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《GB/T 36261-2018 建筑用节能玻璃光学及热工参数现场测量技术条件与计算方法》标准的解读

2019-12-24 22:30:40

【中玻网】《GB/T 36261-2018建筑用节能玻璃光学及热工参数现场测量技术条件与计算方法》标准的解读

  The interpretation of“GB/T 36261-2018 On-site test specification for optical and thermal parameters of energy saving glass for building”

  武文杰,苑静,张喆民,黄达泉

  北京奥博泰科技有限公司北京100070

  摘要:GB/T 36261-2018的发布为建筑用节能玻璃的现场测量提供了理论与技术支持,具有重要的意义。本文介绍了GB/T 36261-2018的主要内容,并给出了标准中关键技术的可行性分析与关键参数的确定方法。旨在通过对该标准的解读与推广,推动建筑用节能玻璃的现场测量技术的发展与应用。

  Abstract:GB/T 36261-2018,provide theoretical and technological support for on-site test specification of energy saving glass for building,is of great significance for construction material industry.The main works of this paper are to introduce the main contents,demonstrate the feasibility of key techniques and discuss the selection of the key parameters of GB/T 36261-2018.The aim of the present paper is to promote the development and application of on-site test specification of energy saving glass for building by the interpretation and promotion of GB/T 36261-2018.

  关键词:节能玻璃,光热参数,直接测量

  Keywords:energy saving glass,optical and thermal parameters,direct-measuring

  1引言

  目前,建筑节能已经成为全世界的共识,建筑门窗、幕墙作为围护结构节能的薄弱环节,成为建筑节能中最受关注的重点。用于建筑上的节能玻璃主要有中空玻璃、Low-E中空玻璃、真空及复合中空玻璃等产品,如何准确测量其光热性能,评价其节能效果,对于生产和使用方均十分重要[1,2]。国际上的ISO 9050标准、国内建筑行业的GB/T 2680与JGJ/T 151等光热参数计算标准中的计算方法,需要将中空玻璃拆成单片,分片检测,再按照理论公式计算,获得合成中空后整体玻璃的节能特性[3-5]。整个操作过程较为复杂,需要多次测量数据,效率不高。特别重要的一点是测量时须将原有的玻璃结构破坏,不能直接对已安装在建筑上的各类节能玻璃进行检测,因此无法确认已安装玻璃的实际光热性能与设计值的一致性。

  《GB/T 36261-2018建筑用节能玻璃光学及热工参数现场测量技术条件与计算方法》建立了一套适用于在工程现场或既有建筑上对于即将或已经安装的建筑玻璃产品的光学及热工参数的检测技术规范,使其更适合行业采纳和应用。为使该标准能更好的服务于建筑玻璃行业,有必要对该标准中的关键性内容进行解读。

  2标准的主要内容和适用范围

  GB/T 36261-2018是在GB/T 2680与JGJ/T 151的基础上,结合行业内建筑玻璃产品及相关检测仪器的发展现状,充分考虑了建筑玻璃现场光热参数测量的特殊性后编制的科学、易用的标准。

  标准给出了光热参数、光热计算用基础参数的定义及符号,以方便使用方更好的理解标准并规范专业用语;根据光热参数在计算过程中所需的基础参数及采用的标准,给出了测试原理;创新的提出了整体直接测量法(无损测量法),并根据整体直接测量法适用情况的不同,将光热参数的测试分为两类,以方便标准的使用;对光热计算用基础参数的测量做出规定,并给出了光热参数的计算公式;对于不能通过整体直接测量法获得热工参数的玻璃,用附录A中的方法对替代样品与被测样品进行一致性验证并通过后,热工参数可通过测量替代样品获得。

  该标准适用于已安装和待安装的建筑用节能玻璃光学及热工参数的现场测试。

  3测试原理与测试方法

  标准对可见光透/反射比、太阳光直接透/反射比、太阳能总透射比、太阳能红外热能总透射比及传热系数的测试原理及测量方法进行了规定。

  3.1测试原理

  被测玻璃的光热参数可将测量获得的基础参数按照GB/T 2680和JCJ/T 151计算获得[4,5],玻璃光热参数计算及采用标准如图1所示。

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  图1光热参数计算及采用标准示意图

  玻璃整体可见光透/反射比计算过程中所用DλV(λ)Δλ的值见附录B,玻璃整体太阳光直接透/反射比、太阳光红外热能直接透射比计算过程中所用的SλΔλ的值见附录C。建筑玻璃光热参数的计算公式及要求这里不再赘述,读者请自行查阅标准中的相关条款。

  3.2测量方法

  传统的中空玻璃整体光谱透射比、反射比的实验室测试方法为分片测量法,该方法需要将中空玻璃拆成单片,分片检测,再按照理论公式计算,获得合成中空后整体玻璃的节能特性,测试过程繁琐且不能对已经安装的玻璃成品进行无损检测。所以GB/T 36261-2018创新的提出了整体直接测量法(无损测量法),该方法可直接测量获得中空玻璃整体的光热参数,不需要繁琐的分片测量与计算,提高了效率,不需要将原有的玻璃结构进行拆解,可直接对工程现场已安装或未安装的中空玻璃进行测量,满足了现场测试的各种要求。

  3.2.1整体直接测量法及可行性分析

  为了验证该方法的可行性,必须将整体直接测量法与传统的分片测量法所得测量数据进行对比分析。目前主流建筑节能玻璃的组成结构为6Low-e(2#)+12Air+6Clear,以此结构为例做计算分析。分别采用整体直接测量法和传统分片测量法测量中空玻璃整体光谱透射比、反射比,计算所得透反射数据对比如表1、图2所示。

  表1分别采用整体直接测量法和传统分片测量法

  获得的光谱透/反射比数据

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  图2分别采用整体直接测量法和传统分片测量法

  获得的光谱透/反射比数据对比

  结果显示,整体直接测量中空玻璃所得透射比、反射比与分片测量计算所得透射比、反射比差值较小,在0.1%以内,远小于产品允许最大差值。所以整体直接测量法可代替传统分片测量计算法测量中空玻璃整体透射比、反射比。

  3.2.2测试分类

  根据整体直接测量法适用情况的不同,本标准将光热参数的测试分为两类。第1类是现场能采用整体直接测量法直接测试全部光热参数的建筑玻璃测试;第二类是现场只能采用整体直接测量法直接测试光学参数,不能直接测试热工参数的建筑玻璃测试,对于这类测试中热工参数的测量方法会在本文的第5章给出。具体现场测试适用的常见建筑玻璃类型见表2。

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  表2现场测试适用的常见建筑玻璃类型

  4关于光热计算用基础参数的规定

  建筑玻璃的光热参数测试,需先测试各层玻璃及间隔层厚度、膜层位置、校正辐射率、光谱透射比、光谱反射比、中空腔惰性气体体积浓度等基础参数。标准中的第6章对光热计算用基础参数的测试条件、测试方法、仪器最大允许误差有着详细的规定。这些基础参数的规定和确定需要说明一下。

  4.1关于玻璃及间隔层厚度的规定

  该标准规定:用于测量玻璃组成结构的仪器应能现场整体测量各片玻璃及间隔层厚度,仪器的最大允许误差应不大于0.2mm。

  玻璃厚度是玻璃的重要指标,对光热参数的影响很大,GB11614、GB15763.1、GB15763.2等很多标准都对玻璃厚度的允许偏差作出了规定[6-8]。本标准在既有标准的基础上,充分考虑了现场测量仪器的特点及现阶段行业的仪器测量水平,规定仪器的最大允许误差应不大于0.2mm。

  4.2关于光谱透/反射比测量的规定

  4.2.1光谱透/反射比波长范围的确定

  不同于实验室仪器相对稳定的测试环境,现场测试仪器要应对各种复杂的环境,并且为了提高便携性会尽可能减小仪器体积。如果可以在对测试结果影响极小的情况下,适当减少可测波段范围,则可以减少仪器体积,并提高现场测试仪器的便携性与稳定性。所以标准中对波长范围的规定为:300nm~2500nm,至少应包含380nm~2500nm。

  相对于300nm~2500nm波段范围,使用380nm~2500nm波段范围计算时,对光谱透/反射比产生的影响很有必要讨论一下。分别用300nm~2500nm与380nm~2500nm的波段范围的光谱数据来计算不同类型玻璃的太阳光直接透/反射比,验证数据如下:

  对于各种未镀膜玻璃,380~2500nm波段范围计算获得的太阳光直接透射比相对300~2500nm波段范围计算获得的太阳光直接透射比偏差值的区间为[0.69%,0.10%],偏差平均值0.46%。380~2500nm波段范围计算获得的太阳光直接反射比相对300~2500nm波段范围计算获得的太阳光直接反射比偏差值区间为[0.02%,-0.02%],偏差平均值0.005%。如图3所示。

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  图3各种未镀膜玻璃300~2500nm与380~2500nm波段范围计算的太阳光直接透/反射比对比

  对于各种镀膜玻璃,380~2500nm波段范围计算获得的太阳光直接透射比相对300~2500nm波段范围计算获得的太阳光直接透射比偏差值区间为[0.74%,-0.29%],偏差平均值0.39%。380~2500nm波段范围计算获得的太阳光直接透射比相对300~2500nm波段范围计算获得的太阳光直接反射比偏差值区间为[1.22%,-0.04%],偏差平均值0.37%。如图4所示。

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  图4各种镀膜玻璃300~2500nm与380~2500nm波段范围计算的太阳光直接透/反射比对比

  综合以上各种镀膜玻璃和未镀膜玻璃太阳光直接透反射比计算结果可见,300nm~380nm波段光谱数据对计算结果产生的偏差较小,在1.22%以内,小于镀膜玻璃产品允许最大差值的1/2。所以380nm~2500nm波段光谱数据可作为太阳光直接透射比和反射比的计算波段,即:光谱条件中的波长范围为300nm~2500nm,至少应包含380nm~2500nm。

  4.2.2对测试几何条件的规定

  光谱透/反射比采用光谱分光光度法进行测量。本标准规定:选用8°:8°的几何条件,照明光束的光轴与试样表面法线的夹角不超过10°,照明光束中任一光线与光轴的夹角不超过5°。此规定参考了国家标准GB/T 2680中对光谱透/反射比的照明和观测几何条件的规定[4]。

  测量透射比时,测量仪器应能接收到中空玻璃各面经多次反射而出射的透射光,测量反射比时,测量仪器应能接收到中空玻璃各面经多次反射而出射的反射光。入射光束投射到中空玻璃试样后,在其入射表面发生单次反射,在玻璃系统内部发生无穷多次反射,光束经过多次反射后出射,被接收端探测器模块收集。根据测试精度要求的不同,可以有选择的控制接收光束条件,接收到的光束经历反射次数越多,测试获得数据越接近理想情况。

  4.2.3对仪器最大允许误差的规定

  该标准规定:测量可见光透射比和太阳光直接透射比的最大允许误差不应大于0.01;测量可见光反射比和太阳光直接反射比的最大允许误差不应大于0.02。

  最新版的GB/T 2680即将发布,其中规定了仪器测量透/反射比的准确度应在1%内。但GB/T 2680更多的是用于实验室仪器,本标准在GB/T 2680的基础上,充分考虑了现场测量仪器的特点及现阶段行业的发展,规定测量可见光透射比和太阳光直接透射比的最大允许误差不应大于0.01;测量可见光反射比和太阳光直接反射比的最大允许误差不应大于0.02。

  4.3仪器测量辐射率的最大允许误差的确定

  中空玻璃膜面辐射率采用无损测量法测量,辐射率为膜面校正辐射率。测量位置距玻璃试样边部应大于100mm。经数据的统计分析后,确定仪器测量最大允许误差不应大于0.02,分析过程如下:

  选择6Low-e(2#)+12Air+6Clear的玻璃结构做计算统计分析。由辐射率测量偏差导致计算传热系数K值的偏差统计结果如下:

  根据JCJ/T 151中的公式,通过辐射率计算得到的传热系数K值如图5所示。

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  图5通过辐射率计算得到的传热系数K值

  辐射率ε在0.01~0.1范围内,ε值偏差在0.02以内时,计算所得K值偏差在0.039以内;辐射率ε在0.11~0.2范围内,ε值偏差在0.02以内时,计算所得K值偏差在0.034以内;辐射率ε在0.11~0.2范围内,ε值偏差在0.03以内时,计算所得K值偏差在0.051以内。

  综合以上统计结果可见,辐射率仪器测量的最大允许误差不应大于0.020。

  4.4关于中空腔惰性气体体积浓度测量的规定

  该标准规定中空腔惰性气体体积浓度采用无损测量法测量,仪器的最大允许误差不应大于3.5%。并对中空腔惰性气体体积浓度的测量方法进行了规定。

  中空腔惰性气体体积浓度无损测量法原理为:利用高压放电,使高压火花导致中空玻璃内惰性气体被击穿,释放出的光线进入设备的光谱仪中,光谱仪对光线进行测量并通过微处理器对测量信息进行分析,从而得出惰性气体含量。目前,行业内多采用激光气体分析仪来无损测量中空玻璃内惰性气体含量,这类型的仪器无需破坏中空玻璃结构,也无需在间隔层内搁置附件,可穿透镀膜和夹胶片,可应用于实验室测量,也可以集成到客户既有的中空玻璃生产线上,实现在线测量。

  《JG/T 454-2014建筑门窗、幕墙中空玻璃性能现场检测方法》规定[9]:中空玻璃中间层惰性气体含量大于80%时,测量精度应不大于2%(体积分数);中空玻璃中间层气体含量介于50%~80%时,测量精度应不大于5%(体积分数)。GB/T 36261-2018在既有标准的基础上,充分考虑了现阶段行业的发展水平,确定仪器的最大允许误差不应大于3.5%。

  中空腔惰性气体体积浓度的测量方法参考《JCJ/T 324建筑幕墙工程检测方法标准》中的相关方法以及现阶段行业内玻璃产品与测量仪器的实际情况进行确定[10]。

  5第二类测试中热工参数的测试方法及可行性分析

  对于适用于第二类测试的建筑玻璃,光学参数(可见光透射比、可见光反射比、太阳光直接透射比、太阳光直接反射比及太阳光红外热能直接透射比)可采用无损测试法进行现场直接测试,而热工参数(太阳能总透射比、传热系数及太阳能红外热能总透射比)却无法通过测量获得。为了解决第二类测试中热工参数的测量问题,该标准在附录A中提出了一种方法:将实际被测中空玻璃样品和替代样品的各片玻璃用间隔条组成的相同结构试样放入仪器中,进行太阳光波段范围内中空玻璃整体的光谱透射比及光谱反射比测量,如果测得两种样品的光谱特性一致(两种样品的被测参数差值<0.03),则可认为替代试样与被测中空玻璃的其他特性也一致,即通过了一致性验证,这时可用小块替代样品代替被测玻璃制品进行实验室分片测试获得被测玻璃制品的热工参数。

  有必要对附录A中的一致性验证方法进行可行性分析,选用典型的6Low-e(2#)+12Air+6Clear玻璃结构做计算分析,选用北京奥博泰科技有限公司的GlasSmart1000便携式节能玻璃现场综合测试系统对玻璃的光热参数进行测量,仪器外观与操作界面如图6所示。

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  图6 GlasSmart1000便携式节能玻璃现场综合测试系统的外观与操作界面

  5.1同等材料的小块样品与玻璃制成品的一致性验证

  选用单银大中空玻璃作为被验证样品,选用同等材料单片小块单银玻璃和单片小块白玻作为小块替代样品,将小块单银与小块白玻组合为对应大中空玻璃相同配置的模拟中空玻璃,按照“附录A小块样品与玻璃制成品的一致性验证方法”与大中空玻璃进行一致性验证测试及判定。

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  图7单银大中空与同等材料的单银小块模拟中空玻璃的太阳光直接透/反射比数据对比

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  表3单银大中空与同等材料的单银小块模拟中空玻璃的太阳光直接透/反射比数据

  测试数据如图7、表3。太阳光直接透射比差值的绝对值Δτe=0.001<0.03;太阳光直接反射比差值的绝对值Δρe=0.004<0.03;10点比对波长对应透射光谱数据差值绝对值的平均值=0.0119<0.03;10点比对波长对应反射光谱数据差值绝对值的平均值=0.0062<0.03。同时满足了四个判定条件,可以认定所提供小块替代测量样品与被测中空玻璃制成品的热工参数具有一致性。

  5.2不同材料的小块样品与玻璃制成品的不一致性验证

  选用单银大中空玻璃作为被验证样品,选用不同材料的单片小块双银玻璃和单片小块白玻作为小块替代样品小块双银玻璃与小块白玻组合为对应大中空玻璃相同配置的模拟中空玻璃,按照“附录A小块样品与玻璃制成品的一致性验证方法”与大中空玻璃进行不一致性验证测试及判定。

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  图8单银大中空与双银小块模拟中空玻璃的太阳光直接透/反射比数据对比

  表4单银大中空与双银小块模拟中空玻璃的太阳光直接透/反射比数据

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  测试数据如图8、表4。太阳光直接透射比差值的绝对值Δτe=0.138>0.03;太阳光直接反射比差值的绝对值Δρe=0.104>0.03;10点比对波长对应透射光谱数据差值绝对值的平均值=0.162>0.03;10点比对波长对应反射光谱数据差值绝对值的平均值=0.142>0.03。不能同时满足四个判定条件,所以可以认定所提供小块替代测量样品与被测中空玻璃制成品的热工参数不具有一致性。值得注意的是,二者的可见光反射比很接近,即通过人眼是无法分辨二者材料的差异,但是却可以通过该标准附录A中的方法准确判断出二者材料的差异。

  综合以上验证数据,可见该标准附录A中所提供的一致性验证方法可以对小块替代样品与被测中空玻璃制成品进行准确的一致性判定,从而解决了第二类测试中不能现场检测热工参数的难题,防止送检样品与被测中空玻璃制成品不一致的现象。

  6其他说明

  6.1被测玻璃表面特性

  由于本标准规定的测量几何条件只适用于镜面样品的测量,所以本标准关于光学参数测量的规定不适用于表面为散射特性的玻璃,如压花玻璃、磨砂玻璃、彩釉玻璃等。

  6.2紫外光相关参数的缺失

  考虑到现场测量仪器对便携性、稳定性和综合测试成本的要求,以及玻璃行业对现场光热参数测试精度水平的要求,并经过分析不同波长波段对最终结果的影响,本标准规定仪器的可测波段为至少包含380nm~2500nm,所以本标准中未对紫外光相关参数作出规定。

  7总结

  建筑用节能玻璃的光学及热工的参数的现场测量具有重要的意义,GB/T36261-2018的发布为建筑用节能玻璃的现场测量提供了必要的理论与技术指导。本文介绍了GB/T36261-2018的主要内容,分析了标准中整体直接测量法(无损测量法)、小块样品与玻璃制成品的一致性验证方法的可行性,并给出了仪器测量各参数的最大允许误差、可测波段、测量几何条件等关键参数的确定方法及原因。有助于本标准的推广与宣贯,对建筑玻璃行业的健康发展有重要意义。

  参考文献

  [1]万成龙,潘振,王洪涛,等.建筑门窗玻璃幕墙传热系数现场测试研究[J].建筑节能,2017,45(322):64-69.

  [2]王伶.新型节能中空玻璃节能参数的检测与计算[J].玻璃,2017,8:7-13.

  [3]ISO 9050-2003.Glass in building—Determination of light transmittance,solar direct transmittance,total solar energy transmittance,ultraviolet transmittance and related glazing factors[S].

  [4]GB/T 2680-1994.建筑玻璃可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关窗玻璃参数的测定[S].

  [5]JGJ/T 151.建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程[S].

  [6]GB 11614-2009.平板玻璃[S].

  [7]GB 15763.1-2009.建筑用安全玻璃防火玻璃[S].

  [8]GB 15763.2-2005.建筑用钢化玻璃第2部分:钢化玻璃[S].

  [9]JG/T 455-2014.建筑门窗幕墙用钢化玻璃[S].

  [10]JCJ/T 324.建筑幕墙工程检测方法标准[S].

  本文转自“2019年中国玻璃行业年会暨技术研讨会论文集”

   

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