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(xué)性能的檢測應用，重點(diǎn)對檢測方法中的光譜圖 原理和計算規程進(jìn)行詳盡分析,并進(jìn)一步探討光譜檢測技術(shù)在未來(lái)新型建材檢測領(lǐng)域的應用。

0.引言

在節能建材光學(xué)性能檢測工作中，分光光度計和 紅外光譜儀發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。按照廣東省和深 圳特區有關(guān)建筑節能施工質(zhì)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(guān)性能進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)復 驗，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；節能改造工程中貼膜玻璃的 紫外線(xiàn)透射比；墻體節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。通 過(guò)紫外/可見(jiàn)/近紅外分光光度計和傅立葉紅外光譜儀的聯(lián)合使用，對全太陽(yáng)光譜透射反射進(jìn)行分析，成為生產(chǎn) 和科研的有力測試手段。筆者多年來(lái)一直從事建材檢測 新技術(shù)的研發(fā)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(shù)進(jìn)行了探討，積 累了寶貴的經(jīng)驗。

1.儀器介紹

1.1紫外/可見(jiàn)/近紅外分光光度計

紫外/可見(jiàn)分光光度計配置雙光束、雙單色器比 率式系統，波長(cháng)范圍為175~3 300 nm，波長(cháng)精度高 0.08nm。整個(gè)光學(xué)系統均采用全息刻線(xiàn)光柵，切光系統 為四區分段的扇形信號收集的斬波器技術(shù)，黑區/樣品/黑區/參比循環(huán)。光源安裝預校準并可自動(dòng)切換的碘鎢 燈與氘燈，在整個(gè)紫外/可見(jiàn)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(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(yōu)于0.01 cm-1。干涉儀從根本上消除了標準干涉儀無(wú) 法避免的動(dòng)鏡傾斜和切變的影響，無(wú)動(dòng)態(tài)錯誤、無(wú)需校 正。標配標準反射鏡片作為參比標準。

2.節能建材光學(xué)檢測中的應用

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 內的同時(shí)，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(shí)需對可見(jiàn)光透射比和遮陽(yáng)系數 進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)復驗。

2.1.1可見(jiàn)光透射比和遮陽(yáng)系數的測試步驟（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(cháng)進(jìn)入室內，降升溫影響，在遠紅外波段反射率增加，輻射率減 低，降低進(jìn)入室內的熱量，同時(shí)低輻射鍍膜玻璃具有較 低的可見(jiàn)光反射，保證室內的采光要求。

結果計算

1)可見(jiàn)光透射比如式（1)所示。

式中：D為D65標準光源的相對光譜功率分布；rU)為 玻璃透射比的光譜數據；KU)為人眼的視見(jiàn)函數。

2)遮陽(yáng)系數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(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。

2.2.1檢驗方法

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

試件制備[21。將涂料在容器中充分攪拌混合均 勻，用線(xiàn)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，養護時(shí)間為168 h，終的 試件尺寸為40 mmX40 mm。

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(tài)；設定儀器工作參數，在儀器 規定的波長(cháng)范圍內進(jìn)行基線(xiàn)掃描；將試件安裝在積分球 試樣孔處；在同波長(cháng)范圍內進(jìn)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(xiàn)。

2.2.2反射隔熱涂料反射典型光譜圖（見(jiàn)圖5)

圖5是試驗室任選一種薄層隔熱反射涂料的反射 光譜圖。由光譜曲線(xiàn)可見(jiàn)涂料能對400 ~ 2 500 nm范圍的太 陽(yáng)紅外線(xiàn)和紫外線(xiàn)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。

試驗結果計算

應用儀器的數據處理功能對數據進(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(cháng) 為1時(shí)試件的光譜反射比；Es (X,)為在波長(cháng)1處太陽(yáng)輻 射照度的光譜密集度，W/m2 • nm； AX,為波長(cháng)間隔A人•= (XM-X,_)) /2，nm； n為波長(cháng) 200 ~2 600 nm 范圍內測試 點(diǎn)數目，一般應不少于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 居住建筑節能設計標準，墻體、屋面外表面的太陽(yáng)輻射 吸收系數的低限值應取0.7。當建筑屋頂和外墻采用 反射隔熱飾面（p<0.6)時(shí)，其計算用的太陽(yáng)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

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 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(cháng)范圍內進(jìn)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(xiàn)。

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，符合圍護結構飾面的節能設計要求。

試驗結果計算

應用儀器的數據處理功能對數據進(jìn)行處理和修 正，得到反射比的值。按公式（4)計算試件太陽(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(cháng)為時(shí)試件的 光譜反射比；EsU)為在波長(cháng)人處太陽(yáng)輻射照度的光譜 密集度，W/m2 • nm；隊為波長(cháng)間隔H) /2， nm； n為波長(cháng)200~2 600 nm范圍內測試點(diǎn)數目，一般 應不少于50點(diǎn)。

外墻磚為不透明試件，太陽(yáng)吸收比按公式（5) 計算。

as=1-Ps (5)

式中：as為試件的太陽(yáng)吸收比，至0.01。

3.結論

對分光光度計測得可見(jiàn)光波長(cháng)范圍和紅外光譜儀

測得遠紅外波長(cháng)范圍的光譜圖聯(lián)立分析，通過(guò)定積分計 算測定全太陽(yáng)光譜范圍內的可見(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(xiàn)透射比以及有關(guān)光學(xué) 參數，這一光譜測試技術(shù)規程在冬暖夏熱地區節能型建 筑材料工程驗收檢驗中發(fā)揮著(zhù)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(xué)檢測外，在建材領(lǐng)域的化學(xué)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(zhì)含量的檢 測、陶瓷色差分析等，相信隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和對儀 器檢測技術(shù)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(huì )更加廣泛。