[发明专利]一种从气凝胶玻璃实验数据反推气凝胶消光系数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及气凝胶光学特性、气凝胶玻璃采光、建筑负荷计算、建筑能耗模拟领域，具体涉及一种从气凝胶玻璃在自然气候条件下的实验数据反推气凝胶在太阳光下消光系数的计算方法。

背景技术

随着生活水平的提高，新建和既有建筑普遍使用供热及空调系统。供热及空调系统能耗在逐年增加，其能耗占公共建筑中全年总能耗的50-60％。在建筑模拟中，透过窗户进入室内的太阳辐射能量占夏季由围护结构产生的冷负荷的65-80％左右，所以准确模拟窗户的光学表现对于负荷模拟至关重要。

气凝胶作为一种新型半透明绝热材料，由于其纳米级骨架结构，具有极低的导热系数，在室温下，导热系数可低至0.012W/(m·k)。不过由于气凝胶质地较脆易碎，目前虽然已有部分厂商将该材料用于窗户结构，但均是以两层玻璃中间夹着气凝胶颗粒的形式存在，且现有模拟软件EnergyPlus、DeST、eQuest、WINDOW等尚不具备模拟气凝胶玻璃系统的光学性能与分析其对建筑能耗影响的功能。而常用的K-SC模型又过于简化，不能处理气凝胶这种新型材料。

使用其他方法模拟气凝胶的光学表现时，消光系数又是必要的条件，且消光系数在很大程度上影响着气凝胶的吸收率和透过率，对模拟由气凝胶而产生的负荷至关重要。但材料出厂时仅给出材料的垂直透过率，并不给出消光系数等参数，且消光系数无法单独在实验室内测出，在实验室中仅可以得到气凝胶的垂直入射时的光谱消光系数。太阳光能量分布以可见光和近红外线为主，且不是均匀分布，所以从光谱消光系数得到太阳光下消光系数的过程也较为复杂。气凝胶又因为微观结构复杂，在波长较短的可见光部分散射现象极其复杂且受杂质影响较大，从理论上计算消光系数变得很困难。所以需要一种方法得到气凝胶在太阳光下的消光系数，为建筑负荷模拟提供必要的参数。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种从实验测得的室外辐射与室内辐射数据反推气凝胶消光系数的方法。

本发明采取如下的解决方案：一种从气凝胶玻璃实验数据反推气凝胶消光系数的方法，包括：

在自然条件下构建测定气凝胶玻璃实验数据的实验平台，该实验平台包括一密闭空间，四周以遮光板或其他非透光材料包围，将气凝胶玻璃水平放置于顶部；

逐时测得该实验平台室外直射辐射强度和散射辐射强度、室内总辐射强度，得到不同气凝胶消光系数k_λ下各时刻误差平方和的函数：

式中E_dif表示室外散射辐射强度，E_dir表示室外直射辐射强度，E_in表示室内总辐射强度，τ_dif表示散射透过率，τ_dir表示直射透过率，τ_dif和τ_dir是k_λ的函数，t表示时间，N为有太阳辐射的实验采样点数；

求得误差平方和最小时的消光系数即气凝胶在太阳光下的消光系数。

在一个具体的实施方式中，首先利用界面能量平衡原理建立气凝胶玻璃的太阳辐射传递计算模型，该计算模型为中间层为散射体的多层透过体系。

在一个具体的实施方式中，根据Bouger定律得到消光系数和透过率的函数关系。

在一个具体的实施方式中，结合逐时太阳高度角求得各消光系数下的逐时辐射透过率。

在一个具体的实施方式中，根据黄金分割法则求得误差平方和最小时的消光系数。

本发明建立了全尺寸的气凝胶玻璃实验平台，屋顶采用气凝胶玻璃，测得自然条件下室外辐射和室内辐射的逐时数据。根据界面能量平衡原理，结合逐时太阳高度角求得各消光系数下的逐时辐射透过率，构建立不同太阳高度角下的逐时光学模型。因为玻璃的光学参数已知(或可通过同样方法由双层中空玻璃的实验数据进行反推)，模型中未知参数仅有气凝胶的消光系数，在假定的消光系数下将逐时模拟数据和实验数据的差值进行平方求和，就可以得到误差与气凝胶消光系数一一对应的函数关系。通过黄金分割法来求得误差平方和最小时的消光系数，此时的消光系数即气凝胶在太阳光下的消光系数，最后再以其他时间验证了结果的准确性。

本发明适用于新型气凝胶玻璃的光学参数反推，得到气凝胶在太阳光下的消光系数，以进一步分析气凝胶玻璃的透过率和吸收率，为研究气凝胶玻璃的采光性能和传热性能计算和分析提供条件，进而可以对采用以气凝胶玻璃为窗户的建筑进行采光性能分析和能耗模拟。

附图说明

图1气凝胶玻璃实验平台及其传感器布置示意图；