建筑遮阳性能实验检测技术探讨

建筑节能是我国节能减排的一个重要领域，对推动生态文明建设起到了至关重要的作用。建筑遮阳是一种有效的建筑节能措施，此文涉及对建筑遮阳中的门窗、玻璃和其他遮阳产品遮阳性能的评价及检测技术方法。建筑遮阳能有效预防太阳光直接照进室内，减少建筑室内能源消耗，恰好符合建筑节能理念，作为未来建筑节能技术发展趋势的代表，我们需对其进行试验检测与研究，从而能有一个更高的行业标准。

1遮阳的基本形式

同一地区中，由于建筑群的不同朝向，其所受日照和太阳辐射强度不同，人们对遮阳方式的选择不同。遮阳的基本形式分为四种:水平式、垂直式、挡板式和综合式:

(1)水平式遮阳:能够有效地遮挡高度角较大、从窗口上方投射下来的太阳光，适用于接近南向的窗口，或者北回归线以南低纬度地区的北向附近的窗口;

(2)垂直式遮阳:能够有效地遮挡高度角较小、从窗侧斜射进来的太阳光，主要适用于东北和西北向附近的窗口，对高度角较大、接近日出日落时平射窗口的太阳光无遮挡作用;

(3)挡板式遮阳:能够有效地遮挡高度角较小、正射窗口的太阳光，主要适用于东、西向附近的窗口;

(4)综合式遮阳:能够有效地遮挡高度角中等、从窗前斜射下来的太阳光，遮阳效果较均匀，主要适用于东南或西南向附近的窗口。

2建筑遮阳的分类

由于选用材料和设计与制作工艺的不同，遮阳可分为绿化遮阳、结合建筑本身性质的遮阳、玻璃系统遮阳和外固定遮阳设施等:

(1)绿化遮阳:其遮阳方式最为简单，在室外栽种一些绿色植物即达到遮阳效果。但是这种方式有强制性规定，修建前后的窗地面积比和窗外可见光透射比有一定的要求;

(2)结合建筑本身性质的遮阳:其设计手法较好，例如加宽挑檐，外走廊和凸阳台上部加垂帘可起水平和部分遮挡板式遮阳作用;

(3)玻璃系统遮阳:该类遮阳是不添加其他任何构件或设施，仅利用玻璃本身达到遮阳的目的，例如在反射玻璃上贴遮阳薄膜或加防热涂料等。但对于太阳直射虽可以一定程度上解决西晒问题，却仍有相当一部分能量进去室内，无法避免太阳光线对室内物体的直接照射;

(4)外固定遮阳设施:该类遮阳可以说是现代建筑遮阳的普遍方式，因为其措施简单、建造和维护成本低，但固定遮阳设施一旦设定就难以变更，往往无法满足变化中的实际需求。固定遮阳设施对窗户遮阳的程度仅与太阳的相对位置有关，但是人们对遮阳的要求变化并非总是一致的。固定遮阳措施不能按照气候变化而做出调整，并非所有的固定遮阳设施都符合建筑物的整体美学要求，有可能会造成较大的影响。

3建筑遮阳性能的实验检测方法的技术研究

3．1建筑遮阳性能的理论原理和实验检测研究

(1)理论原理研究。美国劳伦斯伯克利国家实验室从理论上推导出内遮阳和外遮阳的太阳辐射的热系数的计算公式，科学家在1997年推导出了玻璃之间的遮阳设施的太阳辐射的热系数的理论计算公式。

(2)实验检测研究。1989年加拿大国家太阳能实验室建立了检测门窗能耗的实验测试装置，该装置可以检测建筑门窗的太阳辐射的热系数和“白天”的传热系数。

3．2建筑遮阳性能的实验检测原理与技术方法

(1)建筑遮阳性能的实验检测目的。建筑遮阳性能的实验检测主要是测试带有遮阳装置的建筑外窗和没有遮阳装置的建筑外窗在遮阳系数、遮阳能耗、及室内热环境等方面异同点，以及有无遮阳装置、遮阳装置的不同对室内采光和自然通风等方面的利弊。由于太阳辐射随地方条件不同而不同，例如季节、日期、建筑朝向等，也随太阳高度角的不同而不同，因而反映建筑遮阳性能的重要参数－遮阳系数也是动态变化的，因此建筑遮阳性能的实验检测要采用动态的检测方法。

(2)建筑遮阳系数的实验检测原理与方法。穿过窗户进去室内的热量可分为两部分，一部分是由于室内外温差所造成的温差传热，由于玻璃本身的蓄热能力很小，因此这部分热量可以按照稳态传热计算，另一部分是由于太阳辐射造成的热量传递，这部分热量中可再细分为两个部分，一部分是太阳辐射直接透过玻璃进入室内，全部成为测试箱体的得热量;另一个部分则是被玻璃吸收，然后通过对流和辐射进入室内。

检测过程中应采用相应仪器测试MoWiTT装置(由美国劳伦斯伯克利国家实验室主导研发的一套建筑外窗现场实验测试装置)的室内外参数:一个隔绝辐射的温度传感器阵列测量内部的空气温度;一个装在通风塔上的呼吸式温度传感器测量室外空气温度;一个标准的风帽式风速计测量室外自由流动的气流速度和方向;一个自动跟踪式太阳能辐射表和水平放置的日射强度计和地面辐射强度计分别测量投射在窗户竖直方向上的辐射强度个长波红外辐射。通过设定在两个窗户间特制的传感器夜间有效表面换热系数。

MoWiTT测试内容主要包括热传系数的测量和太阳辐射的热系数(SHGC)的测量:①热传系数的检测，为避免太阳辐射等干扰造成的测量误差，测量时段选在标准时间的午夜到日出。②SHGC的测量，为了建立在真实环境使用条件下可靠门窗SHGC检测方法，劳伦斯伯克利国家实验室研究出了分层分析法和光热分离法。

本实验测试中，我们在测试箱体每个壁面上贴上黑色的吸热薄膜，便于迅速充分地将太阳辐射转为测试箱体的得热量。设t时刻透过单位面积外窗进入测试箱体的得热量为q(t)=I(t)×SHGC(t)+U(f)×△T(t);式中:q(t)－t时刻透过单位面积外窗进入室内的得热量W/m^2;I(t)－t时刻投影在垂直外表面的太阳辐射强度W/m^2;SHGC(t)－t时刻建筑外窗的太阳辐射得热系数;U(f)－p建筑外窗的综合传热系数W/(m^2×K);△T－t时刻的测试箱内与室外空干球温度差°C;所以Sc=1.19×Σ(q(t)－U(f)×△T(t))/I(t)×n，式中:Sc－建筑外窗的综合遮阳系数。

(3)建筑遮阳性能的实验测试装置。建筑遮阳节能的实验检测系统由六部分组成:①两个尺寸完全相同的建筑外窗保温测试箱体及其防护箱体。考虑到实验测试时应尽量减少保温箱体围护结构的传热损失，提高检验精度，两个保温测试箱体及其防护箱体应采用高性能夹心的板材制作。

保温测试箱体应当并列竖直放置;②旋转调节装置。保温测试箱体要面对不同的朝向外窗的遮阳节能进行检测，即需要在水平方向可以任意角度进行旋转，竖直方向上在30－0度内进行调节;③制冷恒温系统。为减少检测误差，需将制冷主机的冷水温度恒定在一定温度范围内(正负0.5°C);④风机盘管自动控制系统。为减少检测误差，该检测装置通过风机盘管温度控制器将设定温度和温度传感器的温度差值维持在设定值;⑤室外环境参数测试系统。测试箱体垂直面上的太阳总辐射、水平面上的太阳散射辐射等环境参数;⑥温度热流数据采集系统。逐时采集和储存热流数据。

3．3建筑遮阳性能检测方案

分别研究水平遮阳板、垂直遮阳板、综合遮阳板在自然条件下和人工条件下的遮阳性能，主要通过研究室内温度、玻璃外表面温度、耗冷量和遮阳系数性能参数。

(1)实验检测系统误差的来源:①电网和静电的干扰。检测系统所有检测设备应在无强电场和强磁场的干扰下使用;②仪器设备误差。仪器设备由于设计、制造、合装、检验等步骤可能出现磨损、老化等现象，检测系统应选择精度较高的仪器设备，且妥善保管维护;③人为误差。因操作员而异，在检测试验中应认真仔细操作和记录。

(2)实验检测系统不确定度的合成。确定整个检测试验装置的不确定度，从对每个测量参数的不确定度的分类，再合成计算。通过检测结果，比较建筑遮阳性能的差异，使人们能够更好地选择遮阳方式及遮阳材料，增加了人们对于环保和节能的概念。

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