玻璃的光學(xué)性能及熱工性能在建筑工程中的應(yīng)用

曾秀梅

（廣州市穩(wěn)建工程檢測(cè)有限公司）

0 前言

玻璃是一種高度透明的物質(zhì)，可以通過調(diào)整成分、著色、光照、熱處理、光化學(xué)反應(yīng)以及涂膜等物理和化學(xué)方法，獲得一系列重要的特定性能，以滿足各種建筑物特定的光學(xué)性能和熱工性能的要求。玻璃的光學(xué)性能是指玻璃的透射、反射、吸收等性質(zhì)。玻璃的熱工性能主要包括兩個(gè)參數(shù)，即傳熱系數(shù)和遮陽系數(shù)。

玻璃作為透光材料，其光學(xué)性能的好壞直接決定其質(zhì)量的優(yōu)劣。在建筑玻璃中，常常檢測(cè)可見光透射比的數(shù)值，來達(dá)到實(shí)際使用要求。在特定工程使用中，選用工藝或構(gòu)造不同玻璃其性能指標(biāo)見表1。

從表1 可以看出不同構(gòu)造的玻璃其可見光透射比值存在差異?？梢姽馔干浔却笮】煽刂瓶梢姽馔干溥M(jìn)來的強(qiáng)弱，從而有效控制室內(nèi)亮度，滿足不同場(chǎng)合的使用要求，且達(dá)到國家相應(yīng)的節(jié)能環(huán)保指標(biāo)要求。

表1 不同透射比玻璃在工程中的應(yīng)用

1 建筑玻璃的光學(xué)性能

2 建筑玻璃的熱工性能

傳熱系數(shù)是圍護(hù)結(jié)構(gòu)通用的參數(shù)，其傳熱系數(shù)越低，越有利于建筑的節(jié)能。遮陽系數(shù)是玻璃作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的特殊參數(shù)，遮陽系數(shù)越小，阻擋陽光直接輻射的性能就越好。在建筑用中空玻璃諸多的性能指標(biāo)中，能夠用來判別其節(jié)能特性的主要有傳熱系數(shù)K 和太陽得熱系數(shù)SHGC。中空玻璃的傳熱系數(shù)K 是指在穩(wěn)定傳熱條件下，玻璃兩側(cè)空氣溫度差為1℃時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過1平方米中空玻璃的傳熱量，以W/m2·K 表示。K 值越低，說明中空玻璃的保溫隔熱性能越好，在使用時(shí)的節(jié)能效果越顯著。

綜上所述，建筑玻璃的光學(xué)性能、熱工性能，在實(shí)際應(yīng)用中可以發(fā)揮著不同的作用。

表2 不同熱工性能玻璃在工程中的應(yīng)用

2.1 不同構(gòu)造的透明玻璃對(duì)光學(xué)性能、熱工性能的影響

針對(duì)紫外、可見、近紅外及紅外光進(jìn)行討論（波長(zhǎng)為0.28μm～25μm）。選用四種玻璃做對(duì)比：6mm 透明玻璃、6mm 透明+1.52PVB+6mm 透明夾膠玻璃、6mm 透明+9A+6mm 透明中空玻璃、6mm 透明+12A+6mm 透明中空玻璃，儀器設(shè)備為紫外可見近紅外分光光度計(jì)和傅里葉變換紅外光譜儀，采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范檢測(cè)：GB/T 2680-2021《建筑玻璃可見光透射比、太陽光直線透射比、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》和JGJ/T 151-2008《建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)范》。常用光學(xué)性能參數(shù)見表3。

四組數(shù)據(jù)對(duì)比中，顯示中空玻璃的傳熱系數(shù)比單片透明玻璃的傳熱系數(shù)數(shù)值少了近50%，表明中空玻璃具有較好隔熱優(yōu)勢(shì)，可以攔截由太陽輻射到室內(nèi)的大部分能量，因而可以防止因輻射熱引起的不舒適感和減輕陽光引起的目眩。中空玻璃對(duì)能量的傳導(dǎo)傳遞是通過玻璃和其中間框架內(nèi)部的氣體（如空氣、氬氣等）來實(shí)現(xiàn)的。已知，玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)是0.77W/(m2·K)，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)是0.028 W/(m2·K)，玻璃的熱傳導(dǎo)率是空氣的27.5 倍。而空氣中的水分子等的存在，是影響中空玻璃能量傳導(dǎo)傳遞和對(duì)流傳遞性能的主要因素。因此中空玻璃的密封性能的好壞，是判定中空玻璃隔熱性能的重要依據(jù)。

2.2 同樣構(gòu)造的中空玻璃，生產(chǎn)工藝不同（透明玻璃和Low- E 玻璃）具有不同性能指標(biāo)

通過6mm 透明+12A+6mm 透明中空玻璃和6mm Low-E+12A+6mm 透明中空玻璃的光學(xué)對(duì)比數(shù)據(jù)見表4。

表4 光學(xué)數(shù)據(jù)

Low-E 玻璃為低輻射鍍膜玻璃，通過在玻璃表面鍍銀等金屬物質(zhì)而成，除了具有環(huán)保節(jié)能、美觀舒適的性能外，還可以達(dá)到隔音降噪的效果，是目前最高端的建筑玻璃。表4 顯示，Low-E 中空玻璃的可見光透射比和遮陽系數(shù)都比透明中空玻璃的數(shù)值低，太陽能光線的透射率普通中空玻璃約84%，而Low-E 玻璃只占65%；普通中空玻璃的熱損失約80%，而Low-E 玻璃的熱損失只有約40%。

2.3 不同厚度的玻璃的熱值偏差

選用8mm 透明鋼化+12A+8mm 透明鋼化玻璃和6mm透明鋼化+12A+6mm 透明鋼化玻璃這兩片玻璃來對(duì)比熱值。8mm 透明鋼化+12A+8mm 透明鋼化玻璃的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)熱值為2.55W/(m2·K)；6mm透明鋼化+12A+6mm透明鋼化玻璃的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)熱值為2.61W/(m2·K)。發(fā)現(xiàn)當(dāng)玻璃厚度從6mm 增大到8mm 時(shí)，熱阻減少了2.3%，那是因?yàn)楫?dāng)玻璃厚度增大時(shí)，同時(shí)也增加了對(duì)熱量傳遞的隔擋能力，降低了整體中空玻璃的傳熱系數(shù)。

2.4 中空玻璃的密封性能檢測(cè)

中空玻璃作為現(xiàn)代建筑常用材料之一，因其具有良好的透光性能、隔熱性能及隔音性能而被廣泛應(yīng)用。據(jù)了解，中空玻璃最大的質(zhì)量問題就是在使用中中間框架的空氣層結(jié)露或者結(jié)霜。因此中空玻璃的密封性能是中空玻璃質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

在建筑工程檢測(cè)中，根據(jù)GB 50411-2019《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》附錄E 中方法，對(duì)中空玻璃密封性能進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)溫度控制在(25±3)℃、相對(duì)濕度控制在30%～75%之間。

根據(jù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，依次對(duì)隨機(jī)選取的10 塊玻璃進(jìn)行密封性能檢測(cè)。在檢測(cè)過程中使用到的降溫工具是干冰。干冰是二氧化碳的固態(tài),由于干冰的溫度非常低，溫度為-78.5℃。隨著干冰的升華，會(huì)吸收周圍環(huán)境的熱量，因此常用于保持物體維持冷凍或低溫狀態(tài)。往露點(diǎn)儀筒（圖1）中加入干冰時(shí)，溫度會(huì)迅速下降，但是較難控制在(-40±3)℃范圍內(nèi)。如果把這個(gè)溫度更新為≤-40℃，停留測(cè)試要求時(shí)間后，觀察玻璃試樣的內(nèi)表面有無結(jié)露或結(jié)霜；如結(jié)露或結(jié)霜，將試樣放置到完全無結(jié)露或結(jié)霜后，將露點(diǎn)儀每次5℃溫度范圍來測(cè)量，直至測(cè)量到-40℃，記錄試樣最高的結(jié)露溫度，該溫度測(cè)為試樣的露點(diǎn)溫度。這樣檢測(cè)操作性會(huì)更強(qiáng)。

中空玻璃的露點(diǎn)上升是由外界的水分進(jìn)入空氣層而不被干燥劑吸收造成的，有三種原因可能會(huì)導(dǎo)致露點(diǎn)上升：

⑴密封膠內(nèi)存有氣泡，導(dǎo)致空氣水分進(jìn)入。

⑵水氣通過聚合物擴(kuò)散進(jìn)入空氣層中。

⑶干燥劑的有效吸附能力降低。

3 結(jié)束語

玻璃因其特有的優(yōu)勢(shì)性能，已成為建筑行業(yè)乃至整個(gè)工業(yè)世界用途最廣日常生活中最常用的材料之一，在人們生活中都發(fā)揮著重要的作用。國家提倡綠色節(jié)能環(huán)保，對(duì)玻璃的節(jié)能指標(biāo)應(yīng)用意義非常重大。玻璃生產(chǎn)工藝及加工構(gòu)造對(duì)其節(jié)能性影響最大。為提高建筑工程建設(shè)節(jié)能效果配合國家政府節(jié)能減排，在選型時(shí)要根據(jù)使用場(chǎng)所功能要求、安裝空間位置方位（朝向）、當(dāng)?shù)貧庀蟓h(huán)境狀況、當(dāng)?shù)卣块T節(jié)能要求等考慮，從而最大限度地實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理節(jié)能減排效果。