Экспериментальные исследования проникновения УФ радиации через оконные стекла Текст научной статьи по специальности «Физика»

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОНИКНОВЕНИЯ УФ РАДИАЦИИ ЧЕРЕЗ ОКОННЫЕ

СТЕКЛА

EXPERIMENTAL STUDIES OF THE PENETRATION OF UV RADIATION THROUGH WINDOW GLASS

Ф.Р. Халикова, B.H. Куприянов

F.R. Khalikova, V.N. Kupriyanov

КазанскийГАСУ

Исследована прозрачность оконных стекол в УФ участке солнечного спектра. Выявлены типы стекол, обладающие наибольшим эффектом при инсоляции помещений.

Studied the transparency of window glass in the UV region of the solar spectrum. Identified the types of glasses that have the greatest effect when insolation areas.

Теплозащитные качества светопрозрачных ограждающих конструкций в последние годы значительно возросли благодаря усилиям ученых и производителей этих конструкций. Однако, второе важнейшее свойство оконных конструкций, а именно, обеспечение необходимой инсоляции, то есть обеззараживания помещений прямой солнечной радиацией, остается без внимания.

Известно, что УФ часть солнечного спектра наиболее чувствительная к загрязнению атмосферы, в связи с чем неясно, как отразится на прозрачности оконных конструкций к УФ радиации использование специальных стекол, стекол с мягко- и твердо-эмиссионными покрытиями и стеклопакетов, заполненных различными газами.

В связи с этим, в настоящей работе поставлена задача, оценить прозрачность в УФ части солнечного спектра современных типов оконного стекла.

В паспортах и технических условиях на оконные стекла большинства производителей, параметры прозрачности стекол в УФ участке спектра, как правило, отсутствуют.

Для эксперимента были отобраны образцы оконного стекла и светопрозрачных конструкций двух производителей: ООО «АвтоСтройСтекло» и компании AGC Flat Glass Europe - всего 13 типов стекол. Это 5 образцов производителя ЗАО «АвтоСтройСтекло», 7 образцов от производителя компании AGC Flat Glass Europe и 1 образец обычного оконного стекла. Причем, типы стекол с разными характеристиками поверхностных слоев испытаны дважды, то есть с расположением к источнику света каждой стороны стекла. Характеристики испытанных типов стекол приведены в табл.1. Выбор указанных производителей стекла объясняется массовым использованием их продукции в жилищном строительстве.

3/2011_МГСу ТНИК

Таблица 1

Характеристика испытанных типов стекол

№ п/п Наименование стекла Толщина, мм Маркировка в эксперименте

«АвтоСтройСтекло»

1. Бесцветное матированное стекло

EcoMatt Clear 5 мм S1_3

2. Цветное матированное стекло

EcoMatt Color Arctic Blue 4мм S2_3

3. Цветное матированное стекло

EcoMatt Color Grey 4мм S3_3

4. Сверхпрозрачное матированное стекло

EcoMatt Extra Clear 4мм S4_3

5. Цветное матированное стекло

EcoMatt Color Bronze 4мм S5_3

AGC Flat Glass Europe

6. Stopsol Classic Clear 4мм StCC 4

7. Stopsol Classic Clear 8 мм StCC 8

8. Stopsol Supersilver Classic 4мм StSC_4

9. Stopsol Supersilver Classic 6мм StSC_6

10. Stopsol Supersilver Classic 8 мм StSC_8

11. Sunergy Clear 8 мм SuC_8

12. Sunergy Clear 4мм SuC_4

13. Обычное оконное стекло 4мм -

Для оценки характеристик светопропускаиия материалов используются, как правило, спектрометры различных типов. Для нашей задачи необходим такой тип спектрометра, в котором спектральные характеристики источника света близки к солнечному спектру. Был выбран волоконно-оптический спектрометр StellaNet Inc. EPP 2000 с дейтериевой и галогеновыми лампами, позволяющий исследовать светопрозрачность стекол в диапазоне длин волн от 179 до 1120нм. В эксперименте получаем данные по интенсивности спектра лампы, прошедшего через образец стекла в определенной длине волны. Оцифровав график солнечного спектра с помощью программы Grafula можно получить числовой вид солнечного спектра с помощью программы Origin Pro. С помощью полученной функции (1), можно описать солнечный спектр в каждой длине волны, подставляя данные из табл.2 и длины волн вместо показателя х.

В результате испытаний получен массив экспериментальных данных о прозрачности 13 типов оконных стекол по каждой длине волны в диапазоне от 179 до 1120 нм. Причем, типы стекол с разными характеристиками поверхностных слоев испытаны дважды, то есть с расположением к источнику света каждой стороны стекла.

Анализ экспериментальных результатов представлен в виде таблицы коэффициентов пропускания УФ радиации различных типов стекол по характерным длинам волн, табл.3. В качестве характерных длин волн представлены диапазоны: УФА - 315

и 400нм, УФВ - 280 и 315 нм, УФС - 200 и 280 нм (200нм, как граничная длина волны, доходящая до земли), а также 297 нм, которой наблюдается наибольший эритем-ный и антирахитный эффект [2], 320 нм - наибольший эффект при загаре (покраснение кожи). Длина волны 280 нм является не только границей диапазона УФС, но также обладает максимальным воздействием на кишечную палочку [1].

f (x) = Уо -

exp

exp

Wd X J —

£

exp

•I

w X,—

£

exp

•I

(1)

2

A

A

x - xc

x - xc

2

- 2

- 2

exp

exp

w

w

2

2

2

A

A

x - xc

x - xc

x - xc

4

2

2

2

w

w

w

A

x - xc

2

w

Таблица.2

y0 -0,44167

xc1 269,77093 xc3 377,69694 xc5 586,71875

w1 12,53976 w3 157,38127 w5 294,51633

A1 -5505,6969 A3 8007,35341 A5 9380,88075

xc2 269,90772 xc4 515,97423 xc6 933,99184

w2 12,55433 w4 82,78929 w6 476,87863

A2 5500,11838 A4 1273,36013 A6 10809,0148

Анализ табл.3 показывает, что прозрачность испытанных стекол в УФ части солнечного спектра различная как у различных типов стекол, так и для различных длин волн одного типа стекла. Выделяется резкое различие в прозрачности стекол у различных производителей. Так, образцы стекол «АвтоСтройСтекло» имеют величину прозрачности в испытанных длинах волн от 0,001% (S4_3, 254нм) до 4,74% (S5_3, 400нм), в то время как прозрачность стекол AGC Flat Glass Europe лежит в пределах от 0,25% (StCC_8, 280нм) до 77,28% (SuC_8, 400нм), то есть различие составляет несколько порядков. В коротких длинах волн (200-297нм) стекла компании AGC Flat Glass Europe имеют более высокую прозрачность, чем обычное оконное стекло, прозрачность этих стекол выравнивается к 315нм. Таким образом, стекла компании AGC Flat Glass Europe имеют не только теплозащитный эффект, но и более высокие показатели по прозрачности в УФ участке спектра.

Сопоставление прозрачности стекол в УФ части солнечного спектра двух производителей стекол показывает, что оконные стекла компании AGC Flat Glass Europe оказались более пригодными для обеспечения требуемой инсоляции жилых помещений, как пропускающие больший процент УФ радиации. Оконные стекла компании «АвтоСтройСтекло» могут быть рекомендованы для светопрозрачных конструкций административных и некоторых типов общественных зданий, где требования к инсоляции помещений не такие жесткие, как для жилых зданий, детских и лечебных учреждений.

3/2011

ВЕСТНИК _МГСУ

Таблица 3

Коэффициенты пропускания испытанных стекол по характерным длинам

волн, %

Маркировка Характерные длины волн, нм

стекла в 200 254 280 297 315 320 400

эксперименте

S1_3

глянц.к

лампе 0,032 0,0172 0,016 0,051 -0,010 -0,020 2,532

мат.к лампе 0,020 0,0484 0,026 0,088 0,086 0,028 3,270

S2_3

глянц.к ©

лампе Ч X 0,055 0,006 0,012 0,057 -0,008 -0,014 3,500

мат.к лампе щ н О := О 0,142 0,063 0,030 0,088 0,082 0,031 4,320

S3_3

глянц.к & н

лампе О о 0,061 0,002 0,017 0,092 -0,033 -0,018 2,730

мат.к лампе н Й ^ 0,174 0,068 0,048 0,083 0,078 0,030 3,290

S4_3

глянц.к О

лампе РО -0,009 0,001 0,006 0,071 0,077 0,344 4,240

мат.к лампе 0,119 0,080 0,069 0,122 0,261 0,542 5,620

S5_3

глянц.к

лампе -0,082 -0,020 0,002 0,109 0,077 0,276 3,710

мат.к лампе 0,160 0,081 0,044 0,114 0,237 0,447 4,740

StCC_4

б/напыл. 2,092 0,559 0,747 0,574 1,990 5,188 36,01

с напыл. 1,126 0,553 0,620 0,538 2,343 4,399 33,75

StCC_8

б/напыл. 0,659 0,377 0,266 0,501 0,692 1,152 32,08

с напыл. 1,852 0,476 0,250 0,593 0,873 1,300 39,57

StSC_4 а; а ©

б/напыл. - 3 1,704 0,519 0,657 0,844 2,642 5,861 57,44

с напыл. ы И 2,161 0,366 0,729 0,855 2,515 5,475 56,85

StSC_6 « [5

б/напыл. 2,283 0,448 0,681 0,705 1,817 3,600 64,50

с напыл. (Я Е 2,212 0,450 0,520 0,754 1,687 3,390 58,06

StSC_8 о о

б/напыл. 1,705 0,515 0,401 0,839 1,538 2,970 54,62

с напыл. 1,739 0,605 0,520 1,085 0,980 2,969 54,22

SuC_8

б/напыл. 1,729 0,658 0,439 0,402 1,183 2,315 69,25

с напыл. 1,549 0,680 0,721 0,869 1,126 2,274 77,28

SuC_4

б/напыл. 1,967 0,547 0,541 0,677 3,085 7,580 76,41

Обычное

оконное стекло 0,390 0,133 0,315 0,317 3,587 9,895 92,67

а)

61

н

I!

.......

¡1 Л

И»

Рисунок 1 Распределение интенсивности солнечного спектра, прошедшего через разные типы

стекол:

а) сравнительная характеристика обычного оконного стекла и стекла Б2_3 (сторона глянцевая); б) сравнительная характеристика обычного оконного стекла и стекла БиС_4 (сторона б/напыления); в) сравнительная характеристика стекла 8!БС_6 (сторона с напылением и б/напыления); г) сравнительная характеристика стекол БиС_4, БЮС_4 (стороны б/напыления),

Б3_3 (глянцевая сторона к лампе)

Прозрачность некоторых типов испытанных стекол в спектральном диапазоне 179-1120нм приведена на рисунке 1. Из рисунка можно видеть, что прозрачность обычного оконного стекла превосходит прозрачность Б2_3(а), но близка к прозрачности стекла БиС_4 в УФ части спектра (б). Прозрачность стекол различается в зависимости от того, какой стороной стекло обращено в сторону источника излучения (в) и можно получить различный эффект инсоляции.

Заключение

Проведенные исследования позволили выявить производителя и типы оконных стекол, имеющих максимальную прозрачность в УФ части солнечного спектра, которая выше, чем у обычных оконных стекол.

Оценена прозрачность стекол в характерных длинах волн (254, 280, 297 нм), в которых достигается максимальный эффект санации помещений.

Получение спектральных характеристик прозрачности стекол в УФ участке спектра позволяет через оцифрованную модель солнечного спектра перейти к энергетиче-

3/2011_МГСу ТНИК

ским параметрам инсоляции помещений, что явится очередным этапом в исследовании инсоляции помещений.

Литература:

1. Беликова, В.К. Естественная ультрафиолетовая радиация и ее бактерицидное значение /В.К. Беликова; под ред. Н.М. Данцига // Ультрафиолетовое излучение / Медицина. - М., 1966. - сб.4. - с.322-326.

2. Галанин, Н.Ф. Лучистая энергия и ее гигиеническое значение /Н.Ф. Галанин. - Л.: Медицина, 1969. - с.107-145.

References:

1. Belikova, V.K. Natural ultraviolet radiation and its bacterial value / V.K. Belikova, ed. N.M. Danzig/ Ultraviolet radiation /Medical. - M., 1966. - sb.4. -p.322-326.

2. Galanin, N.F. Radiant energy and its hygienic importance /N.F. Galanin. - L.: Medical, 1969. - p.107-145.

Ключевые слова: спектрометр, стекло, покрытие, прозрачность, длина волны, ультрафиолетовая радиация, излучение, инсоляция, обеззараживание

Key words: spectrometer, glass, coating, transparency, wavelength, ultraviolet radiation, radiation, insolation, disinfection

420043 Республика Татарстан, г. Казань, ул. Зеленая, д.1, КГАСУ тел.: (843) 526-93-42, факс: (843) 238-79-72 (дляХаликовой),

e-mail: [email protected]

Рецензент Зам. генерального директора по научной работе ГУП «Татинвестгражданпроект» доктор технических наук И.С.Абдрахманов