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建筑遮阳产品遮阳性能检测技术研究

发布时间: 04/11 04:11 编辑: 来源: 阅读: 45 次 

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活动概况:近日,2012建筑节能与绿色科技周在上海展览中心举办,来自全国各地以及德国、日本、新加坡、瑞典和台湾等国家和地区约600余业界人士参加了科技周的学术会议和专家论坛等相关活动。在“发展建筑遮阳 共创节能社会”高峰论坛上,上海市建筑科学研究院(集团)有限公司 室主任 高级工程师:岳鹏发表了题为“建筑遮阳产品遮阳性能检测技术研究”的主题演讲。

 

以下为演讲实录:

 

我今天的发言主要是针对建筑遮阳产品国内外相应的检测技术,进行系统的梳理和研究。并且利用我院自主研发的人工光源的测试平台对于多种建筑遮阳产品,它的遮阳系数、遮阳效果到底怎么样,进行了测试、分析和研究。今天在这里和大家分享一下。

 

 图为:上海市建筑科学研究院(集团)有限公司室主任、高级工程师:岳鹏

 

我们都知道建筑遮阳能够有效的减少太阳辐射,减少夏季空调的辐射,是一种非常好的节能形式。这些年来在政府的推动下,建筑遮阳有了比较快速的发展。特别是07年以后住建部先后主编了一系列的建筑遮阳的检测方法、产品标准、技术规程。从技术层面上促进了建筑遮阳的快速发展。这些年来各地也将建筑遮阳技术列入了建筑节能的重点任务,开始大力的推广。比如说上海地区在去年出台的《居民建筑节能设计规范》当中已经明确的提出:对于窗墙比例0.3以上的东西向墙壁不带遮阳;窗墙比是0.35以上,东西向和南向不带遮阳。今年上海市也出台了对于既有建筑400万方的建筑遮阳节能改造的补贴。除了上海,包括北京地区最近也在出台建筑遮阳比较有利的政策推动。可以预见遮阳行业未来会有非常美好的发展前景。但是我们在发展的过程当中也面临着困惑,就是目前还没有办法精确的评价各种遮阳产品节能的效果,缺少比较准确的测量遮阳产品的测试方法。现在设计师比较多的是关注厂家遮阳产品的遮阳系数是多少,因为很多设计规范当中对于遮阳系数有一个明确的要求:遮阳系数要小于多少,你的产品能够达到多少。但是很多厂家现在没有办法回答这个问题。这可能也是影响设计师在设计选型以及遮阳应用当中比较关键性的问题。

 

我们要想明白遮阳产品的性能,首先要知道它的具体评价指标。通常来说对于建筑遮阳产品最重要的评价指标是遮阳系数。但是遮阳系数在不同的标准当中由于它的定义不一样,测试方法不一样,常常会碰到一些玻璃的遮阳系数、窗户的遮阳系数、遮阳产品的遮阳系数。所以,首先我们要弄明白遮阳系数是什么。

 

首先,看玻璃的遮阳系数,按照我们国家标准2680/1994版,通过客观系统的太阳能检测对相同条件、相同面积的标准玻璃,即3mm透明玻璃太阳能总投射比的比值。公式是Se=G:Ts,G是试样的太阳能总投射比,它有两部分组成:一部分是太阳光直接入射到强度,还有一部分是玻璃吸收以后进入到室内的部分。这两种能量的组合就是太阳能总投射比。Ts是3mm普通透明平板玻璃的太阳能总投射比。这两个比值是遮阳系数,一般来说在2680里面Ts是0.889,还有一部分J151在国外通用的是0.87。这里大家要注意一下Ts在不同的标准当中是不一样的。

 

对于窗户遮阳系数,首先也是要取得太阳能总投射比。它的计算公式是窗太阳能总投射比乘以相应的玻璃面积,再加上窗框的太阳能总投射比乘以窗框的面积除以整个窗户的面积,然后再除以0.87得出窗的遮阳系数。这是常用的玻璃和窗的遮阳系数。但是遮阳产品的遮阳系数与它有一些不同,根据JG/T281-2010《建筑遮阳产品隔热性能试验方法》,在标准测试工况下测试遮阳产品和3mm白玻的组合得热量与3mm白玻基准得热量比值。它的公式是Q2×Q1,基准的热量Q1是指在标准测试工况下,单位时间、单位测试基本没有遮阳产品,也就是3mm白玻总热量。Q2代表的是组合的热量,是指在标准的工况下,单位时间、单位测试面积基本有遮阳产品。这两个热量的比值是遮阳系数,后面所有的测试基础就是在政府规范的基础上。

 

第二部分:国内外对于建筑遮阳性能检测技术研究。国内外对建筑遮阳产品的遮阳性能的评定大多和窗户结合在一起。我们对于遮阳产品遮阳效果的评价有两种方式,一种是模拟计算的方法。另外一种是通过实际测试的方法。实测的方法有两种,一种是人工光源法,一种是自然光源法。人工光源法:采用人工模拟的光源模拟实际太阳,人为创造室外环境条件,通过计量透过试件的热量来得到遮阳系数。自然光源法:在室外自然环境下发射两个箱体,一个加外遮阳,一个不加外遮阳。通过对比两个箱体的热环境进行测定。

 

国外对相应标准的研究从80年代就已经开始了,并且进行过比较多的测试方法。做的比较突出的是89年加拿大国家研究中心建立的一套可以检测建筑门窗太阳热系数的实验装置,它是由独特的单源氢气弧光灯构成,可以模拟150-1100W的太阳能辐射。1997年美国劳伦斯伯克利国家实验室研究出一台关于建筑外窗的现场实验的测试装置,这套测试装置可以移动,而且方向可以随意调整。这套装置用来进行遮阳产品性能的测试、性能评估,包括一些软件模拟的检验都起到比较重要的作用,也可以说是现在很多遮阳产品模拟测试箱体的鼻祖。在墨西哥国家研究技术发展中心使用了1000W的钨丝灯作为模拟光源,设计了一套简易的实验装置,对不同类型的玻璃遮阳性能进行了实验研究。由于它的光源比较小,辐射强度又不够均匀,没有进行大质量的遮阳构件测试,只是进行了玻璃性能方面的测试。

 

我们国内这些年来的研究主要还是参考借鉴国外的方法。2002年华南理工大学孟教授采用防护热箱法对广州地区某居住建筑顶层房间西向外窗的热阻R和遮阳系数Sc进行了现场测试。2004年深圳建筑院的朴志华研发了一些动态可调试的建筑遮阳系统的检测装置。上海建筑院曹院长统计了室外动态对比的测试平台,利用这个平台测试研究了室内太阳能得热情况。这是我们国内研究的进展。

 

通过国内外的研究比较可以发现刚刚提到的多种研究,除了加拿大国家太阳能实验室和墨西哥国家研究技术发展中心采用的是人工模拟光源,其他实验室都是以实际的太阳作为光源。因为自然光源的方法接近于实际的工况,能反映产品在实际环境条件下的性能,但受制于自然条件,比如上海地区可能在满足辐照强度一定的条件下,在5-10月份才可以进行测试。再加上上海有一些梅雨季节、阴天,就没有办法进行大规模的测试。另外试验周期比较长,且不具有重复性,在不同环境条件下测出来的数据差异很大,只适合于科研,不利于遮阳产品性能的评定。人工光源是在统一标准的环境条件下可以重复多次测试,缩短试验周期,能够很好的解决遮阳系数测试的问题。

 

基于此我们院进行了遮阳系统测试平台的研发,这个平台主要有四个箱体组成。外围护是一个防护箱体,用来维护实验室恒定的环境条件,内层有三个箱体可以模拟夏季的室外、冬季室外以及室内的环境条件,整个测试箱体呈“V字型”的结构,能够同时满足门窗、玻璃遮阳产品的遮阳系数、得热系数和太阳能系数的性能测试。

 

这是我们的人工光源,采用的是达到光伏标准的模拟光源,辐射强度能够达到1200w平方。我们做了五组实验,首先选用了3mm的白玻,还有内置百叶中空玻璃。3mm的白玻SHGC值和理论值是一致的,可以进行验算。内置百叶中空玻璃可以进行模拟计算,也是可以和实测值进行验算。

 

另外我们选择了三种不同的像外遮阳百叶帘、硬卷帘以及硬遮阳窗进行测试研究。首先我们看3mm白玻,实验前设置好各箱体及冷水温度,其中防护箱设置为26度,夏季箱体设置为35度,室内加热系数根据室内环境变化进行水温调节,保证室内的环境温度在26度的范围之内。通过测试发现3mm白玻SHGC值是0.86,理论上3mm白玻是0.87,相差大概是在1%,也就是说这个测试方法是比较可确信的。

 

另外又做了内置百叶中空玻璃,这是普通的5+16A+5mm的玻璃型号,是一个透明的玻璃,叶片宽度为12.4mm,百叶可进行翻转。我们在完全关闭的状态下进行了实测,测试结果是0.19。另外用Win6的软件进行了模拟计算,首先对于中空玻璃系数进行了测试,然后导入OPTICS软件中,测量百叶的光谱曲线,并将百叶信息输入到Win6软件中,通过设置百叶宽度,间距和翻转角度完成了Win6的计算,得出来的结果是0.18,和前面的遮阳系数0.19的实测是非常接近的。通过这两个面积,我们认为这样的实测方法是非常可信的。

 

第三个做了一个硬卷帘的测试,我选用的是新型的硬卷帘,因为通常常用的硬卷帘完全是关闭的,没有必要测试。这一种是中空金属卷帘,中间连接,有一定的开孔率。测试这个产品的结果是0.34。

第四个做了金属百叶帘,百叶宽度是65mm,翻转角度一个是完全关闭,还有翻转45度的情况下进行了测试。

 

第五个选用了一体化窗的形式,做了四组实验,一个是普通的铝合金推拉窗,尺寸是1.5m×1.5m,中空玻璃是5+9A+5普通中空玻璃。我们做了四组实验:单纯窗的、外遮阳加窗的、内遮阳加窗的、外遮阳加窗加内遮阳。

 

我们来看一下最后的结果,首先看第一组3mm白玻。它的理论SHGC值是0.87,实验测出来的结果是0.86。内置百叶中空玻璃SHGC值是0.18,实测是0.19。这两组数据表明都非常的接近理论值,可以说我们的测试方法确实比较科学。第三组是做了硬卷帘,遮阳系数是0.34。第四组是做了金属百叶帘,一个是0度,一个是45度翻转。0度是完全关闭,但是遮阳系数非常好,是0.14。45度是0.38。第五组是做了和铝合金推拉窗一起做了一体化窗,当我们单纯的选择铝合金推拉窗的时候,它的遮阳系数是0.60;当加了内遮阳卷帘之后,它的遮阳系数变成0.23。这个卷帘的性能是不错的,它的反射率相当高,属于透过率比较低的卷帘。还有一组是外遮阳卷帘加上推拉窗,它的遮阳系数就更好了,是0.19。最后一组是内外结合,更好的是0.15。

 

结论:

 

一、通过我们的研究发现,利用人工平台的测试,对3mm白玻和内置百叶中空玻璃进行测试,同时也用模拟计算的方法进行验证,发现两者结果偏差分别为1%、5%,验证了试验平台的准确性。

 

二、选取硬卷帘、外遮阳百叶帘、内置百叶中空玻璃等典型遮阳产品进行遮阳系数测试,测试结果表明:新型硬卷帘遮阳系数为0.34,内置百叶中空玻璃完全关闭时遮阳系数在0.19左右,外遮阳金属百叶帘在帘片完全关闭时遮阳系数为0.14,这些产品都具有很好的遮阳效果,均满足各个设计规范要求。

 

三、外遮阳金属百叶帘在帘片完全关闭时遮阳系数为0.4,帘片翻转45度时遮阳系数为0.38,说明翻转角度对遮阳系数的影响较大。

 

四、测试结果表明,内置百叶遮阳产品的效果应该是在0.4-0.6之间,是一个很好的遮阳产品。但是实测结果发现它在完全关闭状态下,它的遮阳系数可以达到0.19,与外遮阳织物卷帘+铝合金推拉窗遮阳效果相当。这出乎我们的意料,我们一直觉得内置百叶中空玻璃遮阳效果不是很好,但从实际测试的结果来看还是相当不错的,和外遮阳卷帘的效果是相当的。我也做了一下推算,它在百叶完全关闭的时候,能够阻挡大约84%的太阳能辐射源。

 

五、一体化窗的测试结果表明,外窗+内遮阳产品的遮阳系数是0.23。当然外遮阳的效果比内遮阳效果好,若同时采用外遮阳和内遮阳效果更佳。

 

六、利用人工光源测试平台,采用的是手动调节可以快速的使系统达到稳定,每一个测试周期大概是4-5个小时,我们把这个测试周期已经大大的缩小了。通过人工光源测试方法能够比较快速、准确的测量出遮阳效果。这也是我们推荐的一种方法。

 
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关于征集《绿色建材评价标准》—遮阳
关于开展窗饰遮阳行业品牌之旅活动的
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建筑遮阳产品遮阳性能检测技术研究
ZY-2B型建筑遮阳系数测试系统
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