實際氣候條件下氣凝膠玻璃光熱特性實驗研究

陳友明 李宇鵬 鄭思倩 劉洋

摘要：在實際氣候條件下搭建氣凝膠玻璃-中空玻璃對比實驗平臺，對比測試兩者在相同氣候條件下輻射、照度、溫度等參數，分析氣凝膠玻璃在實際氣候條件下的采光效果和節能潛力.對輻射分析表明，太陽輻射透過氣凝膠玻璃進入室內后幾乎全為散射輻射，且相比中空玻璃全天減少約45%的太陽輻射得熱.對照度分析表明，天氣越晴朗氣凝膠玻璃的采光效果越好.溫度分析表明，相比于中空玻璃，由于氣凝膠對太陽輻射的吸收作用，氣凝膠玻璃系統各層壁面溫度較高，且室外太陽輻射越大，各層壁面溫度越高.能耗分析表明，夏季晴天透過氣凝膠玻璃的總得熱量比中空玻璃減少37%.

關鍵詞：SiO 2氣凝膠；氣凝膠玻璃；對比實驗；太陽輻射；照度；得熱量

中圖分類號：TU111.2 文獻標志碼：A

Experimental Study on the Optical and Thermal Characteristics of Aerogel Glazing System under Real Weather Condition

CHEN Youming ？偉j ， LI Yupeng， ZHENG Siqian， LIU Yang

（College of Civil Engineering， Hunan University， Changsha 410082， China）

Abstract： A comparative experimental platform for aerogel and hollow glass was set up， by comparing the parameters such as radiation， illuminance and temperature under the same climate conditions， the daylighting effect and energy saving potential of aerogel glass under actual climatic conditions are analyzed. Radiation analysis shows that the solar radiation becomes almost scattered after entering the room through aerogel glass， and the total solar radiation is reduced by about 45% compared with the hollow glass. Illumination analysis shows that the weather is clearer， the better the lighting effect of the aerogel glass. The temperature analysis shows that， compared to the hollow glass， the surface temperature of all layers in aerogel glass is higher because of the absorption of aerogel to radiation， and that the greater the outdoor solar radiation， the higher the temperature is. Energy consumption analysis shows that total heat gain through the aerogel glass is 37% less than that through the hollow glass.

Key words： SiO2 aerogel； aerogel glazing； experimental comparison； solar radiation； illumination； heat gain

建筑圍護結構的保溫性能是影響建筑采暖空調能耗的最主要因素[1].玻璃外窗是現代建筑圍護結構不可或缺的組成部分，具有采光、通風、美觀等功能， 對室內人員舒適性有重要影響.玻璃幕墻因極具吸引性的外觀、通透的視野，在我國許多公共及商業建筑中被大量使用.但玻璃外窗和幕墻是圍護結構中保溫隔熱的最薄弱部位，是影響建筑節能的最主要因素之一，外窗的能耗約占圍護結構總能耗的50%[1].當前，公共建筑的窗戶和幕墻以普通中空玻璃為主，而中空玻璃的傳熱系數與遮陽系數均很大.以普通6 mm+12 mm+6 mm中空玻璃為例，其傳熱系數為2.7 W/（m2·K）左右[2].當前已采取熱反射、吸熱、低輻射、貼膜、涂膜等技術降低玻璃的遮陽系數SC值；使用中空、真空玻璃等降低玻璃的綜合傳熱系數K值，改善玻璃系統的保溫隔熱性能.無論哪種現有的建筑節能玻璃，其傳熱系數和遮陽系數依然相對較大，其對降低采暖空調能耗的幅度非常的有限[3].增強玻璃窗戶和幕墻的保溫隔熱性能，減少玻璃窗戶和幕墻的能耗，是建筑節能領域亟待解決的關鍵問題[4].

建筑保溫材料及其技術研究與開發是降低建筑能耗和實現建筑節能的重要途徑.納米多孔二氧化硅氣凝膠作為新型透光隔熱材料，將顆粒形或板狀氣凝膠密實填充于2塊或3塊平板玻璃中間的空氣腔中構成氣凝膠玻璃系統，形成一種新型的保溫隔熱多層透過體系， 其綜合傳熱系數K可達到1 W/（m2·K）以下，太陽得熱系數SHGC為0.3～0.6[5]，具有優異的保溫隔熱和良好的透光性能以及耐高溫、隔音減震的特性.目前對氣凝膠玻璃的研究與應用尚處于初級探索階段[6]，國內外針對氣凝膠玻璃光熱特性的研究還很欠缺[7-9].Zeng等[10]，Lallich等[11]， Wei等[12] 通過測量法向入射的反射率和透過率，得到氣凝膠在紅外光波長范圍（2～25