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摘 要:本文对目前我国建筑节能门窗玻璃热物理性能检测方法的现状,进行了分析,并对存在的问题进行了探讨,提出了解决方法和未来的发展方向。
关键词:建筑节能 门窗玻璃 热物性性能 检测方法 现状与展望
中图分类号:TU11 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0034-02
引言
我国虽然是个能源大国,但是能源使用非常紧张。据统计,建筑能耗在能源消费总量中所占的比例已从70年代末的10%上升到近年的27.8%[1],而建筑供暖、空调的能耗占建筑总能耗的55%左右,同时我国每年新建筑面积也逐渐增长,所以实现建筑节能是缓解能源紧张的一个重要途径。门窗的保温性能改善和提高一直是建筑节能研究领域的热点之一,由此在普通玻璃的基础上也产生了各种特种玻璃,如温屏玻璃、中空玻璃、百叶中空玻璃[2]等,由于目前门窗玻璃市场空前繁荣,各类产品质量良莠不齐,这就需要质量监督部门进行监管尽量杜绝虚假宣传、以次充好现象的发生。
1 实验室检测技术
目前对于玻璃保温性能检测有效的方法是测试其导热系数,我国已于1997制定了JC/T 675-1997《玻璃导热系数试验方法》国家标准,本标准采用稳态法测玻璃导热系数,测试时间长且对于测试系统绝热性能要求较高。通常导热系数(传热系数)一直被作为重要的乃至唯一的衡量建筑门窗保温性能的指标,实际上,随着现代建筑科技的飞速发展发展,新型门窗玻璃的研发也从未停止,新型玻璃的研发思路也从以往单一的保温转化为保温与热能利用相结合。美国麻省理工学院的科学家首次研发出了太阳能玻璃,也即将混合涂料涂抹在玻璃表面结合太阳能电池实现太阳能的采集,目前太阳能玻璃的开发应用已经如火如荼的进行中,也必将成为我国玻璃行业新的经济增长点。太阳能玻璃效果的好坏与玻璃的热容性能直接相关,从而比热容也应成为未来玻璃的检测指标之一。
目前我国玻璃热物性检测手段单一,主要在实验室内制作试件,检测导热系数(传热系数)为主,由于采用稳态法,检测效率较低。工程实际中除了实验室检测以外,对门窗玻璃的实际保温性能,现场检测更为准确可靠。另外比热容尚未列为主要检测指标,新型材料如太阳能玻璃的出现,将比热容列为检测项目势在必行。我国玻璃检测技术与玻璃行业的快速发展已不相适应,从而有必要研发新型的玻璃热物性测试仪,实现玻璃导热系数、比热容等的快速、准确检测,以提高我国玻璃质量监督检验行业的检测水平。
目前玻璃热物性实验室测试技术方面,我国与国外差距已经不明显,由于实验室测量主要是制作标准试件进行测量,通常的导热系数测试仪器均可应用于玻璃导热系数检测,如美国的TCI导热系数测试仪、我国湖北某公司的FD系列导热系数测试仪等,我国已颁布JC/T 675-1997《玻璃导热系数试验方法》国家标准,测试方法也主要以稳态法为主,如复旦大学的周菁华用稳态法测量了节能玻璃的导热系数,我国各质监系统检测玻璃热物性也以稳态法为主。目前对于特种玻璃热物性测试方面的研究不多,由于中空玻璃内含有空气夹层,而玻璃兩表面温差较大时夹层内会出现自然对流现象,这会对其热物性检测结果带来影响,但是对此尚缺乏足够的理论分析和实验研究,另外,复合材料玻璃由于材料各向异性、结构复杂性等各方面的特点,从而不能采取普通玻璃热物性测试的数据处理方法,这也给玻璃热物性检测工作带来了新的挑战。例如,比热容是新型太阳能玻璃的重要指标,直接决定玻璃的吸热能力,进而影响太阳能玻璃的使用效果,然而我国玻璃质量检测尚未将比热容列为主要指标,从而,将玻璃比热容作为检测指标是有必要的。
2 建筑节能现场检测技术
由于实验室测试的局限性,往往需要在工程现场对门窗玻璃进行热物性测试,目前现场测试方法有热箱法和热流计法等,测试参数为传热系数。其中热箱法测试原理是人工制造一个一维传热环境,被测部位的内侧用热箱测试,热箱和室内模拟采暖条件另一侧为室外(自然条件),通过测量热箱的发热量得到被测部位的传热量,计算得到被测部位的传热系数。由于热流计法不受被测结构型式的影响,而且使用方便、易于携带,也被认为适合于建筑节能传热系数的现场检测。建筑节能传热系数检测装置的核心部件之一是热流计,热流计的检测精度直接影响传热系数的检测精度。从1914年德国的Henky教授发明第一台热流计以来,国外已经将热流计大量应用于建筑采暖、发电、空调等能耗检测与热能设施的安全保护检测,而我国目前尚处于推广阶段,检测技术也不成熟,国产热流计在检测精度、量程和通用性方面与国外产品均有较大差距,研发自主知识产权的高精度、通用性强的热流计是基于国家经济的发展对节能的迫切需要。研究和分析发现,温差变化、太阳辐射、雨水和风速等环境因素,对热流计法测试的准确性有着重要影响,从而,为了全面推广建筑节能现场检测,必须尽快解决热流计法的环境适应性问题,除了严格控制测试条件外,还可以从测试理论上逐步进行完善,提出更加可靠的测试及数据处理方法。虽然目前尚没有一种受到大家广泛认可的比较适合建筑节能现场传热系数检测的方法,近年来,有关学者也取得了一些进展,如Cucumo等人建造了一个可控室内条件的房间将环境因素考虑进去,利用有限差分法计算传热系数;Ceme等人研究了轻质建筑材料在强制通风和辐射热阻综合条件下的动态性能等,国内从1986年以来有关建筑材料和结构传热系数检测方面的专利也有近10项之多。
近年来,常功率平面热源法由于可大大缩短实际检测时间,且能减小室外空气温度变化给传热过程带来的影响,被认为是非稳态法检测物体热物理性能的一种可行方法,目前,在实验室中用非稳态法检测材料热性能技术手段较为成熟,但是用来进行现场节能检测还有很多工作要做。例如,目前已有测试仪器数据采集手段方面多以单片机为主,由于数据处理能力和数据储存量的限制,每次仅可同时测量3路信号,而建筑节能现场测试中为了提高测试精度,往往需要10路以上的信号。与PLC系统相比单片机系统抗干扰能力相对较弱,尤其是工程现场应用环境比较复杂时更为明显。虽然应用PLC进行数据采集抗干扰能力强,但是成本比单片机要高得多,从而寻求更为适合的数据采集方案十分必要。
3 总结
综上所述,目前建筑节能门窗玻璃实验室热物性测试方面,存在主要问题是测试手段单一,仅对传热系数进行检测,比热容测试考虑较少,在多参数测试技术和硬件设计方面仍有较大改进的余地。建筑节能现场测试以热流计法为主,但是测头组件在精度、可拓展性和设计方面均与国外同类产品有差距。国内现有检测系统温度信号的采集用单片机系统实现,在可测通道数、检测精度和抗干扰性方面均不尽如人意。未来只要找对发展方向,质检部门在检测技术水平方面投入更多人力和物力的同时,加强与科研院所的科技合作,必将改变我国建筑节能门窗玻璃检测水平落后于市场发展的现状。
参考文献
[1] 周菁华,刘芸,陈俊逸,等.节能玻璃的热学特性测量[J].重庆大学学报,2009,32,:1～5.
[2] 王厚华,黄春勇.中空玻璃空气夹层内的自然对流[J].大学物理,2008,4:809～814.
[3] 金承哲.绿色建筑中的百叶中空玻璃[J].建筑科技,2010,07:67～69.
[4] 郭聪睿.建筑节能现场传热系数间接检测法及其影响因素分析[J].内蒙古大学学报,2010,41,2:235～238.
[5] 吴玉杰,赵志愿,李玉娜.热流计法在建筑节能现场检测中的应用[J].建筑节能,2008,03:73～75.
[6] 国家建筑材料工业局.JC/T玻璃导热系数试验方法[M].北京:中国标准出版社,1997.
关键词:建筑节能 门窗玻璃 热物性性能 检测方法 现状与展望
中图分类号:TU11 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0034-02
引言
我国虽然是个能源大国,但是能源使用非常紧张。据统计,建筑能耗在能源消费总量中所占的比例已从70年代末的10%上升到近年的27.8%[1],而建筑供暖、空调的能耗占建筑总能耗的55%左右,同时我国每年新建筑面积也逐渐增长,所以实现建筑节能是缓解能源紧张的一个重要途径。门窗的保温性能改善和提高一直是建筑节能研究领域的热点之一,由此在普通玻璃的基础上也产生了各种特种玻璃,如温屏玻璃、中空玻璃、百叶中空玻璃[2]等,由于目前门窗玻璃市场空前繁荣,各类产品质量良莠不齐,这就需要质量监督部门进行监管尽量杜绝虚假宣传、以次充好现象的发生。
1 实验室检测技术
目前对于玻璃保温性能检测有效的方法是测试其导热系数,我国已于1997制定了JC/T 675-1997《玻璃导热系数试验方法》国家标准,本标准采用稳态法测玻璃导热系数,测试时间长且对于测试系统绝热性能要求较高。通常导热系数(传热系数)一直被作为重要的乃至唯一的衡量建筑门窗保温性能的指标,实际上,随着现代建筑科技的飞速发展发展,新型门窗玻璃的研发也从未停止,新型玻璃的研发思路也从以往单一的保温转化为保温与热能利用相结合。美国麻省理工学院的科学家首次研发出了太阳能玻璃,也即将混合涂料涂抹在玻璃表面结合太阳能电池实现太阳能的采集,目前太阳能玻璃的开发应用已经如火如荼的进行中,也必将成为我国玻璃行业新的经济增长点。太阳能玻璃效果的好坏与玻璃的热容性能直接相关,从而比热容也应成为未来玻璃的检测指标之一。
目前我国玻璃热物性检测手段单一,主要在实验室内制作试件,检测导热系数(传热系数)为主,由于采用稳态法,检测效率较低。工程实际中除了实验室检测以外,对门窗玻璃的实际保温性能,现场检测更为准确可靠。另外比热容尚未列为主要检测指标,新型材料如太阳能玻璃的出现,将比热容列为检测项目势在必行。我国玻璃检测技术与玻璃行业的快速发展已不相适应,从而有必要研发新型的玻璃热物性测试仪,实现玻璃导热系数、比热容等的快速、准确检测,以提高我国玻璃质量监督检验行业的检测水平。
目前玻璃热物性实验室测试技术方面,我国与国外差距已经不明显,由于实验室测量主要是制作标准试件进行测量,通常的导热系数测试仪器均可应用于玻璃导热系数检测,如美国的TCI导热系数测试仪、我国湖北某公司的FD系列导热系数测试仪等,我国已颁布JC/T 675-1997《玻璃导热系数试验方法》国家标准,测试方法也主要以稳态法为主,如复旦大学的周菁华用稳态法测量了节能玻璃的导热系数,我国各质监系统检测玻璃热物性也以稳态法为主。目前对于特种玻璃热物性测试方面的研究不多,由于中空玻璃内含有空气夹层,而玻璃兩表面温差较大时夹层内会出现自然对流现象,这会对其热物性检测结果带来影响,但是对此尚缺乏足够的理论分析和实验研究,另外,复合材料玻璃由于材料各向异性、结构复杂性等各方面的特点,从而不能采取普通玻璃热物性测试的数据处理方法,这也给玻璃热物性检测工作带来了新的挑战。例如,比热容是新型太阳能玻璃的重要指标,直接决定玻璃的吸热能力,进而影响太阳能玻璃的使用效果,然而我国玻璃质量检测尚未将比热容列为主要指标,从而,将玻璃比热容作为检测指标是有必要的。
2 建筑节能现场检测技术
由于实验室测试的局限性,往往需要在工程现场对门窗玻璃进行热物性测试,目前现场测试方法有热箱法和热流计法等,测试参数为传热系数。其中热箱法测试原理是人工制造一个一维传热环境,被测部位的内侧用热箱测试,热箱和室内模拟采暖条件另一侧为室外(自然条件),通过测量热箱的发热量得到被测部位的传热量,计算得到被测部位的传热系数。由于热流计法不受被测结构型式的影响,而且使用方便、易于携带,也被认为适合于建筑节能传热系数的现场检测。建筑节能传热系数检测装置的核心部件之一是热流计,热流计的检测精度直接影响传热系数的检测精度。从1914年德国的Henky教授发明第一台热流计以来,国外已经将热流计大量应用于建筑采暖、发电、空调等能耗检测与热能设施的安全保护检测,而我国目前尚处于推广阶段,检测技术也不成熟,国产热流计在检测精度、量程和通用性方面与国外产品均有较大差距,研发自主知识产权的高精度、通用性强的热流计是基于国家经济的发展对节能的迫切需要。研究和分析发现,温差变化、太阳辐射、雨水和风速等环境因素,对热流计法测试的准确性有着重要影响,从而,为了全面推广建筑节能现场检测,必须尽快解决热流计法的环境适应性问题,除了严格控制测试条件外,还可以从测试理论上逐步进行完善,提出更加可靠的测试及数据处理方法。虽然目前尚没有一种受到大家广泛认可的比较适合建筑节能现场传热系数检测的方法,近年来,有关学者也取得了一些进展,如Cucumo等人建造了一个可控室内条件的房间将环境因素考虑进去,利用有限差分法计算传热系数;Ceme等人研究了轻质建筑材料在强制通风和辐射热阻综合条件下的动态性能等,国内从1986年以来有关建筑材料和结构传热系数检测方面的专利也有近10项之多。
近年来,常功率平面热源法由于可大大缩短实际检测时间,且能减小室外空气温度变化给传热过程带来的影响,被认为是非稳态法检测物体热物理性能的一种可行方法,目前,在实验室中用非稳态法检测材料热性能技术手段较为成熟,但是用来进行现场节能检测还有很多工作要做。例如,目前已有测试仪器数据采集手段方面多以单片机为主,由于数据处理能力和数据储存量的限制,每次仅可同时测量3路信号,而建筑节能现场测试中为了提高测试精度,往往需要10路以上的信号。与PLC系统相比单片机系统抗干扰能力相对较弱,尤其是工程现场应用环境比较复杂时更为明显。虽然应用PLC进行数据采集抗干扰能力强,但是成本比单片机要高得多,从而寻求更为适合的数据采集方案十分必要。
3 总结
综上所述,目前建筑节能门窗玻璃实验室热物性测试方面,存在主要问题是测试手段单一,仅对传热系数进行检测,比热容测试考虑较少,在多参数测试技术和硬件设计方面仍有较大改进的余地。建筑节能现场测试以热流计法为主,但是测头组件在精度、可拓展性和设计方面均与国外同类产品有差距。国内现有检测系统温度信号的采集用单片机系统实现,在可测通道数、检测精度和抗干扰性方面均不尽如人意。未来只要找对发展方向,质检部门在检测技术水平方面投入更多人力和物力的同时,加强与科研院所的科技合作,必将改变我国建筑节能门窗玻璃检测水平落后于市场发展的现状。
参考文献
[1] 周菁华,刘芸,陈俊逸,等.节能玻璃的热学特性测量[J].重庆大学学报,2009,32,:1～5.
[2] 王厚华,黄春勇.中空玻璃空气夹层内的自然对流[J].大学物理,2008,4:809～814.
[3] 金承哲.绿色建筑中的百叶中空玻璃[J].建筑科技,2010,07:67～69.
[4] 郭聪睿.建筑节能现场传热系数间接检测法及其影响因素分析[J].内蒙古大学学报,2010,41,2:235～238.
[5] 吴玉杰,赵志愿,李玉娜.热流计法在建筑节能现场检测中的应用[J].建筑节能,2008,03:73～75.
[6] 国家建筑材料工业局.JC/T玻璃导热系数试验方法[M].北京:中国标准出版社,1997.