建筑玻璃标准GB/T 2680的修订分析

2022-11-26顾淑清顾晓东

城市建筑空间 2022年1期

顾淑清，顾晓东

（南通市建筑工程质量检测中心，江苏南通 226011）

1 与理解标准有关的概念

1.1 太阳光

标准中的太阳光是指近紫外线、可见光和近红外线组成的辐射光，波长范围为300～2 500nm。可见光经折射后，按波长由大到小，依次呈红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7色，集中起来为白光，波长范围为380～780nm；不可见光又分为近紫外线、近红外线2种，位于红光之外区的叫红外线，波长为0.78～1 000μm，通常分为近红外、中红外和远红外[1]，太阳光谱中近红外光的波长范围为780～2 500nm。位于紫光之外区的叫紫外线，分为近紫外、远紫外和极远紫外，太阳光谱中近紫外线的波长范围为300～380nm。在太阳光辐射总能量中，可见光区约占50%，红外区约占43%，紫外区约占7%。

1.2 辐射通量、光通量

辐射通量又称辐射功率[2]，是单位时间内发射、传输或接收的辐射能，单位是瓦特（W）；光通量是能够被人的视觉系统所感受到的光辐射功率的大小，单位为流明（lm）。

可见光可用辐射量和光学量度量，将可见光作为纯物理现象来研究时，应采用辐射量量值系统；而研究与人的视觉有关的问题时，采用光学量量值系统更方便[3]。

就实质而言，人眼就是一种可见光探测器，其输入为用辐射量度量的可见光辐射，而输出为用光学量表示的光感受。所以光学量和辐射量间的关系决定于人的视觉特性。试验表明，具有相同辐射量而波长不同的可见光分别作用于人眼，人所感受的明亮程度将有所不同，这表明人的视觉对不同波长光有不同的灵敏度。

1.3 视觉光谱光效率函数

人对不同波长光响应的灵敏度是波长的函数，称之为光谱光效率函数。国际照明委员会（CIE）根据多组测试试验结果，分别于1924年和1951年确定并正式推荐2种光谱光效率函数：明视觉光谱光效率函数V（λ）和暗视觉光谱光效率函数V’（λ）。

1.4 CIE D65的标准照明条件

光是呈色的物理基础，光源照明是呈色不可缺少的条件。同一色样在不同光源照明下，可能呈现不同的颜色。为统一颜色测量，除建立标准色度学系统外，还应对色度用照明光源进行统一规定。照明体是一种具有确定光谱功率分布的照明光，光源则是实在的物理辐射体。CIE所以规定标准照明体，是因为测色照明的关键是照明光的光谱功率分布，并很少改变，而光源会随着技术进步不断更新。

CIE 推荐的 5种标准照明体为 A、B、C、D、D65。标准照明体D65具有相关色温为6 504K典型日光的光谱功率分布，有更接近日光的紫外光谱成分，能更好地代表日光。D65是CIE推荐优先使用的标准照明体。

1.5 大气质量

太阳光穿过大气层到达地球表面，受到大气中各种成分的吸收及尘埃和悬浮物的散射，辐照量衰减，通常将大气对地球表面接收太阳光的影响程度定义为大气质量（Air Mass），用AM表示。大气质量是太阳光线穿过地球大气的路径与太阳光线垂直照射到地球表面时穿过大气路径之比，是一个无量纲量。设太阳光入射光线与地面法线间的夹角为θ时，大气质量AM=1/cosθ。当太阳光垂直照射到地球表面时，太阳光入射光线与地面法线间的夹角为0，大气质量AM=1.0；当θ=48.2°时，大气质量AM＝1.5；当θ=60.0°时，大气质量AM=2.0。规定当太阳光在大气层外垂直辐照时，大气质量AM为0。

2 GB/T 2680—2021与1994年版对比

2.1 发生增减的内容

1）增加内容增加“目次”“前言”“规范性引用文件”“术语和定义”“附录”等章节；室内侧可见光反射比的测定方法；在可见光透射比的测定条款，增加了计算多于三层窗玻璃组件的光谱特性的方法步骤；光热比的定义和计算式；太阳红外热能总透射比的测定方法；附录A增加了玻璃组件的热阻计算方法。

2）删减内容删除了测定条件对标样的要求及紫外线反射比的测定方法。

2.2 发生较大修改内容

2.2.1 检测仪器

1）GB/T 2680—1994所需检测仪器概括描述为分光光度计，对分光光度计的波长范围、波长准确度、光度测量准确度、谱带半宽度、波长间隔按紫外区、可见区、近红外区、远红外区、太阳光区分别做了具体要求。GB/T 2680—2021对检测使用的仪器进行明确，需配备分光光度计、傅立叶红外光谱仪，要求测量波长范围、波长间隔满足各自测定参数的要求，同时准确度应满足在±1%内。

2）GB/T 2680—2021在测定使用仪器方面明确傅立叶红外光谱仪，可避免部分初学人员对检测仪器配备的误解。因为准确检测从近紫外区到远红外区的太阳光光谱特性，需覆盖280～50 000nm的波长范围，在满足准确度要求的前提下，无论是过去还是现在，市场上尚无如此功能的分光光度计；另一方面，对仪器的参数要求进行简化，着重提到满足检测参数的波长和波长间隔及相应的检测准确度范围，这样的要求更便于检测人实际操作。

2.2.2 可见光透射（反射）比的测定

1）“表1”内容的修改 GB/T 2680—1994的“表1”第 1行第 2列为DλV（λ）Δλ；当λ为 510，590，610nm 时，DλV（λ）Δλ值分别是 6.1393，8.3306，4.849 1。

GB/T 2680—2021的“表1”将第1行第2列修改为DλV（λ）Δλ×102；当λ为 510，590，610nm 时，DλV（λ）Δλ×102值修改为 5.139 3，6.330 6，4.249 1；所有光谱特性检测值均取消了用“%”表示。

2）符号“V（λ）”的名称修改 GB/T 2680—1994符号V（λ）的名称为“明视觉光谱光视效率”，而GB/T 2680—2021将符号的名称修改为“CIE标准视见函数”。

2.2.3 太阳光直接透射（反射）比的测定

1）GB/T 2680—1994为测定太阳光直接透射（反射）比提供2张用表，波长范围均为350～1 800nm。“表2”的表头为“大气质量为1时，太阳光球辐射相对光谱分布Sλ和波长间隔Δλ相乘（CIE1972年公布）”，有18个波长值，波长间隔无统一规律。Sλ·Δλ值之和为 0.957，标准显示值为“0.954”；“表 3”表头为“P·Moon大气质量为2时，太阳光直接辐射相对光谱分布Sλ乘以波长间隔Δλ”，有30个波长值，波长间隔为50nm，Sλ·Δλ值之和为0.987 9，标准显示值为“0.975 6”。

2）GB/T 2680—2021测定太阳光直接透射（反射）比提供“表2”一张表，表头为“大气质量为1.5时，太阳光辐射相对光谱分布与波长间隔的乘积”。波长范围修改为300～2 500nm，共有85个波长值；在波长 300～400nm的波长间隔为 5nm，400～800nm的波长间隔为10nm，800～2 500nm的波长间隔为 50nm；Sλ·Δλ值之和为 1。

2.2.4 向室内侧的二次热传递系数的测定

1）GB/T 2680—1994在第3.8.2条和第3.8.3条双层、三层玻璃组件向室内侧的二次热传递系数计算式中涉及两片玻璃之间的热导，采用符号“G”表示，以式“G=1/R，R为热阻”作了简单介绍。

2）GB/T 2680—2021在第5.8.4和第5.8.5条涉及两片玻璃之间的热导，以符号“Λ”表示，推荐使用ISO 10292规定的方法计算。我们认为两片玻璃之间的热导Λ也可采用GB/T 22476—2008《中空玻璃稳态U值（传热系数）的计算及测定》第5条中计算ht的方法。

2.2.5 遮阳系数测定

GB/T 2680—1994的参数名称为“遮蔽系数”；计算式中3mm厚的普通透明平板玻璃的太阳能总透射比的理论值取88.9%。GB/T 2680—2021的参数名称修改为“遮阳系数”，该名称与多本现行国家标准一致；3mm厚无色透明玻璃的太阳能总透射比的理论值修改为0.87。

2.2.6 紫外线透射比的测定

Uλ·Δλ数据表的值有修改。GB/T 2680—1994的“表6”有17个波长值，波长范围为297.5～377.5nm，Δλ=5nm；计算式（31）波长范围为 280～380nm。GB/T 2680—2021的“表3”有17个波长值，将波长范围修改为300～380nm，Δλ=5nm；将Uλ·Δλ值修改为标准的紫外线辐射相对光谱分布乘以波长间隔，数值均有修改；计算式（26）波长范围与“表3”保持一致。

2.2.7 辐射率测定

1）垂直反射比测定方法的变化 GB/T 2680—1994中试件的辐射反射率ρh的测定，计算式（24）为以“表5”给定的42个波长的293K热辐射相对光谱分布Gλ值与其对应波长实测热辐射光谱反射率的乘积之和；“表5”的波长范围4.5～25.0μm，波长间隔为0.5μm。

GB/T 2680—2021中试件283K温度下的常规反射比Rn的测定，计算式（27）为以“表4”给定的30个波长的光谱反射比的平均值；“表4”波长范围5.5～50.0μm，波长间隔无规律；检测光谱反射比的仪器为傅立叶红外光谱仪，检测环境温度应在253～313K范围内。

2）系数变化 GB/T 2680—1994测出ρh后用式（23）计算得垂直辐射率αh，再乘以相应玻璃表面系数得试件的半球辐射值εi。标准中给了3类玻璃的表面系数。

GB/T 2680—2021测出 Rn后用式（28）计算得283K下的垂直辐射率εn，再依据εn值对照“表5”可查得相对应的系数，二者相乘可得到校正辐射率ε。关于校正辐射率的测定，本标准中描述的测定方法与GB/T 22476—2008附录A中的方法基本一致。

2.3 对排版错误的审核有遗漏

1）GB/T 2680—2021第5.6条规定，太阳光直接吸收比αe采用式（11）计算。因为式（11）为αe=qi+qo，其中qo标准全文未给求解方法，是一个未知量，故无法由式（11）求得αe的值；查阅 GB/T 2680—1994第3.6.1条，可知太阳光直接吸收比αe的计算式应将式（11）更正为式（10）。

2）GB/T 2680—2021第5.1.4条倒数第二行，符号ρ'2（λ）表示“光由室外侧射向室内侧”应改为“光由室内侧射向室外侧”；附录A的第A.3.2条中存在类似审核遗漏，符号hc，in，hr，in应分别为室内对流换热系数和室内表面辐射换热系数。

3 标准内容梳理

3.1 测定参数的实际应用

在建筑设计中，建筑玻璃的设计指标主要有可见光透射比、可见光反射比、遮阳系数、传热系数、紫外线透射比，这些指标值分别与可见区、太阳光区、近红外区、近紫外区的测定参数有关。

3.1.1 与可见区有关的参数

可见区的测定参数有可见光透射比、可见光反射比，用分光光度计分别测出“表1”所列波长的光谱透射比、光谱反射比，通过计算式即可分别计算出可见光透射比、可见光反射比的值。

可见光透射比是室内采光性能、保证室内光舒适度的控制性设计指标。玻璃组件如有较好的可见光透射比，会使室内获得较高的光亮舒适度，减少人工照明的使用，达到降低建筑能耗的目标。

室外侧可见光反射比主要是防止玻璃组件较大的反射光对室外环境产生光污染，尤其是主要道路附近的建筑玻璃，设计文件均会依据规范对玻璃室外侧的反射比最大值作出限制。如GB/T 18091—2015《玻璃幕墙光热性能》第4.3条“玻璃幕墙应采用反射比不大于0.30的幕墙玻璃”、第4.5条“在T形路口正对直线路段处设置玻璃幕墙，应采用可见光反射比不大于0.16的玻璃。”

室内侧可见光反射比的高低对房间亮度有影响，房间内表面反射比高，可明显提高室内亮度值。GB 50033—2013《建筑采光设计标准》第5.0.4条对办公、图书馆、学校等建筑室内各表面的反射比有相应规定，如墙体内表面的反射比宜符合0.3～0.8的要求。玻璃组件室内侧面一般为房间的垂直侧面。

3.1.2 与太阳光区有关的参数

与太阳光区相关的物理量是遮阳系数，遮阳系数是反映玻璃组件隔热性能的技术指标，故建筑设计时会根据不同建筑的节能要求提出合适的设计值。

遮阳系数的测定，首先要用分光光度计分别测出“表2”所列波长的太阳光光谱透射（反射）比值，然后按标准规定的计算式分别计算出试件的太阳光直接透射（反射）比，再进一步按计算式计算太阳光直接吸收比和向室内侧的二次热传系数。将太阳光直接透射比与向室内侧的二次热传系数相加则求出太阳能总透射比，再除以常数0.87就得到遮阳系数。

3.1.3 与近红外区有关的参数

与近红外区测定参数有关的物理量是玻璃组件的传热系数（或热阻），传热系数（或热阻）的计算过程需进行玻璃表面校正辐射率的测定；标准中多层玻璃组件向室内侧的二次热传系数计算式中，需代入两片玻璃间的热导值，若采用计算法，也需测定两片玻璃的表面校正辐射率。

校正辐射率的测定，需先用傅立叶红外光谱仪按“表4”所列30个波长，检测试件的光谱反射比，再计算这30个光谱反射比的平均值，得常规反射比；常规反射比乘以由“表5”查得的系数值即为校正辐射率。

3.1.4 与紫外区有关的参数

紫外区的测定参数为紫外线透射比，由于太阳光中的紫外线对皮肤和家具油漆表面等有损坏，所以在设计大面积窗户或采光顶时，常对该指标提出限制值。

3.2 测定参数的归类

3.2.1 由仪器测定的基础参数

1）由分光光度计测定的参数：可见光透射比、太阳光直接透射比、紫外线透射比、780～2 500nm波长范围太阳光直接透射比；可见光反射比、太阳光直接反射比、780～2 500nm波长范围太阳光直接反射比。

2）由傅立叶红外光谱仪测定的参数：283K温度下的垂直反射比。

3.2.2 由基础参数经再计算得出结果的参数

这些经再计算的参数基本是与太阳光区相关的参数。太阳光直接吸收比由基础参数太阳光直接透射比、太阳光直接反射比按式简单计算可得；计算多层玻璃组件的各层玻璃的太阳光直接吸收比，需用到由分光光度计测出的各片玻璃的光谱透射比和光由室外侧射向室内侧及光由室内侧射向室外侧的光谱反射比、光谱吸收比（计算），后按计算式计算即可。有了各片玻璃的太阳光直接吸收比和两片玻璃间的热导（可用标准规定的测量法或推荐的计算法），可按式计算玻璃组件向室内侧的二次热传系数。已测定了玻璃组件的太阳光直接透射比和已计算出的向室内侧的二次热传系数，即可计算太阳能总透射比。太阳能总透射比除以0.87即为玻璃组件的遮阳系数。太阳红外热能总透射比的测定，方法同太阳能总透射比，仅波长范围不同。光热比、校正辐射率的计算相对简单。

3.3 参数测定及数据计算

1）基础参数的检测需手工操作的步骤较少且相对简单，关键是要将仪器调节到满足检测条件的测试状态。

2）检测可见光透射比、太阳光直接透射比、紫外线透射比、780～2 500nm波长范围太阳光直接透射比的光谱特性可在分光光度计内一次检测完成。结合“表 1”“表2”“表 3”，可将分光光度计检测波长设为300～2 500nm，波长间隔设为5nm，仪器检测模式设置为透射比检测。然后将已做过清洁处理的玻璃组件的各片玻璃试样按由外向内的顺序，依次放入仪器检测仓进行光谱特性检测，每次测试完成仪器均会自动记录光谱特性数据。同样的操作可进行反射比的检测，不同之处是除检测每片玻璃外侧面在光由室外侧射向室内侧的光谱反射比，还需检测每片玻璃内侧面在光由室内侧射向室外侧在时的光谱反射比，这过程一定要记录清楚各组数据对应的是第几片玻璃的哪个侧面。

3）检测中产生大量的原始数据，计算量大且相当复杂，需借助Excel强大的运算功能才能完成。