1、节能玻璃的物理特性测量及应用,周菁华, 刘芸, 陈骏逸,马世红,李天群 2008年10月,实验背景,热点：节能环保建筑节能是缓解我国能源紧缺矛盾,减轻环境污染,改善人民生活工作条件,促进经济可持续发展的一项最直接的措施。采用基础物理教学实验仪器，结合节能专题，测量环保节能产品的特性，以便更好理解其节能效率机理。,实验原理,玻璃窗的主要功能为透光通风，同时要求具有良好的保温隔热效果。玻璃的透光性能主要通过透射系数（即透射率）来反映，透射系数即在一定入射光强下，透射光强占入射光强的百分比。 其中 为入射至待测样品的光功率， 为从待测样品透射出来的光功率。,实验原理,玻璃的保温绝热性能主要通过导热率
2、 （又称导热系数）来体现，导热率是当单位长度的温度梯度为1度时，在单位时间内通过物体单位面积所传递的热量。 由于样品的侧面积相比上下表面积小很多，可以认为热量只沿着上下方向垂直传递，横向由侧面散去的热量可以忽略不计，即可以认为，样品内只有在垂直样品平面的方向上有温度梯度，在同一平面内，各处的温度相同.,实验原理,设稳态时，样品的上下平面温度分别为 、 ，根据傅立叶传导方程，在时间内通过样品传递的热量 满足： 为样品的导热率， 为样品的厚度， 为样品的平面面积.,实验原理,当样品上下表面的温度 和 不变时，可以认为加热盘 通过样品传递的热流量与散热盘 向周围环境散热量相等.因此可以通过散热盘在稳
3、定温度时的散热速率来求出热流量 为散热盘的质量， 为其比热容.,实验原理,在达到稳态的过程中，盘的上表面并未暴露在空气中，而物体的冷却速率与它的散热表面积成正比，为此，稳态时铜盘的散热速率的表达式应作面积修正 为散热盘 的半径, 为其厚度,实验原理,得样品的导热率 在工业中为了表示物体热传导性能，又定义传热系数K = / , h为样品厚度，它表示在单位时间内，单位面积、在温差为 - 时，通过平板状物体的热量,实验仪器,样品 单层普通玻璃（厚度3mm）和温屏玻璃 温屏玻璃是一种中空低辐射镀膜玻璃，它具有极好的隔热、隔音、无霜露三重性能，比普通单片玻璃节能,实验仪器,透射系数测定装置 由光功率计A
4、，接收器B，截止片C，挡光圈D（内径为6.1cm），光源E（功率可调节），光具座F组成。,实验仪器,截止片3种，分别为红外HWB760（对于波长大于760nm的光，透射率在90%，其余波长透射率为0）,可见光GRB3（对于波长310-720nm间的光，透射率大于50%，其余基本为0）, 紫外ZWB1（对于波长250-400nm的光，透射率基本大于50%，其余透射率不超过7%）。,实验仪器,FD-TC-B型导热系数测定仪 由加热器、铜加热盘，待测样品，铜散热盘、支架及调节螺丝、温度传感器以及控温与测温器组成。,实验数据和分析,不同样品玻璃光透射率的比较 以白炽灯作为光源（0100w光功率 ） 普
5、通双层玻璃的透射率约是普通单层玻璃的透射率的平方,实验数据和分析,从实验结果可得到以下几个规律：在小光功率下（0100W），波长由大至小（红外可见紫外）变化时，可见光的透射率最大，红外、紫外光的透射率均明显比可见光小。考虑到红外线的温室效应和紫外线对人类的辐射害处，窗玻璃可以减少红外波和紫外波的透射。对于同种波长，温屏玻璃的透射率略小于单层普通玻璃，明显大于双层普通玻璃。可见温屏玻璃采用了双层镀膜结构后，虽然整个玻璃较厚，但与两块普通玻璃简单叠加相比，显著地提高了透射率。,实验数据和分析,普通双层玻璃虽然能够减少红外波和紫外波的透射，但因白光透射率太小，严重影响室内采光。普通单层玻璃隔热效果差
6、，而温屏玻璃具有隔热和较大透射率的特性。所以从室内采光以及节能两方面综合考虑，温屏玻璃是比较优越的。在玻璃实际使用的情况下（日光作为光源）进行测量，除去以上性质外，发现随光功率增大，在100W - 500W之间，玻璃的透射率也略有增大，随后趋于平坦。其中温屏玻璃的透射率与普通玻璃相近，几乎仅比普通玻璃小8%（绝对值）左右。,实验数据和分析,测量玻璃样品导热率 和传热系数K 采用稳态法，在相同实验条件下（实验条件：室温22.5，加热盘温度设定为 ），分别测量计算各玻璃样品导热率 和传热系数K。,实验数据和分析,两种玻璃导热率和传热系数实验结果,实验数据和分析,从实验结果可得以下结论： 单层玻璃的
7、传热系数 与温屏玻璃的传热系数 ，相差50.85倍，反映玻璃保温能力的指标是K值。K值越小，说明玻璃的保温隔热性能越好，在使用时的节能效果越显著。比如夏季，室外温度很高，温屏玻璃具有良好的隔热性能，使室外热量不容易传到室内，与普通单片玻璃相比大大降低了传热量。,实验数据和分析,温屏玻璃隔热节能的核心技术是可见光透射率高的温屏膜。为了达到不同颜色光玻璃的目的，有的温屏玻璃还在两层玻璃中间充不同的惰性气体。若用两块普通玻璃组成和温屏玻璃同规格的中空玻璃，由于无温屏膜的作用，隔热效果并不能与温屏玻璃相提并论。,实验数据和分析,虽然温屏玻璃整体比较厚，由于其中间是低真空，热量向侧面传递比较少。实验数据也证明导热率的误差小于15%，与样品说明书提供的参数基本吻合。说明实验过程及数据是可靠的。,实验结果与展望,通过温屏玻璃与普通家用玻璃（单、双层）在光学和热学性质方面的对比，证明了温屏玻璃具有极好的透光和隔热保温性能。 基础物理实验与当前国民经济热门课题相联系，在联系实际的研究性实验学习中，提高了学生对知识的综合应用能力和创新意识。,谢 谢,
