阳光板的光学和热学性质的实验和理论研究
测试了一种双层阳光板的光学总透射比和热损系数，并与窗玻璃的实验值进行对比。结果
表明，阳光板槽道东西走向与南北走向相比，其光学透射比较人，热损系数几乎相等。同时对其进
行了理论计算。
关键词：聚碳酸酯，阳光板，东西走向，南北走向
聚碳酸酯板(polycarbonate panel，简称PC板，俗称阳光板)是目前国际上普遍采用的一
种新型高强度、轻质、隔热、隔声、阻燃、耐候（曝晒不起皱，不变色）、美观（可着不同颜色）、透光
性能好的建筑材料。自80年代中期以来，它迅速得到建筑设计、装饰工程、环境保护和广告等
行业的广泛采用。阳光板在国际市场销售量以每年20%的比例增长，1995年全世界总销售量
达1亿平方米以上rl_。
1 双层阳光板的光学透射比
1.1 实验测试
图l 双层阳光板示意图
图1所示为双层阳光板的示意图。双层阳光板的透
射比比玻璃低些，但也相差不大。利用图2所禾的实验装
置，把被测板朝正南安放在倾角为口的支架上，两个
TBQ-2型总日射表也倾斜口角朝正南放置，一个在被测
板下面，一个直接测试太阳总辐射，两者的比值即为被测
板的太阳总透射比。测得双层阳光板（总厚度lOmm）和-—一
3mm厚普通窗玻璃的太阳总透射比（包括直射和漫射）正南
与入射角护的关系，如图3所示。阳光板的太阳透射比比
普通窗玻璃略小些，且阳光板槽道南北走向与东西走向
电位差计
图2 阳光板透射比测试装置
相比，其太阳透射比随入射角增大而减小更快些。太阳光入射角矽与测量时间的关系按如下方
法计算：倾斜面上太阳光入射角护为邱围口等：阳光板的光学和热学性质的实验和理论研究 293
cos护一sin8sin弘os卢- sin 8cos cpsin pcosy +cos 8cos cfcos pcOsaJ
+cos8sin cpsinPcos Ycosw+cos8sin psiny sinco (1)
当正中午时（真太阳时），要求入射角0=0，又太阳时角as=0，太阳方位角%=0，测试板方位
角Y-O，可得测试板倾斜角口为
p= cp-8= 55。 (2)
式中，合肥的纬度妒一31.9。，12月9日的太阳赤纬角a= - 22. 97。。因此，当阳光板槽道东西走
向时，太阳运行的平面（黄道面）与槽道间壁平行，同理槽道南北走向时，太阳运行的平面与槽
道间壁垂直。将式(2)代入(1)式可得
cosO=sin')8+cos28coscv
倒一±COS_1（sec28cos0_ tg28）
又60分钟太阳转过时角15。，故离开正中午的分钟数为
t=4a =4cos-1(sec28cos0_ tg28) (3)
由式(3)可快速计算出某天任意太阳入射角护所对应的时刻。12月9日正值全天天气晴
朗，矽每隔15。测一组数据。图3中透射比r每一点值是上下午测量的平均值，入射角矽与真太
阳时的关系为：0。(12:00)，15。(10:55，13：05)，30。(09:50，14：10)，45。(08:44，15：16)，60。
(07:
37，16:23)。入射角75。时r在阳光板不朝正南时测定的（12月9日7：00日出，17：00日落），图
3中3mm窗玻璃的总透射比与文献[2]中的值吻合较好。
1.2 理论计算
平行透明隔板的太阳直射透射比『s1（隔板厚
度导致透射比减小约4%，此处忽略）为
r5(0,K)一[,,(0)+ps,(0)]“ (4)
式中，n-侧壁拦截入射光线的次数，当槽道东
西走向时n=A，tanOcos Ys，当槽道南北走向时，z—
ArtanOsinYS；A——槽道高宽比H／L；ys-太
阳方位角；护——太阳光线相对于被测材料板的入
射角；上标S-镜射或直射；下标S-太阳。
如图1所示，双层阳光板的槽道截面一般制
成长方形（高小于宽）。实验采用的阳光板槽道截
面边长10. 5mm×9.2mm。阳光板槽道间壁及上
下盖层的太阳直射透射比为ri（护），反射比为pi
(臼)，则阳光板的直射透射比为
图3 阳光板的总透射比r和入射角e的关系
1．玻璃，2．PC(EW)，3．PC(SN)
r8（护，儿）=[r；（护>]2[r；（护）+硝（护）]” (5)
正中午时，0=0，ys =0，n-0，槽道东西走向和南北走向的太阳直射透射比均为，=(0，0)
一[r；(0)]2，若槽道东西走向，则太阳光平行隔板，故n-l，槽道东西走向的直射透射比为
r5（护，ys）一[r；(0)]2(6)
槽道南北走向，太阳光线平行槽道截面，故除正中午外，均有光线被间壁拦截，南北走向的
直射透射劳券数据其中，r；（护）一Aexp（-ⅣL／cos oi），K-消光系数；L——材料的厚度；OL-折射角
，对于折射
率小的材料，近似等于入射角；A-常系数，蕊（护）《r；（护），产（0，弘）作近似计算时可忽略蕊(0)
。
阳光板的太阳散射透射比
一一』_I；，。』i胆r8 c护，以，cosOsinOdOdYs
(8)
一』_'l,:2j'l'2.osOsinOdOdYS
可见，只要精确测得r；（0）和硝（护），即可计算r；（护，ys）和■。
2 双层阳光板的热损系数
2.1 实验测试
采用文献[4]介绍的实验装置，测出的实际上是冷热紫铜板之间总的热传输系数，若被测
材料用于保温，则该总热损系数往往被称为热材料的热损系数，本实验中热紫铜板面上粘贴二
层黄色胶带，测得发射比为0. 84。冷面为紫铜板，发射比约0.40，热板温度约47C，冷板约
30'C。被测材料面积为57cm×57cm，被测板与热面间隙5cm（一般平板太阳集热器盖层与吸
热板之间距），被测板先后用厚lOmm阳光板和3mm厚普通玻璃板，结果如图4所示。由该图
可见，玻璃比阳光板的热损几乎大一倍，阳光板
槽道东西走向与南北走向的热损系数几乎相
等。实际应周时，阳光板两侧的温度和辐射状况
不同，通过阳光板的热传输系数会有所不同，本
实验提供的绝对数值仅供实际应用中参考。
2.2 理论计算
阳光板槽道内的空气在本实验条件下（恒
温水浴提供热水，维持热面间恒温），其雷利数
Ra/,<900，各槽道间绝热。于是，求出图5(a)所
示虚线框内单元体的热损系数，即为整块阳光
板的热损系数，由此作出总热网络图，如图5
(b)所示。东西走向的槽道内的Nu为『51
Nu=max[l. lClC2Ra/0'28,1](9)
其中，C1—0.15，C2—1．O，则Nu≤1.108，故槽 图4阳光板热损系数随倾角变化测定值
道内厶一kairN u//N3.13W/m2．K 1．玻璃，2．PC(SN)，3．PC(EN)
为了求辐射传热热阻，首先注意到槽道形成一个由三个表面（上、下底面和侧面）组成的封
闭空间，其中侧面由槽道的二个绝热侧面组成，属于再辐射表面。6]，图5 (c)所示为计算尺，划的
热网络图。可得
尺。“一盯（Y，}+7鼍）(7，，+7，。)A[三+三+F．。+轰5F．。一2] (10)
式中，7'i、71：——阳光板热面和冷面温度；￡，、￡：——阳光板热面和冷面发射比；F，：——热面
对
冷面的角泵数；F．。、F2R-热面和冷面对侧面的角系数。
又万方黎辗。．。一R。。，。≈O,A =/W ,R,…一击，R一[乏三十乏=+忐]1(b) (c)
图5 计算单元和热网络图
1
故 U，一 (11)
+(A+tW)尺。。
测算各量为：1= 10. 5mm，H一9.2mm，f一0.4mm，￡l≈0.60，￡2～0. 43，Fl 2—0.45，FiR =F 2R一
0. 55，由式(9) (11)计算得到的结果与实验值比较，其相对误差在25%以下。这在工程计算
中是可以接受的。