Методы определения оптических характеристик
Определение световых и солнечных характеристик
Введение
В настоящем стандарте приведены формулы для точных расчетов спектральных характеристик остекления, которые, однако, не учитывают погрешностей измерений спектральных характеристик, используемых в расчетах. Для простых систем остекления, где требуется несколько измерений, погрешность результатов может быть признана удовлетворительной при строгом соблюдении процедур измерений. Для сложных систем остекления, где требуется много измерений, увеличение количества измерений ведет к росту погрешности, что следует учитывать при рассмотрении конечных результатов.
Под термином “поверхность”, применяемым в настоящем стандарте, понимается поверхность, характеризуемая пропусканием и отражением световой интенсивности. То есть, взаимодействие со светом не когерентно, вся фазовая информация теряется. В случае тонких пленок (не рассматриваемых настоящим стандартом) поверхности характеризуются пропусканием и отражением световых амплитуд, то есть взаимодействие со светом когерентно, и фазовая информация доступна. В конечном счете поверхность с покрытием может быть описана как имеющая одну или более тонких пленок, и весь набор тонких пленок характеризуется пропусканием и отражением световой интенсивности.
В представленной в приложении B методике расчета спектральных характеристик многослойного стекла рассматривается стекло с покрытием. Эту же методику можно применять для стекла с полимерной пленкой.
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает методы определения световых и солнечных характеристик остекления зданий. Эти характеристики могут использоваться для расчетов уровня освещенности, обогрева и охлаждения помещений и сравнения различных типов остекления.
Настоящий стандарт распространяется на обычное и солнцезащитное (поглощающее или отражающее солнечное излучение) остекление, применяемое для вертикального или горизонтального остекления световых проемов. Приведены соответствующие формулы для однослойного, двухслойного и трехслойного остекления.
Положения настоящего стандарта применимы ко всем прозрачным материалам, за исключением тех (например, некоторых полимерных материалов), которые характеризуются значительным пропусканием теплового излучения в диапазоне длин волн от 5 до 50 мкм.
Материалы со светорассеивающими свойствами рассматриваются как обычные прозрачные материалы при соблюдении определенных условий (см. 5.2).
Световые и солнечные характеристики стекла при косом падении излучения не включены в настоящий стандарт. Ссылки на научно-исследовательские работы в этой области приведены в [1], [2] и [3].
2 Нормативные ссылки
Для применения настоящего стандарта необходимы следующие ссылочные документы*. Для недатированных ссылок применяют последнее издание ссылочного документа (включая все его изменения).
_______________
* Таблицу соответствия национальных стандартов международным см. по ссылке. – Примечание изготовителя базы данных.
EN 673:2011 Glass in building – Determination of thermal transmittance (U value) – Calculation method (Стекло в строительстве. Определение коэффициента теплопередачи (величины U). Метод расчета)
EN 674:2011 Glass in building – Determination of thermal transmittance (U value) – Guarded hot plate method (Стекло в строительстве. Определение коэффициента теплопередачи (величины U). Метод защищенной горячей пластины)
EN 675:2011 Glass in building – Determination of thermal transmittance (U value) – Heat flow meter method (Стекло в строительстве. Определение коэффициента теплопередачи (величины U). Метод измерения теплового потока)
EN 12898:2001 Glass in building – Determination of the emissivity (Стекло в строительстве. Определение коэффициента эмиссии)
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 коэффициент пропускания света (light transmittance): Пропущенная стеклом доля потока света, упавшего на стекло.
3.2 коэффициент отражения света (light reflectance): Отраженная стеклом доля потока света, упавшего на стекло.
3.3 коэффициент общего пропускания солнечной энергии (солнечный фактор) (total solar energy transmittance (solar factor)): Общее количество солнечной энергии, пропущенное стеклом.
3.4 коэффициент пропускания солнечного излучения (solar direct transmittance): Пропущенная стеклом доля потока солнечного излучения, упавшего на стекло.
3.5 нормальный коэффициент эмиссии (normal emissivity): Отношение мощности излучения поверхности стекла в направлении нормали к поверхности к мощности излучения абсолютно черного тела.
Примечание – Нормальный коэффициент эмиссии определяют по EN 12898.
3.6 коэффициент отражения солнечного излучения (solar direct reflectance): Отраженная стеклом доля потока солнечного излучения, упавшего на стекло.
3.7 коэффициент пропускания ультрафиолетового излучения (ultraviolet transmittance): Пропущенная стеклом доля потока ультрафиолетового излучения, упавшего на стекло.
3.8 индекс цветопередачи (colour rendering index (in transmission)): Изменение цвета объекта при его освещении светом, прошедшим сквозь стекло.
3.9 коэффициент затенения (shading coefficient): Отношение солнечного фактора стекла к солнечному фактору эталонного стекла (бесцветного флоат-стекла).
4 Обозначения
D65 – стандартный источник света D65
UV – ультрафиолетовое излучение
τUV – коэффициент пропускания ультрафиолетового излучения
τ(λ) – спектральный коэффициент пропускания
ρ(λ) – спектральный коэффициент отражения
τν – коэффициент пропускания света
ρν – коэффициент отражения света
τe – коэффициент пропускания солнечного излучения
ρe – коэффициент отражения солнечного излучения
g – коэффициент общего пропускания солнечной энергии (солнечный фактор)
Ra – общий индекс цветопередачи
Dλ – относительное спектральное распределение энергии излучения стандартного источника света D65
V(λ) – относительная спектральная чувствительность
αe – коэффициент поглощения солнечного излучения
ϕe – падающий на остекление поток солнечного излучения
qi – коэффициент вторичной теплопередачи в помещение
qe – коэффициент вторичной теплопередачи наружу
Sλ – относительное спектральное распределение энергии солнечного излучения
he – коэффициент внешнего теплообмена
hi – коэффициент внутреннего теплообмена
ε – коэффициент эмиссии (откорректированный)
εn – нормальный коэффициент эмиссии
Λ – коэффициент термического пропускания
λ – длина волны
∆λ – интервал длин волн
Uλ – относительное спектральное распределение энергии ультрафиолетовой части солнечного излучения
SC – коэффициент затенения
5 Определение характеристик
5.1 Общие положения
Характеристики определяют при квазипараллельном, близком к нормальному падениию излучения (см. [4]) с использованием относительного спектрального распределения энергии излучения стандартного источника света D65 (таблица 1), солнечного излучения (таблица 2) и ультрафиолетовой части солнечного излучения (таблица 3).
Определяют следующие характеристики:
– спектральный коэффициент пропускания τ(λ) и спектральный коэффициент отражения ρ(λ) в диапазоне длин волн от 300 до 2500 нм;
– коэффициент пропускания света τν и коэффициент отражения света ρν для стандартного источника света D65;
– коэффициент пропускания солнечного излучения τe и коэффициент отражения солнечного излучения ρe;
– коэффициент общего пропускания солнечной энергии (солнечный фактор) g;
– коэффициент пропускания ультрафиолетового излучения τUV;
– общий индекс цветопередачи Ra;
– общий коэффициент затенения SC.
Основными характеристиками остекления являются τν и g, остальные характеристики определяют для получения дополнительной информации.
Значения характеристик стекла другой толщины (для стекла без покрытия) или другого базового стекла, на которое нанесено такое же покрытие, можно рассчитать в соответствии с приложением A.
Методика расчета спектральных характеристик многослойного стекла приведена в приложении B.
Указания по расчету спектральных характеристик стекла с шелкотрафаретным рисунком приведены в приложении C.
5.2 Коэффициент пропускания света
Коэффициент пропускания света τν остекления вычисляют по формуле
где Dλ – относительное спектральное распределение энергии излучения стандартного источника света D65 (см. [5]);
τν – спектральный коэффициент пропускания остекления;
V(λ) – относительная спектральная чувствительность дневного зрения стандартного наблюдателя (см. [5]);
∆λ – интервал длин волн.
В таблице 1 приведены значения DλV(λ)∆λ с интервалом длин волн 10 нм. Таблица составлена так, что ΣDλV(λ)∆λ = 1
Спектральный коэффициент пропускания τν многослойного остекления рассчитывают по спектральным коэффициентам пропускания и отражения его отдельных слоев, как указано ниже.
Двухслойное остекление:
где τ1ν – спектральный коэффициент пропускания остекления первого(наружного) слоя;
τ2ν – спектральный коэффициент пропускания остекления второго слоя;
ρ‘1(λ)- спектральный коэффициент отражения первого (наружного) слоя со стороны, противоположной падению излучения;
ρ2(λ)- спектральный коэффициент отражения второго слоя со стороны падения излучения.
Данные характеристики проиллюстрированы на рисунке 1.
Рисунок 1 – Коэффициенты пропускания и отражения двухслойного остекления (однокамерного стеклопакета)
Трехслойное остекление:
где τ1ν , τ2ν , ρ1(λ) , ρ2(λ) – см. пояснения к формуле (2);
τ3ν – спектральный коэффициент пропускания третьего слоя;
ρ‘2(λ) – спектральный коэффициент отражения второго слоя со стороны, противоположной падению излучения;
ρ3(λ)- спектральный коэффициент отражения третьего слоя со стороны падения излучения.
Данные характеристики проиллюстрированы на рисунке 2.
Остекление, состоящее более чем из трех слоев, рассчитывают по формулам, аналогичным (2) и (3), вычисляя τν по спектральным коэффициентам отдельных слоев. Например, для остекления, состоящего из пяти слоев, расчет может быть произведен следующим образом:
a) первые три слоя рассматривают как отдельное трехслойное остекление и рассчитывают его спектральные характеристики;
b) такой же расчет проводят для двух оставшихся слоев как для отдельного двухслойного остекления;
c) вычисляют τν пятислойного остекления, рассматривая его как двухслойное остекление, слоями которого являются рассмотренные ранее трехслойное и двухслойное остекления.
Примечания
1 При испытании светорассеивающих материалов следует использовать интегрирующую сферу. Размеры и апертура сферы должны быть достаточно большими, чтобы собрать весь рассеянный свет и получить приемлемые усредненные значения для неоднородно рассеивающей узорчатой поверхности.
2 Измерения светорассеивающего стекла включены в программу сравнительных испытаний, проводимых под контролем технического комитета 10 Международной комиссии по стеклу. Ожидается, что результатом выполнения этой программы будут предложения по усовершенствованию методик измерений и расчетов.
5.3 Коэффициент отражения света
Коэффициент отражения света ρν остекления вычисляют по формуле
где DλV(λ)∆λ – см. пояснения в 5.2;
ρν – спектральный коэффициент отражения остекления.
Спектральный коэффициент отражения ρν многослойного остекления рассчитывают по спектральным коэффициентам пропускания и отражения его отдельных слоев, как указано ниже.
Спектральный коэффициент наружного отражения двухслойного остекления вычисляют по формуле
где τ1ν , τ2ν , ρ’1(λ) – см. пояснения в 5.2;
ρ’1(λ) – спектральный коэффициент отражения первого (наружного) слоя со стороны падения излучения.
Для расчета спектрального коэффициента внутреннего отражения двухслойного остекления может быть выведена аналогичная формула.
Спектральный коэффициент наружного отражения трехслойного остекления вычисляют по формуле
где ρ’3(λ)- спектральный коэффициент отражения третьего слоя со стороны падения излучения;
τ1ν , τ2ν , ρ’1(λ), ρ’2(λ), ρ1(λ), ρ2(λ) – см. пояснения в 5.2 и 5.3.
Для расчета спектрального коэффициента внутреннего отражения трехслойного остекления может быть выведена аналогичная формула.
Расчет для остекления, состоящего более чем из трех слоев, может быть проведен способом, указанным в 5.2.
