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介紹分光光度計(jì)和紅外光譜儀在夏熱冬暖地區(qū)使用的節(jié)能建材光學(xué)性能的檢測(cè)應(yīng)用，重點(diǎn)對(duì)檢測(cè)方法中的光譜圖 原理和計(jì)算規(guī)程進(jìn)行詳盡分析,并進(jìn)一步探討光譜檢測(cè)技術(shù)在未來(lái)新型建材檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

0.引言

在節(jié)能建材光學(xué)性能檢測(cè)工作中，分光光度計(jì)和 紅外光譜儀發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。按照廣東省和深 圳特區(qū)有關(guān)建筑節(jié)能施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范的要求，要對(duì)不 同工程部位所使用的節(jié)能材料的相關(guān)性能進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)復(fù) 驗(yàn)，包括門(mén)窗和幕墻工程中所使用的單層和多層玻璃的 可見(jiàn)光透射比、遮陽(yáng)系數(shù)；節(jié)能改造工程中貼膜玻璃的 紫外線透射比；墻體節(jié)能工程中所使用的熱反射隔熱涂 料的太陽(yáng)反射比和淺色瓷磚面的太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)。通 過(guò)紫外/可見(jiàn)/近紅外分光光度計(jì)和傅立葉紅外光譜儀的聯(lián)合使用，對(duì)全太陽(yáng)光譜透射反射進(jìn)行分析，成為生產(chǎn) 和科研的有力測(cè)試手段。筆者多年來(lái)一直從事建材檢測(cè) 新技術(shù)的研發(fā)工作，對(duì)于分光光度計(jì)和紅外光譜儀在亞 熱帶地區(qū)建筑節(jié)能材料檢測(cè)的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了探討，積 累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

1.儀器介紹

1.1紫外/可見(jiàn)/近紅外分光光度計(jì)

紫外/可見(jiàn)分光光度計(jì)配置雙光束、雙單色器比 率式系統(tǒng)，波長(zhǎng)范圍為175~3 300 nm，波長(zhǎng)精度高 0.08nm。整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)均采用全息刻線光柵，切光系統(tǒng) 為四區(qū)分段的扇形信號(hào)收集的斬波器技術(shù)，黑區(qū)/樣品/黑區(qū)/參比循環(huán)。光源安裝預(yù)校準(zhǔn)并可自動(dòng)切換的碘鎢 燈與氘燈，在整個(gè)紫外/可見(jiàn)區(qū)配備高靈敏度的光電倍增 管。標(biāo)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(duì)干涉后的紅外 光進(jìn)行傅里葉變換的原理而開(kāi)發(fā)的紅外光譜儀，主要 由紅外光源、光闌、干涉儀（分束器、動(dòng)鏡、定鏡）、樣 品室、檢測(cè)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(shù)范圍為7 800-350 cm-1，波數(shù)精 度優(yōu)于0.01 cm-1。干涉儀從根本上消除了標(biāo)準(zhǔn)干涉儀無(wú) 法避免的動(dòng)鏡傾斜和切變的影響，無(wú)動(dòng)態(tài)錯(cuò)誤、無(wú)需校 正。標(biāo)配標(biāo)準(zhǔn)反射鏡片作為參比標(biāo)準(zhǔn)。

2.節(jié)能建材光學(xué)檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1低轄射鍍膜玻璃

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(jiàn)光透過(guò)率，在保證充足陽(yáng)光透射到室 內(nèi)的同時(shí)，降低建筑能耗，提高熱舒適性。在夏熱冬暖 地區(qū)的節(jié)能工程驗(yàn)收時(shí)需對(duì)可見(jiàn)光透射比和遮陽(yáng)系數(shù) 進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)復(fù)驗(yàn)。

2.1.1可見(jiàn)光透射比和遮陽(yáng)系數(shù)的測(cè)試步驟（見(jiàn)圖1) 

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(yáng)光近紅外波長(zhǎng)進(jìn)入室內(nèi)，降升溫影響，在遠(yuǎn)紅外波段反射率增加，輻射率減 低，降低進(jìn)入室內(nèi)的熱量，同時(shí)低輻射鍍膜玻璃具有較 低的可見(jiàn)光反射，保證室內(nèi)的采光要求。

結(jié)果計(jì)算

1)可見(jiàn)光透射比如式（1)所示。

式中：D為D65標(biāo)準(zhǔn)光源的相對(duì)光譜功率分布；rU)為 玻璃透射比的光譜數(shù)據(jù)；KU)為人眼的視見(jiàn)函數(shù)。

2)遮陽(yáng)系數(shù)SCcg如式（2)所示式中：g為玻璃的太陽(yáng)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(yáng)熱反射比 和半球發(fā)射率，可以達(dá)到明顯隔熱效果的涂料。與普通 涂料相比，當(dāng)采用反射隔熱涂料時(shí)，增加了墻體的隔熱 保溫性能，該增加的隔熱保溫性能依據(jù)其節(jié)能效果折算 為反射隔熱涂料等效涂料熱阻，作為計(jì)算屋頂和外墻總 熱阻的當(dāng)量熱阻附加值。

2.2.1檢驗(yàn)方法

測(cè)試條件。試驗(yàn)室環(huán)境應(yīng)清潔、整齊，無(wú)腐蝕性 氣體，無(wú)強(qiáng)磁場(chǎng)和電磁波干擾；溫度為15~25 V，相對(duì) 濕度一般為20 %~60 %，氣壓為試驗(yàn)室氣壓。

試件制備[21。將涂料在容器中充分?jǐn)嚢杌旌暇?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 fim，要求涂層平 整，無(wú)氣泡、裂紋等缺陷。涂布兩道的時(shí)間間隔水性產(chǎn) 品為6 h，溶劑性產(chǎn)品為24 h，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為168 h，終的 試件尺寸為40 mmX40 mm。

試驗(yàn)步驟。①測(cè)試前準(zhǔn)備：接通設(shè)備電源，預(yù)熱 約20 min；把標(biāo)準(zhǔn)白板安裝在積分球試件孔處。②測(cè) 試：確認(rèn)儀器處于正常狀態(tài)；設(shè)定儀器工作參數(shù)，在儀器 規(guī)定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行基線掃描；將試件安裝在積分球 試樣孔處；在同波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)白板的試樣 光譜反射比掃描，得出試件相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)白板的光譜反射 比曲線。

2.2.2反射隔熱涂料反射典型光譜圖（見(jiàn)圖5)

圖5是試驗(yàn)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(jiàn)涂料能對(duì)400 ~ 2 500 nm范圍的太 陽(yáng)紅外線和紫外線進(jìn)行高反射，不讓太陽(yáng)的熱量在物體表 面進(jìn)行累積升溫，又能自動(dòng)進(jìn)行熱量輻射散熱降溫。

試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算

應(yīng)用儀器的數(shù)據(jù)處理功能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和修 正，得到反射比的值，如式（3)所示。

式中：為試件的太陽(yáng)反射比，至0.01;凡,.為波長(zhǎng) 為1時(shí)試件的光譜反射比；Es (X,)為在波長(zhǎng)1處太陽(yáng)輻 射照度的光譜密集度，W/m2 • nm； AX,為波長(zhǎng)間隔A人•= (XM-X,_)) /2，nm； n為波長(zhǎng) 200 ~2 600 nm 范圍內(nèi)測(cè)試 點(diǎn)數(shù)目，一般應(yīng)不少于50點(diǎn)。

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(qū) 居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，墻體、屋面外表面的太陽(yáng)輻射 吸收系數(shù)的低限值應(yīng)取0.7。當(dāng)建筑屋頂和外墻采用 反射隔熱飾面（p<0.6)時(shí)，其計(jì)算用的太陽(yáng)輻射吸收系 數(shù)應(yīng)取修正值，且不得重復(fù)計(jì)算其當(dāng)量附加熱阻。

2.3.1 檢驗(yàn)方法

本方法是一種光譜反射比的測(cè)試法。任取1塊 試樣，利用瓷磚切割機(jī)將外墻面磚切割成100 mmX 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(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)白板的試樣光譜反射比 掃描，得出試件相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)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(jiàn)圖6)

由圖6可知淺色面瓷磚同樣具有較高的太陽(yáng)反射 比，因而得出較低的太陽(yáng)吸收比，符合圍護(hù)結(jié)構(gòu)飾面的節(jié)能設(shè)計(jì)要求。

試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算

應(yīng)用儀器的數(shù)據(jù)處理功能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和修 正，得到反射比的值。按公式（4)計(jì)算試件太陽(yáng)反

射比。

^ pi,Es(Ai)AA!

P' = ^ (4)

兒)A 兒.

/=1

式中：Ps為試件的太陽(yáng)反射比；pu為波長(zhǎng)為時(shí)試件的 光譜反射比；EsU)為在波長(zhǎng)人處太陽(yáng)輻射照度的光譜 密集度，W/m2 • nm；隊(duì)為波長(zhǎng)間隔H) /2， nm； n為波長(zhǎng)200~2 600 nm范圍內(nèi)測(cè)試點(diǎn)數(shù)目，一般 應(yīng)不少于50點(diǎn)。

外墻磚為不透明試件，太陽(yáng)吸收比按公式（5) 計(jì)算。

as=1-Ps (5)

式中：as為試件的太陽(yáng)吸收比，至0.01。

3.結(jié)論

對(duì)分光光度計(jì)測(cè)得可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍和紅外光譜儀

測(cè)得遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)范圍的光譜圖聯(lián)立分析，通過(guò)定積分計(jì) 算測(cè)定全太陽(yáng)光譜范圍內(nèi)的可見(jiàn)光透射比、太陽(yáng)光直接 透射比、太陽(yáng)能總透射比、紫外線透射比以及有關(guān)光學(xué) 參數(shù)，這一光譜測(cè)試技術(shù)規(guī)程在冬暖夏熱地區(qū)節(jié)能型建 筑材料工程驗(yàn)收檢驗(yàn)中發(fā)揮著重要作用。

分光光度計(jì)及紅外光譜儀除了應(yīng)用在節(jié)能建材的 光學(xué)檢測(cè)外，在建材領(lǐng)域的化學(xué)分析、測(cè)色方面也有新 的應(yīng)用項(xiàng)目，例如室內(nèi)裝修材料中有害物質(zhì)含量的檢 測(cè)、陶瓷色差分析等，相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和對(duì)儀 器檢測(cè)技術(shù)的不斷探索，分光光度計(jì)及紅外光譜儀在建 筑材料檢測(cè)方面的用途會(huì)更加廣泛。