑節能研究領域的熱點之一，由此在普通玻璃的基礎上也產生了各種特種玻璃，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空前繁榮，各類產品質量良莠不齊，這就需要質量監督部門進行監管盡量杜絕虛假宣傳、以次充好現象的發生。

1 實驗室檢測技術

目前對于玻璃保溫性能檢測有效的方法是測試其導熱系數，我國已于1997制定了JC/T 675-1997《玻璃導熱系數試驗方法》國家標準，本標準采用穩態法測玻璃導熱系數，測試時間長且對于測試系統絕熱性能要求較高。通常導熱系數(傳熱系數)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，實際上，隨著現代建筑科技的飛速發展發展，新型門窗玻璃的研發也從未停止，新型玻璃的研發思路也從以往單一的保溫轉化為保溫與熱能利用相結合。美國麻省理工學院的科學家首次研發出了太陽能玻璃，也即將混合涂料涂抹在玻璃表面結合太陽能電池實現太陽能的采集，目前太陽能玻璃的開發應用已經如火如荼的進行中，也必將成為我國玻璃行業新的經濟增長點。太陽能玻璃效果的好壞與玻璃的熱容性能直接相關，從而比熱容也應成為未來玻璃的檢測指標之一。

目前我國玻璃熱物性檢測手段單一，主要在實驗室內制作試件，檢測導熱系數(傳熱系數)為主，由于采用穩態法，檢測效率較低。工程實際中除了實驗室檢測以外，對門窗玻璃的實際保溫性能，現場檢測更為準確可靠。另外比熱容尚未列為主要檢測指標，新型材料如太陽能玻璃的出現，將比熱容列為檢測項目勢在必行。我國玻璃檢測技術與玻璃行業的快速發展已不相適應，從而有必要研發新型的玻璃熱物性測試儀，實現玻璃導熱系數、比熱容等的快速、準確檢測，以提高我國玻璃質量監督檢驗行業的檢測水平。

目前玻璃熱物性實驗室測試技術方面，我國與國外差距已經不明顯，由于實驗室測量主要是制作標準試件進行測量，通常的導熱系數測試儀器均可應用于玻璃導熱系數檢測，如美國的TCI導熱系數測試儀、我國湖北某公司的FD系列導熱系數測試儀等，我國已頒布JC/T 675-1997《玻璃導熱系數試驗方法》國家標準，測試方法也主要以穩態法為主，如復旦大學的周菁華用穩態法測量了節能玻璃的導熱系數，我國各質監系統檢測玻璃熱物性也以穩態法為主。目前對于特種玻璃熱物性測試方面的研究不多，由于中空玻璃內含有空氣夾層，而玻璃兩表面溫差較大時夾層內會出現自然對流現象，這會對其熱物性檢測結果帶來影響，但是對此尚缺乏足夠的理論分析和實驗研究，另外，復合材料玻璃由于材料各向異性、結構復雜性等各方面的特點，從而不能采取普通玻璃熱物性測試的數據處理方法，這也給玻璃熱物性檢測工作帶來了新的挑戰。例如，比熱容是新型太陽能玻璃的重要指標，直接決定玻璃的吸熱能力，進而影響太陽能玻璃的使用效果，然而我國玻璃質量檢測尚未將比熱容列為主要指標，從而，將玻璃比熱容作為檢測指標是有必要的。

2 建筑節能現場檢測技術

由于實驗室測試的局限性，往往需要在工程現場對門窗玻璃進行熱物性測試，目前現場測試方法有熱箱法和熱流計法等，測試參數為傳熱系數。其中熱箱法測試原理是人工制造一個一維傳熱環境，被測部位的內側用熱箱測試，熱箱和室內模擬采暖條件另一側為室外(自然條件)，通過測量熱箱的發熱量得到被測部位的傳熱量，計算得到被測部位的傳熱系數。由于熱流計法不受被測結構型式的影響，而且使用方便、易于攜帶，也被認為適合于建筑節能傳熱系數的現場檢測。建筑節能傳熱系數檢測裝置的核心部件之一是熱流計，熱流計的檢測精度直接影響傳熱系數的檢測精度。從1914年德國的Henky教授發明第一臺熱流計以來，國外已經將熱流計大量應用于建筑采暖、發電、空調等能耗檢測與熱能設施的安全保護檢測，而我國目前尚處于推廣階段，檢測技術也不成熟，國產熱流計在檢測精度、量程和通用性方面與國外產品均有較大差距，研發自主知識產權的高精度、通用性強的熱流計是基于國家經濟的發展對節能的迫切需要。研究和分析發現，溫差變化、太陽輻射、雨水和風速等環境因素，對熱流計法測試的準確性有著重要影響，從而，為了全面推廣建筑節能現場檢測，必須盡快解決熱流計法的環境適應性問題，除了嚴格控制測試條件外，還可以從測試理論上逐步進行完善，提出更加可靠的測試及數據處理方法。雖然目前尚沒有一種受到大家廣泛認可的比較適合建筑節能現場傳熱系數檢測的方法，近年來，有關學者也取得了一些進展，如Cucumo等人建造了一個可控室內條件的房間將環境因素考慮進去，利用有限差分法計算傳熱系數;Ceme等人研究了輕質建筑材料在強制通風和輻射熱阻綜合條件下的動態性能等，國內從1986年以來有關建筑材料和結構傳熱系數檢測方面的專利也有近10項之多。

近年來，常功率平面熱源法由于可大大縮短實際檢測時間，且能減小室外空氣溫度變化給傳熱過程帶來的影響，被認為是非穩態法檢測物體熱物理性能的一種可行方法，目前，在實驗室中用非穩態法檢測材料熱性能技術手段較為成熟，但是用來進行現場節能檢測還有很多工作要做。例如，目前已有測試儀器數據采集手段方面多以單片機為主，由于數據處理能力和數據儲存量的限制，每次僅可同時測量3路信號，而建筑節能現場測試中為了提高測試精度，往往需要10路以上的信號。與PLC系統相比單片機系統抗干擾能力相對較弱，尤其是工程現場應用環境比較復雜時更為明顯。雖然應用PLC進行數據采集抗干擾能力強，但是成本比單片機要高得多，從而尋求更為適合的數據采集方案十分必要。

3 總結

綜上所述，目前建筑節能門窗玻璃實驗室熱物性測試方面，存在主要問題是測試手段單一，僅對傳熱系數進行檢測，比熱容測試考慮較少，在多參數測試技術和硬件設計方面仍有較大改進的余地。建筑節能現場測試以熱流計法為主，但是測頭組件在精度、可拓展性和設計方面均與國外同類產品有差距。國內現有檢測系統溫度信號的采集用單片機系統實現，在可測通道數、檢測精度和抗干擾性方面均不盡如人意。未來只要找對發展方向，質檢部門在檢測技術水平方面投入更多人力和物力的同時，加強與科研院所的科技合作，必將改變我國建筑節能門窗玻璃檢測水平落后于市場發展的現狀。

參考文獻

[1]周菁華，劉蕓，陳俊逸，等.節能玻璃的熱學特性測量[J].重慶大學學報，2009，32，:1～5.

[2]王厚華，黃春勇.中空玻璃空氣夾層內的自然對流[J].大學物理，2008，4:809～814.

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[5]吳玉杰，趙志愿，李玉娜.熱流計法在建筑節能現場檢測中的應用[J].建筑節能，2008，03:73～75.

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