纳米SiO2气凝胶玻璃系统光热特性对比实验研究

摘要

纳米SiO2气凝胶是一种新型透光隔热材料，建筑窗户采用气凝胶玻璃具有节能潜力。由于气凝胶光学特性参数—消光系数难以测定，目前难以理论分析气凝胶玻璃在实际气候条件下采光效果和节能潜力。因此需要通过实验研究来评价气凝胶玻璃的采光效果与节能潜力。本研究在实际气候条件下搭建气凝胶玻璃-中空玻璃对比实验平台，对比测试两者在相同气候条件下辐射、照度、温度等参数,在长沙夏季晴天、阴天、多云及雨天四种天气状况下，对比研究了气凝胶玻璃与中空玻璃的光热性能。
　　通过测量气凝胶玻璃和中空玻璃室内外的太阳总辐射和散射辐射，对比研究发现，相比中空玻璃，透过气凝胶玻璃进入室内的太阳总辐射减少45％，且气凝胶玻璃室内基本全为散射辐射。说明相比中空玻璃，气凝胶玻璃对太阳辐射的透过率大大降低，即能大大减少室内太阳辐射得热量。还说明气凝胶对太阳辐射具有散射作用，使得太阳辐射透过气凝胶玻璃进入室内后几乎全为散射辐射。
　　通过测量室内外的光照强度，比较晴天和阴天时气凝胶玻璃相比中空玻璃的可见光透过，分析表明气凝胶玻璃的采光效果晴天比阴天好，气凝胶玻璃相比中空玻璃的可见光透过减少率在晴天为23%~45%，而在阴天时，减少率为37%~53%。此外也对比了多云和雨天时气凝胶玻璃和中空玻璃室内外的照度，表明天气越晴朗，气凝胶玻璃的采光效果越好。
　　对玻璃系统各壁面的温度分析表明,相比中空玻璃，由于气凝胶对太阳辐射的吸收作用，气凝胶玻璃系统各层壁面温度较高，且室外太阳辐射越大，各层壁面温度越高。
　　对气凝胶玻璃的能耗分析表明，夏季晴天时气凝胶玻璃相比中空玻璃节能37%。夏季阴天时气凝胶玻璃相比中空玻璃节能约36.7%。通过实验数据，讨论了现行玻璃（幕墙）热工计算的方法，提出了气凝胶玻璃得热量的线性拟合公式。
　　基于本文在实际气候条件下建立的气凝胶玻璃-中空玻璃对比实验平台，通过对比研究分析，表明气凝胶玻璃在长沙地区具有很大的节能潜力，并伴随着良好的采光性能。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 纳米SiO2气凝胶材料及其研究现状

1.3 气凝胶玻璃的研究进展及其应用现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 实验介绍

2.1 实验平台

2.2 实验数据处理与误差分析

2.3本章小结

第3章 气凝胶玻璃和传统中空玻璃系统透过特性对比

3.1 长沙地区太阳辐射特点

3.2 太阳辐射强度对半透明维护结构的影响

3.3 气凝胶玻璃和中空玻璃辐射透过特性对比

3.4 本章小结

第4章 气凝胶玻璃与中空玻璃热传递性能对比

4.1晴天和阴天时玻璃系统中央区域温度对比

4.2多云和雨天时玻璃系统中央区域温度对比

4.3铝合金边框对两种玻璃中间层温度的影响

4.4本章小结

第5章 气凝胶玻璃和中空玻璃在夏季能耗对比研究

5.1实验使用玻璃和气凝胶物性参数

5.2玻璃系统各层介质温度对玻璃系统传热的影响

5.3透过玻璃系统进入室内的得热量计算

5.4气凝胶玻璃和中空玻璃能耗对比

5.5本章小结

第6章 实验数据与现行玻璃幕墙热工计算规程的讨论

6.1基于实验数据的拟合公式

6.2实际工程中玻璃系统引起的冷负荷计算方法

6.3现行玻璃幕墙热工计算方法讨论

6.4本章小结

结论与展望

本论文研究工作的总结

研究工作展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文