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分光光度計及紅外光譜儀在夏熱冬暖地區 節能建材光學性能檢測中的應用
發布時間:2018-11-14 點擊次數:328次

介紹分光光度計和紅外光譜儀在夏熱冬暖地區使用的節能建材光學性能的檢測應用,重點對檢測方法中的光譜圖 原理和計算規程進行詳盡分析,并進一步探討光譜檢測技術在未來新型建材檢測領域的應用。

引 言

在節能建材光學性能檢測工作中,分光光度計和 紅外光譜儀發揮越來越重要的作用。按照廣東省和深 圳特區有關建筑節能施工質量驗收規范的要求,要對不 同工程部位所使用的節能材料的相關性能進行進場復 驗,包括門窗和幕墻工程中所使用的單層和多層玻璃的 可見光透射比、遮陽系數;節能改造工程中貼膜玻璃的 紫外線透射比;墻體節能工程中所使用的熱反射隔熱涂 料的太陽反射比和淺色瓷磚面的太陽輻射吸收系數。通 過紫外/可見/近紅外分光光度計和傅立葉紅外光譜儀的聯合使用,對全太陽光譜透射反射進行分析,成為生產 和科研的有力測試手段。筆者多年來一直從事建材檢測 新技術的研發工作,對于分光光度計和紅外光譜儀在亞 熱帶地區建筑節能材料檢測的應用技術進行了探討,積 累了寶貴的經驗。

1 儀器介紹

1.1 紫外/可見/近紅外分光光度計 紫外/可見分光光度計配置雙光束、雙單色器比 率式系統,波長范圍為 175~3 300 nm,波長精度最高 0.08 nm。整個光學系統均采用全息刻線光柵,切光系統 為四區分段的扇形信號收集的斬波器技術,黑區/樣品/黑區/參比循環。光源安裝預校準并可自動切換的碘鎢 燈與氘燈,在整個紫外/可見區配備高靈敏度的光電倍增 管。標配 150 mm 積分球及成品玻璃樣片。 1.2 傅立葉紅外光譜儀 傅里葉變換紅外光譜儀與色散型紅外分光的原理 不同,傅里葉變換紅外光譜儀是基于對干涉后的紅外 光進行傅里葉變換的原理而開發的紅外光譜儀,主要 由紅外光源、光闌、干涉儀(分束器、動鏡、定鏡)、樣 品室、檢測器以及各種紅外反射鏡、激光器、控制電路 板和電源組成。波數范圍為 7 800~350 cm-1 ,波數精 度優于 0.01 cm-1 。干涉儀從根本上消除了標準干涉儀無 法避免的動鏡傾斜和切變的影響,無動態錯誤、無需校 正。標配標準反射鏡片作為參比標準。 2 節能建材光學檢測中的應用

2.1 低輻射鍍膜玻璃 低輻射鍍膜玻璃(“Low-E”玻璃)具有較高的近 紅外反射率和可見光透過率,在保證充足陽光透射到室 內的同時,降低建筑能耗,提高熱舒適性。在夏熱冬暖 地區的節能工程驗收時需對可見光透射比和遮陽系數 進行進場復驗。

真人百家家乐2.1.2 低輻射鍍膜玻璃典型光譜組圖 分析圖 2~4 可知,低輻射鍍膜玻璃在近紅外波段 反射率增加,有效阻擋太陽光近紅外波長進入室內,降 低其升溫影響,在遠紅外波段反射率增加,輻射率減 低,降低進入室內的熱量,同時低輻射鍍膜玻璃具有較 低的可見光反射,保證室內的采光要求。

式中:Dλ為 D65 標準光源的相對光譜功率分布;τ(λ)為 玻璃透射比的光譜數據;V(λ)為人眼的視見函數。 2)遮陽系數SCcg如式(2)所示[1]: SCcg= g 0.87 (2) 式中:g 為玻璃的太陽光總透射比。 2.2 建筑用反射隔熱涂料 建筑用反射隔熱涂料是指具有較高太陽熱反射比 和半球發射率,可以達到明顯隔熱效果的涂料。與普通 涂料相比,當采用反射隔熱涂料時,增加了墻體的隔熱 保溫性能,該增加的隔熱保溫性能依據其節能效果折算 為反射隔熱涂料等效涂料熱阻,作為計算屋頂和外墻總 熱阻的當量熱阻附加值。

真人百家家乐2.2.1 檢驗方法 1)測試條件。試驗室環境應清潔、整齊,無腐蝕性 氣體,無強磁場和電磁波干擾;溫度為 15~25 ℃,相對 濕度一般為 20 %~60 %,氣壓為試驗室氣壓。 2)試件制備[2]。將涂料在容器中充分攪拌混合均 勻,用線棒涂布器或刮板分兩道涂覆在 1 mm 厚的鋁合 金板表面,涂層干膜厚度為 200~300 μm,要求涂層平 整,無氣泡、裂紋等缺陷。涂布兩道的時間間隔水性產 品為 6 h,溶劑性產品為 24 h,養護時間為 168 h,最終的 試件尺寸為 40 mm×40 mm。 3)試驗步驟。①測試前準備:接通設備電源,預熱 約 20 min;把標準白板安裝在積分球試件孔處。②測 試:確認儀器處于正常狀態;設定儀器工作參數,在儀器 規定的波長范圍內進行基線掃描;將試件安裝在積分球 試樣孔處;在同波長范圍內進行相對于標準白板的試樣 光譜反射比掃描,得出試件相對于標準白板的光譜反射 比曲線。

圖 5 是試驗室任選一種薄層隔熱反射涂料的反射 光譜圖。由光譜曲線可見涂料能對 400~2 500 nm 范圍的太 陽紅外線和紫外線進行高反射,不讓太陽的熱量在物體表 面進行累積升溫,又能自動進行熱量輻射散熱降溫。 2.2.3 試驗結果計算 應用儀器的數據處理功能對數據進行處理和修 正,得到反射比的值,如式(3)所示。 (3) 式中:ρs為 試件的太陽反射比,至0.01;ρλi 為 波長 為λi時試件的光譜反射比;Es(λi )為在波長λi處太陽輻 射照度的光譜密集度,W/m2 • nm;Δλi為波長間隔Δλi = (λi+1-λi-1 )/2,nm;n 為 波長 200~2 600 nm 范圍內測試 點數目,一般應不少于 50 點。 2.3 建筑外表面材料 建筑外表面材料主要指淺色外表面光滑飾面,例 如瓷磚、聚碳酸酯(PC)中空板等。參照夏熱冬暖地區 居住建筑節能設計標準,墻體、屋面外表面的太陽輻射 吸收系數的最低限值應取 0.7。當建筑屋頂和外墻采用 反射隔熱飾面(ρ<0.6)時,其計算用的太陽輻射吸收系 數應取修正值,且不得重復計算其當量附加熱阻。

2.3.1 檢驗方法[3] 本方法是一種光譜反射比的測試法。任取 1 塊 試樣,利用瓷磚切割機將外墻面磚切割成 100 mm× 100 mm 的正方形試件。將試件安裝在積分球試樣孔處, 在同波長范圍內進行相對于標準白板的試樣光譜反射比 掃描,得出試件相對于標準白板的光譜反射比曲線。 2.3.2 淺色面瓷磚反射典型光譜圖(見圖 6) 由圖 6 可知淺色面瓷磚同樣具有較高的太陽反射 比,因而得出較低的太陽吸收比,符合圍護結構飾面的節能設計要求。

2.3.3 試驗結果計算 應用儀器的數據處理功能對數據進行處理和修 正,得到反射比的值。按公式(4)計算試件太陽反 射比。 (4) 式中:ρs 為試件的太陽反射比;ρλi 為波長為λi 時試件的 光譜反射比;Es(λi )為在波長λi處太陽輻射照度的光譜 密集度,W/m2 • nm;Δλi為波長間隔Δλi=(λi+1-λi-1 )/2, nm;n 為 波長 200~2 600 nm 范圍內測試點數目,一般 應不少于 50 點。 外墻磚為不透明試件,太陽吸收比按公式(5) 計算。 αs=1-ρs (5) 式中:αs 為試件的太陽吸收比,至 0.01。 

3 結 論 對分光光度計測得可見光波長范圍和紅外光譜儀 測得遠紅外波長范圍的光譜圖聯立分析,通過定積分計 算測定全太陽光譜范圍內的可見光透射比、太陽光直接 透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比以及有關光學 參數,這一光譜測試技術規程在冬暖夏熱地區節能型建 筑材料工程驗收檢驗中發揮著重要作用。 分光光度計及紅外光譜儀除了應用在節能建材的 光學檢測外,在建材領域的化學分析、測色方面也有新 的應用項目,例如室內裝修材料中有害物質含量的檢 測、陶瓷色差分析等,相信隨著科學技術的進步和對儀 器檢測技術的不斷探索,分光光度計及紅外光譜儀在建 筑材料檢測方面的用途會更加廣泛。


 

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