1、節能玻璃的物理特性測量及應用周菁華, 劉蕓, 陳駿逸,馬世紅,李天群 2008年11月實驗背景熱點：節能環保建筑節能是緩解我國能源緊缺矛盾,減輕環境污染,改善人民生活工作條件,促進經濟可持續發展的一項最直接的措施。采用基礎物理教學實驗儀器，結合節能專題，測量環保節能產品的特性，以便更好理解其節能效率機理。 實驗原理玻璃窗的主要功能為透光通風，同時要求具有良好的保溫隔熱效果。玻璃的透光性能主要通過透射系數（即透射率）來反映，透射系數即在一定入射光強下，透射光強占入射光強的百分比。 其中 為入射至待測樣品的光功率， 為從待測樣品透射出來的光功率。 實驗原理玻璃的保溫絕熱性能主要通過導熱率 （又稱導

2、熱系數）來體現，導熱率是當單位長度的溫度梯度為1度時，在單位時間內通過物體單位面積所傳遞的熱量。 由于樣品的側面積相比上下表面積小很多，可以認為熱量只沿著上下方向垂直傳遞，橫向由側面散去的熱量可以忽略不計，即可以認為，樣品內只有在垂直樣品平面的方向上有溫度梯度，在同一平面內，各處的溫度相同. 實驗原理設穩態時，樣品的上下平面溫度分別為 、 ，根據傅立葉傳導方程，在時間內通過樣品傳遞的熱量 滿足： 為樣品的導熱率， 為樣品的厚度， 為樣品的平面面積. 實驗原理當樣品上下表面的溫度 和 不變時，可以認為加熱盤 通過樣品傳遞的熱流量與散熱盤 向周圍環境散熱量相等.因此可以通過散熱盤在穩定溫度時的散熱

3、速率來求出熱流量 為散熱盤的質量， 為其比熱容. 實驗原理在達到穩態的過程中，盤的上表面并未暴露在空氣中，而物體的冷卻速率與它的散熱表面積成正比，為此，穩態時銅盤的散熱速率的表達式應作面積修正 為散熱盤 的半徑, 為其厚度 實驗原理得樣品的導熱率 在工業中為了表示物體熱傳導性能，又定義傳熱系數K = / , h為樣品厚度，它表示在單位時間內，單位面積、在溫差為 - 時，通過平板狀物體的熱量 實驗儀器樣品 單層普通玻璃（厚度3mm）和溫屏玻璃 溫屏玻璃是一種中空低輻射鍍膜玻璃，它具有極好的隔熱、隔音、無霜露三重性能，比普通單片玻璃節能玻璃膜低真空真空封泥實驗儀器透射系數測定裝置 由光功率計A，接

4、收器B，截止片C，擋光圈D（內徑為6.1cm），光源E（功率可調節），光具座F組成。 EDB玻璃樣品CAF實驗儀器截止片3種，分別為紅外HWB760（對于波長大于760nm的光，透射率在90%，其余波長透射率為0）,可見光GRB3（對于波長310-720nm間的光，透射率大于50%，其余基本為0）, 紫外ZWB1（對于波長250-400nm的光，透射率基本大于50%，其余透射率不超過7%）。 實驗儀器FD-TC-B型導熱系數測定儀 由加熱器、銅加熱盤，待測樣品，銅散熱盤、支架及調節螺絲、溫度傳感器以及控溫與測溫器組成。 實驗數據和分析 不同樣品玻璃光透射率的比較 以白熾燈作為光源（0100w光

5、功率 ） 普通雙層玻璃的透射率約是普通單層玻璃的透射率的平方 實驗數據和分析從實驗結果可得到以下幾個規律：在小光功率下（0100W），波長由大至小（紅外可見紫外）變化時，可見光的透射率最大，紅外、紫外光的透射率均明顯比可見光小。考慮到紅外線的溫室效應和紫外線對人類的輻射害處，窗玻璃可以減少紅外波和紫外波的透射。對于同種波長，溫屏玻璃的透射率略小于單層普通玻璃，明顯大于雙層普通玻璃。可見溫屏玻璃采用了雙層鍍膜結構后，雖然整個玻璃較厚，但與兩塊普通玻璃簡單疊加相比，顯著地提高了透射率。實驗數據和分析普通雙層玻璃雖然能夠減少紅外波和紫外波的透射，但因白光透射率太小，嚴重影響室內采光。普通單層玻璃隔熱

6、效果差，而溫屏玻璃具有隔熱和較大透射率的特性。所以從室內采光以及節能兩方面綜合考慮，溫屏玻璃是比較優越的。在玻璃實際使用的情況下（日光作為光源）進行測量，除去以上性質外，發現隨光功率增大，在100W - 500W之間，玻璃的透射率也略有增大，隨后趨于平坦。其中溫屏玻璃的透射率與普通玻璃相近，幾乎僅比普通玻璃小8%（絕對值）左右。實驗數據和分析測量玻璃樣品導熱率 和傳熱系數K 采用穩態法，在相同實驗條件下（實驗條件：室溫22.5，加熱盤溫度設定為 ），分別測量計算各玻璃樣品導熱率 和傳熱系數K。實驗數據和分析 兩種玻璃導熱率和傳熱系數實驗結果 ( ) K ( W/m2K ) 溫屏玻璃0.0355

7、1.56普通單層玻璃0.40479. 33實驗數據和分析從實驗結果可得以下結論： 單層玻璃的傳熱系數 與溫屏玻璃的傳熱系數 ，相差50.85倍，反映玻璃保溫能力的指標是K值。K值越小，說明玻璃的保溫隔熱性能越好，在使用時的節能效果越顯著。比如夏季，室外溫度很高，溫屏玻璃具有良好的隔熱性能，使室外熱量不容易傳到室內，與普通單片玻璃相比大大降低了傳熱量。實驗數據和分析溫屏玻璃隔熱節能的核心技術是可見光透射率高的溫屏膜。為了達到不同顏色光玻璃的目的，有的溫屏玻璃還在兩層玻璃中間充不同的惰性氣體。若用兩塊普通玻璃組成和溫屏玻璃同規格的中空玻璃，由于無溫屏膜的作用，隔熱效果并不能與溫屏玻璃相提并論。實驗數據和分析雖然溫屏玻璃整體比較厚，由于其中間是低真空，熱量向側面傳遞比較少。實驗數據也證明導熱率的誤差小于15%，與樣品說明書提供的參數基本吻合。說明實驗過程及數據是可靠的。實驗結果與展望 通