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    新聞資訊
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    一種熱致變色調光玻璃的光學性能研究
    熱致變色調光玻璃可隨溫度的不同自動改變光線透射的比例。因溫度對其光學性能的影響很大,目前尚未有完善的試驗方法,也缺乏熱致調光玻璃的可見光透射比、遮陽系數等供建筑節能設計選用的光學參數。從工程設計檢測的需求出發,得到了熱致調光玻璃光學性能的試驗方法,以及熱致變色調光玻璃在不同溫度下的直射和散射光學性能。試驗結果表明,熱致調光玻璃對不同波長的光是選擇性透過的,透射現象主要集中在波長為320~1 420 nm可見光和一部分近紅外光波段,其他波段透射比很低。溫度越高,熱致調光玻璃的可見光透射比、太陽光透射比和紫外線透射比都降低,霧度逐步增加。
    隨著現代建筑技術及建筑美學的發展,建筑立面、屋面越來越多地融入了幕墻、天窗等元素,其通透性加強了室內外視覺互動,可以給室內的人們帶來舒適的自然光線和自然景觀,但大面積的玻璃幕墻使得室內環境受太陽熱輻射影響增大,特別是在輻射強烈的夏季,太陽光不僅造成了建筑室內眩光現象,影響視覺舒適性,而且由于玻璃的高傳熱性和透明性,增加了空調系統的制冷能耗??赡孀兩A墙鉀Q該問題的一種方案,利用其特定條件下玻璃的顏色會發生改變的特性,從而改變光線的透射和反射比例。
    變色玻璃有很多種類,蔣國瑜等人介紹了熱致變色玻璃,電致變色玻璃、光致變色玻璃和氣致變色玻璃四類變色玻璃的變色原理及其研究進展"。張鳳對有機可逆熱致變色材料的變色機理進行了介紹(2]。高虹制備了一種熱致變色玻璃材料,并做成了熱致變色調光玻璃3。熱致變色調光玻璃不消耗電能等人工能源,在低溫條件下呈現無色透明狀態,在高溫條件下自動變成霧化狀態,相對其他調光玻璃具有容易制備成本低廉的特點,近期已經在―些建筑中使用。熱致調光玻璃光學性能受溫度影響很大,尚未有完善的試驗方法,也缺乏熱致調光玻璃的可見光透射比、遮陽系數等供建筑節能設計選用的光學參數,是其仍未有大規模的應用的影響因素之一。蔡小龍、王鋒、范德松等人測試了熱致變色調光材料的光譜透射率情況,但是沒有區分光線透過調光材料的后直射和散射光線比例的情況,也沒有按照現行的玻璃光學性能標準進行測試,沒有得出可供建筑設計選用的光學參數*-6]。因此,本次研究從工程檢測的需求出發,研究熱致調光玻璃在不同溫度下的光學性能及其試驗方法。
    1熱致調光玻璃常用光學性能指標及測試1.1熱致調光玻璃常用光學性能指標
    熱致調光玻璃常用的工程光學性能包括遮陽系數,可見光透射比、霧度等。遮陽系數是指在給定條件下,玻璃,門窗或玻璃幕墻的太陽光總透射比,與相同條件下相同面積的標準玻璃( 3 mm厚透明玻璃)的太陽光總透射比的比值??梢姽馔干浔仁侵覆捎萌搜垡曇姾瘮颠M行加權,標準光源透過玻璃、門窗或玻璃幕墻成為室內的可見光通量與投射到玻璃、門窗或玻璃幕墻上的可見光通量的比值?。按照這種說法,直射可見光透射比包括了直射–直射可見光透射比和直射-散射可見光透射比,對于普通透明玻璃,直射-散射可見光透射比只占有極少部分,直射可見光透射比約等于直射-直射可見光透射比,但是對于磨花、印花玻璃,直射-散射可見光透射比所占比例很大,這個時候可見光透射比并不能完全表征通過玻璃透射外界的能力,還需要另外―種光學性能指標-——霧度。霧度是指透過試樣而偏離入射光方向的散射光通量與透射光通量之比,一般僅把偏離入射光方向2.5°以上的散射光通量用于計算霧度 8]。
    1.2熱致調光玻璃常用光學性能試驗方法
    我國建筑玻璃常用的光學性能檢測方法有GB/T 2680——1994《建筑玻璃可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比及有關窗玻璃參數的測定》],GB/T 5137.2——2002《汽車安全玻璃試驗方法第2部分:光學性能試驗》[ 1o]、GB/T 2410—2008《透明塑料透光率和霧度的測定》,其中標準GB/T 5137.2——2002規定:測試時,接收器不接受透過樣品的散射光,不適用于熱致調光玻璃。標準GB/T 2410—2008中測試光源采用A光源,A光源代表鹵素鎢絲燈,即普通白熾燈,常用于模擬家庭或商店燈光,不適合評價在太陽光下使用的熱致調光玻璃。而GB/T 2680——1994中測試光源采用D65光源。D65光源代表北方天空平均日光,是使用最多的日光燈光源,適用于評價建筑玻璃在日光情況下的光線透反射特性。但標準GB/T 2680—1994中并沒有說明霧度的測試方法。JG/T 356——2012《建筑遮陽熱舒適、視覺舒適性能檢測方法》"測試原理和標準GB/T 2680——1994一致,均采用用具有積分球的分光光度計,在太陽光譜區域內測試透過試樣的光通量與透過相同厚度的空氣層的光通量之比,再采用標準太陽輻射相對光譜分布進行加權。因此熱致調光玻璃可以按照JG/T 356—2012《建筑遮陽熱舒適、視覺舒適性能檢測方法》測試直射–半球透射比、直射-散射透射比,然后計算霧度。
    1.3熱致調光玻璃光學性能測試設備
    常用的建筑玻璃光學性能測試設備為雙光束分光光度計,與單光束分光光度計相比,兩束光中的一束光通過測試樣品、另一束通過參考的標準物質,這種方式可以克服光源不穩定,檢測樣品隨時間變化的不利因素,特別適合用于測試熱致調光玻璃。分光光度計,裝配預校準并可自動切換的碘鎢燈與氣燈作為光源,通過光柵后形成標準的 D65光源,測量波長范圍可達190~3 300 nm,包括了紫外,可見、近紅外波段等太陽光光譜波段。同時可以配備大直徑的積分球,可以獲得很高的準確度。通過試樣的各方向的光線進入積分球后,經過內壁白色漫反射的涂層多次反射,在內壁上形成均勻照度,利用高靈敏度光電倍增管作為接收器,這時候接收器測得樣品的直射-半球透射比。積分球正對直射-直射光的內壁板拿走后,直射光線進入黑色的光陷阱中被吸收,得到這時候接收罃測得樣品的直射–散射透射比。
    為保證測試過程中樣品溫度穩定,采用一塊中間有小孔不影響光束透反射的電熱膜作為加熱器,電熱膜與玻璃尺寸一致,緊貼在調光玻璃垂直于入射光線一側,同時在調光玻璃垂直于入射光束的兩側面各貼一個熱電偶,以兩個電熱偶測得的平均溫度作為調光玻璃的測試溫度,根據瀏試溫度與設定溫度的差異,采用PID控制電熱膜的加熱功率,將整個裝置包裝在保溫泡沫板中,以減少環境溫度的影響,實現了對樣品溫度的控制,經過多次對比,溫控誤差為±1 ℃。2熱致調光玻璃測試樣品與實驗方案
    2.1熱致調光玻璃測試樣品
    本次測試采用某企業生產的熱致調光夾層玻璃100 mm x l00 mm 的小樣品,厚度規格型號為6 mm +2 mm +6 mm,表示中間熱致調光層的厚度為2 mm,與兩塊6 mm厚的普通無色透明玻璃組成熱致調光夾層玻璃。其中熱致調光層是由溫敏變色材料、成膜單體.增稠劑.分散劑、交聯劑、氧化劑.還原劑等配備而成的膠片。溫敏變色材料主要為聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物.聚氧乙烯-聚氧丁烯-聚氧乙烯嵌段共聚物和聚氧乙烯-聚氧戊烯-聚氧乙烯嵌段共聚物的一種或兩種混合[”)。根據配備材料的比例不同,熱致調光層的變色臨界溫度也不同。本.
    次試驗采用的兩種在建筑中的最常見的樣品,變色臨界溫度分別在16 C和35 C附近,一種在常溫20 C以上表現為白色霧化狀態,另一種在常溫20 C下表現為無色透明狀態,不妨分別命名為常溫霧化熱致調光夾層玻璃和常溫透明熱致調光夾層玻璃。
    2.2 熱致調光玻璃試驗方案
    按照1.2小節所述的試驗方法以及1.3小節所述的試驗設備,分別檢測這兩種熱致變色玻璃在15 C、20 C、25 C.30 C.35 C、40 C.45 C溫度下
    的光學性能,在沒有特別說明的情況下,透射比測試均為直射-半球透射比。測試的參數主要包括紫外線透射比.可見光透射比去,可見光直射-散射透射比r,山田、可見光直射-直射透射比,a山、太陽光直接透射比τ可見光反射比p,、太陽光直接反射比p.、太陽光吸收比a。、遮陽系數sc和霧度H。其中可見光透射比t等于可見光直射-散射透射比τ,與可見光直射-直射透射比τ,山山之和。3熱致調光玻璃測試結果3.1 常溫霧化熱致調光夾層玻璃的光學性能圖1為常溫霧化熱致調光夾層玻璃在25 C環境溫度”下的光譜透射比情況??梢钥闯?,熱致調光夾層玻璃對不同波長的光是選擇性透過的。波長為320~1420nm可見光和一部分近紅外光透射比比較高;波長為1 500~1 880 nm的光透射比低,不超過10%;波長為1 880-~2 500 nm的光幾乎不會透過??梢姽馔ㄟ^常溫霧化熱致調光夾層玻璃的主要為散射光線,直射光線只占一小部分,經過計算,可見光總透射比為57. 6% ,而可見光直射-散射透射比達55.2%,霧度為92. 1%,因此,可見光通過熱致調光玻璃以霧化散射方式透人,,犧牲了窗口的通透感,但避免了窗口的眩光現象,也保護了室內的隱私,可應用在需要遮陽防熱.的位置。
    圖2為常溫霧化熱致調光夾層玻璃在不同溫度下的光譜透射比??梢钥闯?在不同溫度下,熱致調光夾層玻璃對不同波長的光選擇性透過都是一致的。除15 C .20 C透射比曲線趨于重合外,隨著環境溫度的升高,這種玻璃的光譜透射比逐步降低。當溫度超過35C時,其光譜透射比比較穩定,透射比隨著溫度的變化不明顯,此時基本上達到了樣品霧化狀態的極限。









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