玻璃的光学性能及热工性能在建筑工程中的应用

曾秀梅

（广州市稳建工程检测有限公司）

0 前言

玻璃是一种高度透明的物质，可以通过调整成分、着色、光照、热处理、光化学反应以及涂膜等物理和化学方法，获得一系列重要的特定性能，以满足各种建筑物特定的光学性能和热工性能的要求。玻璃的光学性能是指玻璃的透射、反射、吸收等性质。玻璃的热工性能主要包括两个参数，即传热系数和遮阳系数。

玻璃作为透光材料，其光学性能的好坏直接决定其质量的优劣。在建筑玻璃中，常常检测可见光透射比的数值，来达到实际使用要求。在特定工程使用中，选用工艺或构造不同玻璃其性能指标见表1。

从表1 可以看出不同构造的玻璃其可见光透射比值存在差异。可见光透射比大小可控制可见光透射进来的强弱，从而有效控制室内亮度，满足不同场合的使用要求，且达到国家相应的节能环保指标要求。

表1 不同透射比玻璃在工程中的应用

1 建筑玻璃的光学性能

2 建筑玻璃的热工性能

传热系数是围护结构通用的参数，其传热系数越低，越有利于建筑的节能。遮阳系数是玻璃作为围护结构的特殊参数，遮阳系数越小，阻挡阳光直接辐射的性能就越好。在建筑用中空玻璃诸多的性能指标中，能够用来判别其节能特性的主要有传热系数K 和太阳得热系数SHGC。中空玻璃的传热系数K 是指在稳定传热条件下，玻璃两侧空气温度差为1℃时，单位时间内通过1平方米中空玻璃的传热量，以W/m2·K 表示。K 值越低，说明中空玻璃的保温隔热性能越好，在使用时的节能效果越显著。

综上所述，建筑玻璃的光学性能、热工性能，在实际应用中可以发挥着不同的作用。

表2 不同热工性能玻璃在工程中的应用

2.1 不同构造的透明玻璃对光学性能、热工性能的影响

针对紫外、可见、近红外及红外光进行讨论（波长为0.28μm～25μm）。选用四种玻璃做对比：6mm 透明玻璃、6mm 透明+1.52PVB+6mm 透明夹胶玻璃、6mm 透明+9A+6mm 透明中空玻璃、6mm 透明+12A+6mm 透明中空玻璃，仪器设备为紫外可见近红外分光光度计和傅里叶变换红外光谱仪，采用标准规范检测：GB/T 2680-2021《建筑玻璃可见光透射比、太阳光直线透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关窗玻璃参数的测定》和JGJ/T 151-2008《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规范》。常用光学性能参数见表3。

四组数据对比中，显示中空玻璃的传热系数比单片透明玻璃的传热系数数值少了近50%，表明中空玻璃具有较好隔热优势，可以拦截由太阳辐射到室内的大部分能量，因而可以防止因辐射热引起的不舒适感和减轻阳光引起的目眩。中空玻璃对能量的传导传递是通过玻璃和其中间框架内部的气体（如空气、氩气等）来实现的。已知，玻璃的导热系数是0.77W/(m2·K)，而空气的导热系数是0.028 W/(m2·K)，玻璃的热传导率是空气的27.5 倍。而空气中的水分子等的存在，是影响中空玻璃能量传导传递和对流传递性能的主要因素。因此中空玻璃的密封性能的好坏，是判定中空玻璃隔热性能的重要依据。

2.2 同样构造的中空玻璃，生产工艺不同（透明玻璃和Low- E 玻璃）具有不同性能指标

通过6mm 透明+12A+6mm 透明中空玻璃和6mm Low-E+12A+6mm 透明中空玻璃的光学对比数据见表4。

表4 光学数据

Low-E 玻璃为低辐射镀膜玻璃，通过在玻璃表面镀银等金属物质而成，除了具有环保节能、美观舒适的性能外，还可以达到隔音降噪的效果，是目前最高端的建筑玻璃。表4 显示，Low-E 中空玻璃的可见光透射比和遮阳系数都比透明中空玻璃的数值低，太阳能光线的透射率普通中空玻璃约84%，而Low-E 玻璃只占65%；普通中空玻璃的热损失约80%，而Low-E 玻璃的热损失只有约40%。

2.3 不同厚度的玻璃的热值偏差

选用8mm 透明钢化+12A+8mm 透明钢化玻璃和6mm透明钢化+12A+6mm 透明钢化玻璃这两片玻璃来对比热值。8mm 透明钢化+12A+8mm 透明钢化玻璃的实验室检测热值为2.55W/(m2·K)；6mm透明钢化+12A+6mm透明钢化玻璃的实验室检测热值为2.61W/(m2·K)。发现当玻璃厚度从6mm 增大到8mm 时，热阻减少了2.3%，那是因为当玻璃厚度增大时，同时也增加了对热量传递的隔挡能力，降低了整体中空玻璃的传热系数。

2.4 中空玻璃的密封性能检测

中空玻璃作为现代建筑常用材料之一，因其具有良好的透光性能、隔热性能及隔音性能而被广泛应用。据了解，中空玻璃最大的质量问题就是在使用中中间框架的空气层结露或者结霜。因此中空玻璃的密封性能是中空玻璃质量控制的关键。

在建筑工程检测中，根据GB 50411-2019《建筑节能工程施工质量验收标准》附录E 中方法，对中空玻璃密封性能进行检验。检验温度控制在(25±3)℃、相对湿度控制在30%～75%之间。

根据检测标准，依次对随机选取的10 块玻璃进行密封性能检测。在检测过程中使用到的降温工具是干冰。干冰是二氧化碳的固态,由于干冰的温度非常低，温度为-78.5℃。随着干冰的升华，会吸收周围环境的热量，因此常用于保持物体维持冷冻或低温状态。往露点仪筒（图1）中加入干冰时，温度会迅速下降，但是较难控制在(-40±3)℃范围内。如果把这个温度更新为≤-40℃，停留测试要求时间后，观察玻璃试样的内表面有无结露或结霜；如结露或结霜，将试样放置到完全无结露或结霜后，将露点仪每次5℃温度范围来测量，直至测量到-40℃，记录试样最高的结露温度，该温度测为试样的露点温度。这样检测操作性会更强。

中空玻璃的露点上升是由外界的水分进入空气层而不被干燥剂吸收造成的，有三种原因可能会导致露点上升：

⑴密封胶内存有气泡，导致空气水分进入。

⑵水气通过聚合物扩散进入空气层中。

⑶干燥剂的有效吸附能力降低。

3 结束语

玻璃因其特有的优势性能，已成为建筑行业乃至整个工业世界用途最广日常生活中最常用的材料之一，在人们生活中都发挥着重要的作用。国家提倡绿色节能环保，对玻璃的节能指标应用意义非常重大。玻璃生产工艺及加工构造对其节能性影响最大。为提高建筑工程建设节能效果配合国家政府节能减排，在选型时要根据使用场所功能要求、安装空间位置方位（朝向）、当地气象环境状况、当地政府部门节能要求等考虑，从而最大限度地实现科学合理节能减排效果。