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真空玻璃对比中空玻璃模拟阳光房采光顶的辐照实验

阳光房的结构要考虑到功能性与安全性互相结合匹配,它主要由主体框架、顶部系统、围护结构及辅助组件构成。阳光房的顶部结构要考虑两大因素,即防水与采光。光照充足虽然可满足室内的采光需求,但是太阳光长时间辐照难免会造成室内气温过热,尤其是在夏季的“蒸笼效应”会让居住人的舒适性大大降低。开空调制冷和使用通风设施治标不治本,那如何从根源上解决阳光房的“夏热”?今天我们就来以最核心的顶面采光为话题,以小见大的来测试使用真空玻璃和中空玻璃应用在阳光房采光顶的性能对比效果。


一、实验简介:

本次对比实验应用了两组不同配置的玻璃的数据进行对比,如下表所示:


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本次实验使用尺寸大小相同的保温箱,保温箱外侧包裹了保温棉增强保温效果,以减少保温箱热量流失。上部用真空和中空玻璃模拟阳光房顶部,内部则是在不同位置使用测温探头来测量记录不同时段温度的变化,并使用相同的体积的冰袋来模拟制冷的内部环境(如下图所示):

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(保温箱内部结构)

(内部使用冰块模拟制冷装置)

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(实验设施上方应用两块不同配置玻璃)

(测温探头分布位置)



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如上图原记录数据所示,真空玻璃和中空玻璃在太阳光辐照实验中的保温性能数据图表。实验数据记录了每20分钟的温度读数,时间从9:31:12开始到16:01:12结束,共记录21个时间点。

温度探头分布如下:

真空玻璃保温箱:温度探头1、3、5、7。

中空玻璃保温箱:温度探头2、4、6、8

(分别对应相同位置的对比:1 vs 2、3 vs 4、5 vs 6、7 vs 8)


二、整体温度对比

计算每个时间点的真空玻璃平均温度(真空平均温度 = (温度1 + 温度3 + 温度5 + 温度7)/4)和中空玻璃平均温度(中空平均温度= (温度2 + 温度4 + 温度6 + 温度8)/4),并计算差异(真空平均温度-中空平均温度);正值表示真空玻璃温度更高,负值表示中空玻璃温度更高。

对比结果如下表所示:


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整体趋势分析:从加热阶段(9:31~12:51):中空玻璃平均温度始终高于真空玻璃,差异从-0.40°C逐渐扩大到-2.53°C(10:51),这表明在相同条件的太阳辐照条件下,中空玻璃升温更快,真空玻璃由于隔热性能更好,热量传递较慢,因此温度上升较缓。

从日照辐射温度最高时段来分析(12:51~16:01):中空玻璃平均温度仍高于真空玻璃,最大差异可达-2.78°C(14:11),也说明了真空玻璃降温更慢;

所有位置可显示真空玻璃保温优势,尤其在温度位置7(差异变化最大)。位置5和6因可能更暴露于辐照,但整体趋势一致;实验数据可靠,但未来可增加重复实验或控制辐照强度以进一步验证不同配置玻璃的差异性。


三、结论

在太阳光辐照下,真空玻璃表现出更优的隔热和保温特性。具体体现为在加热升温阶段,真空玻璃升温较慢,平均温度比中空玻璃低1.0~2.5°C(整体平均差异峰值-2.53°C),表明了真空玻璃的隔热性能更好;

在太阳辐照降低时和降温时段,真空玻璃降温较慢,整体平均温度下降幅度比中空玻璃小1.35°C,也表明了真空玻璃的保温性能好;进一步的说明了真空玻璃全实验过程温度波动更小,变化幅度减少约8%,可以提供更稳定的环境。

该对比实验也表现了中空玻璃的局限性和劣势,比如中空玻璃在加热阶段升温更快,表明其隔热性较差,更多太阳热量传入内部的环境;在冷却阶段中空玻璃热量损失更快,保温性能不如真空玻璃。真空玻璃更适合应用在阳光房和绿色节能建筑,能有效减少加热和冷却能耗,可以从源头上更好地解决“夏热”问题,增加居住舒适性。