CN101493450A - 一种对于遮阳系统遮阳效果的测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对于建筑用遮阳系统遮阳效果的测试装置，包括参比测试箱体、被测样品箱体和防护箱体，所述参比测试箱体和所述被测样品箱体被置于所述防护箱体，所述测试装置放置于转盘上，该转盘由电机带动可以 360°旋转。还包括冷水机组、计算机控制台、控制柜、风机盘管和电加热器，其中：所述风机盘管用于散发冷量；所述电加热器和所述冷水机组用于温度调节；所述控制柜用于所述测试装置的电气供电控制；所述计算机控制台用于对测试过程的控制。本发明的技术方案为适合中国境内的地理环境和气候条件的遮阳系统遮阳效果提供了一种切实可行的测试评价体系。

Description

一种对于遮阳系统遮阳效果的测试装置

技术领域

本发明涉及建筑热工性能测试技术领域，尤其涉及一种对于建筑用遮阳系统遮阳效果的测试装置。

背景技术

夏热冬冷地区的夏季，通过窗户的太阳辐射得热是影响室内热环境和空调能耗的主要因素，窗户的遮阳系数也就自然成了建筑设计和节能研究中不可或缺的参数，同时也是评价窗户热工性能的重要指标。

现行国家标准《建筑外窗保温性能分级及其检测方法》(GB8484-2002)和《建筑外窗空气渗透性能分级及其检测方法》(GB7107-2002)对窗户的传热系数和空气渗透量这两项指标做了规定，但是没有涉及到建筑遮阳性能的检测。尽管《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》(JGJ75-2003)和《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)提出了建筑外遮阳系数的计算方法，但只能针对简单的固定外遮阳，不适合复杂的建筑遮阳系统。

遮阳系统的遮阳效果主要体现在减少室内的太阳辐射得热量。而如何通过试验手段来量化太阳辐射得热量，是研究遮阳效果的关键所在。上世纪80年代，加州大学的J.H.Klems就开始了对室内太阳辐射得热量SHG(Solarheat gain)、太阳得热系数SHGC(Solar heat gain coefficient)、玻璃性能等的研究：他们搭建了一个测量太阳得热量与太阳得热系数的实验台，实验得到窗户在不同太阳入射角下的太阳辐射得热系数。Deivis L.Marinoski等也搭建了一套测量太阳辐射得热量和太阳得热系数的装置，并通过用水冷循环系统代替风冷系统改进了装置，装置能在较短的时间内快速准确的测量出窗户系统的太阳辐射得热量及太阳得热系数。但是针对中国境内的地理环境和气候条件的遮阳系统遮阳效果测试装置未形成可靠的评价体系。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对中国境内的地理环境和气候条件的遮阳系统遮阳效果测试装置，解决目前本领域测试装置标准不完善的问题。

本发明的技术方案是，一种对于遮阳系统遮阳效果的测试装置，其特征在于，包括参比测试箱体、被测样品箱体和防护箱体，所述参比测试箱体和所述被测样品箱体被置于所述防护箱体，所述测试装置放置于转盘上，该转盘由电机带动可以360°旋转。

上述的测试装置还包括冷水机组、计算机控制台、控制柜、风机盘管和电加热器，其中：

所述风机盘管用于散发冷量；

所述电加热器和所述冷水机组用于温度调节；

所述控制柜用于所述测试装置的电气供电控制；

所述计算机控制台用于对测试过程的控制。

所述的防护箱体材料是聚氨酯，箱体的厚度是10厘米；

所述参比测试箱体和所述被测样品箱体的长度均为2米，宽度均为2米，高度均为2.4米；

在所述参比测试箱体和所述被测样品箱体的前壁均有边长为1.5米的正方形开口，用于安装垂直面窗户；

在所述参比测试箱体和所述被测样品箱体的顶部均有边长为1.5米的正方形开口，用于安装天窗；

在所述防护箱体的前壁和顶部均有边长为1.5米的正方形开口，用于安装垂直面窗户和天窗；

在所述参比测试箱体和所述被测样品箱体的每个壁面按对角方向均匀布置有热流计来测量通过壁面的微量传热；

在所述参比测试箱体和所述被测样品箱体的每个壁面按对角方向均匀布置有热电偶来测量壁面温度。

在所述参比测试箱体和所述被测样品箱体的每个壁面按对角方向均匀布置有2个热流计来测量通过壁面的微量传热；

在所述参比测试箱体和所述被测样品箱体的每个壁面按对角方向均匀布置有9个热电偶来测量壁面温度。

本发明的技术方案为适合中国境内的地理环境和气候条件的遮阳系统遮阳效果提供了一种切实可行的测试评价体系。

附图说明

图1是本发明一实施例中测试装置的结构组成示意图

图2是本发明一实施例中智能光导系统示意图

图3是本发明一实施例中对智能光导系统不同朝向的太阳得热量测试结果图

图4是本发明一实施例中对智能光导系统获得的太阳得热量的每小时平均测试值vs太阳得热量每小时平均计算值比较示意图

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

构造出如图1所示的测试装置，要求附近没有建筑物阻挡测试光线，从日升到日落太阳都能照射到测试装置。整个测试装置放置于一个转盘上，转盘由电机带动可以360°旋转。测试装置由两个测试箱体、一个防护箱体、一台风冷冷水机组、测量和控制设备以及其他辅助设备组成。图中，1为冷水机组、2为计算机控制台、3为控制柜、4为风机盘管、5为电加热器、6为测试箱体、7为防护箱体、8为玻璃。

其中，防护箱体主要用来将测试箱体和环境隔离，从而减少测试箱体和环境的传热。箱体的材料选用聚氨酯，它的保温性能及强度都能满足要求。箱体厚度为10cm。在测试箱体前壁及顶部分别留有两个(1.5m×1.5m)洞口，分别用于安装垂直面窗户及天窗。在测试时，防护箱体和测试箱体温度共同保持在24℃，理论上除安装玻璃一面，测试箱体其余各面与外界基本无传热量。

两个测试箱体(2m×2m×2.4m)主要用于对比试验。它们的前壁及顶部也留有和防护箱体一样的两个洞口。每个测试箱体内分别安装有一台风机盘管机组和电加热器，风机盘管用来带走房间内的热量，电加热器用于平衡房间内的热量。同时为了使测量结果更加精确，在测试箱体每个壁面按对角方向均匀布置热流计来测量通过壁面的微量传热。同时为了解壁面温度的均匀性，在测试箱体每个壁面按对角方向均匀布置了热电偶来测量壁面温度。

散热器采用风冷冷水机组，位于测试装置的一角。为满足试验在不同天气条件下运行，风冷冷水机组选用两台并联的压缩机，一般情况下只需运行一台压缩机，当太阳辐射得热量较多而箱体内温度不能控制在设定值时，两台压缩机同时运行。风冷冷水机组同样适用于冬季试验的运行，只需先运行风机盘管和电加热，将冷水机组的循环水温度提高到8℃以上，机组便可自动运行。由于测试进行过程中，回水温度基本保持不变，因此机组不会因低温保护而停机。

测试装置主要测量仪表数量及其精度如表1、2所示。

表1  测试装置主要测量仪表及其数量

表2  测试装置主要测量仪表精度

三相电参数综合测量仪的精度是指电能量累计到1kWh时的误差。

其中防护箱体和每个测试箱体内都放置一个铂电阻用于测量箱体温度，然后将温度信号传给控制器，控制器通过比较测量温度值和设定温度值来控制固态继电器通断，从而控制电加热器开停来达到稳定房间温度的目的。每个测试箱体中另外两个铂电阻用于测量风机盘管的进出口水温。同时在测试箱体风机盘管进口管路上安装电磁流量计测量水流量。在每个测试箱体内部选取9个不同的测试点放置热电偶，用于在测试的进行过程中确保箱体内部温度均匀。由于对防护箱体温度均匀性要求相对较低，故只放置3个热电偶。为提高测试的精度，每个测试箱体内壁附有2片热流计用于测量测试箱体与防护箱体及环境的微量传热。三相电参数综合测量仪和功率变送器分别测量电加热累计耗能和风机的功率。另外，室外放置一整套便携式自动气象站，用于测量室外温湿度、风速、风向等。

试验开始前需对测试箱进行标定，主要是将对比测试箱均安装3mm厚普通玻璃(标准SHGC已知)。然后启动测控系统，使测试进行过程中确保测试箱体和防护箱体内温度保持在24℃，各点热电偶测量温差在0.5℃以内。同时控制玻璃窗内表面风速小于0.3m/s。在现场状态下比较两个测试箱测试值与理论标准值的差距，然后进行校准。标定结束后，在其中一个测试箱体上安装被测样品，另外一个箱体作为参比测试箱。选择太阳辐射强度较高的天气对样品进行测试。

基于热量平衡原理，对于每个测试箱体，在密闭的情况下，箱体内的太阳辐射得热量可由下式计算：

Q_s＝Q_fc-Q_f-Q_e-Q_wall-Q_window-Q_l(1)

其中：Q_fc＝cmΔT              (2)

$Q_{\mathrm{wall}}=\underset{i=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{q}_i{A}_i---\left(3\right)$

Q_window＝KAΔT                (4)

这样，透过玻璃总的太阳辐射得热系数由下式计算：

$\mathrm{SHGC}\left(t\right)=\frac{Q_s}{Q_w{I}_{\mathrm{SV}}}---\left(5\right)$

以上式中，Q_s为测试箱体内太阳辐射得热量，单位W；

Q_fc为风机盘管换热量，单位W；

Q_f为风机功率，单位W；

Q_e为电加热量，单位W；

Q_Wall为墙体传热量，单位W；

Q_Window为测试箱体通过窗户向环境的传热量，单位W；

Q_l为各壁面漏热量，单位W；

I_SV为垂直面接收的太阳总辐射强度，单位W/m²。

根据表2、公式(1)～(5)和测试数据分析可知，冷水机组进出口水温差的误差影响比较大。故在对测试箱标定时需将冷水机组的水流量控制在比较小的稳定状态下，同时将进出口温度的误差调试到同向误差，这样可以有效的减少进出口水温差误差带来的影响。

下面，就本发明的技术方案，在室外条件下测试一种新型遮阳系统——智能光导系统的太阳辐射得热系数，以检验本发明的技术方案的效果以及可行性。

智能光导系统是一种新型的活动外遮阳百叶，如图2所示，其中图2-a和图2-b为智能光导系统工作示意图，图2-c为试验测试时的照片。智能光导系统不仅能阻挡强烈眩光进入，还可以控制光线进入角度，并按需要的方向导入光线。这个系统既可以消除光线进入室内时产生的耀眼区域，还可以让充足的光线进入室内，能够提供一个舒适的工作和生活环境，保护私密性。导光百叶能把光线反射到天花板上，再通过天花板漫反射下来，这样整个房间就可以得到均匀而且不刺眼的采光效果。在会议进行时，上部分导光百叶呈闭合状态，下部分呈开启状态，会议参与者既可以看清演讲者展示的内容，又可以得到均匀而且不刺眼的光线，便于书写、记录。

在进行必要的标定后，在一个测试箱外安装了智能光导系统，该系统由25片百叶组成，最下面9片百叶与玻璃表面成30度角，上面16片百叶与玻璃成85度角，可达到图2-b效果。转动转盘在4个不同的时间段(10.23，10.29，11.05，11.12)分别使整个测试装置朝向正西、正北、正南和正东。

测试结果如图3所示，其中，

a，西向10月23日；

b，北向10月29日；

c，南向11月5日；

d，东向11月12日。

从图上可以看出，新型遮阳系统在图2-c模式下最大可将将一半以上的太阳辐射得热阻隔在室外。有遮阳和参比箱体的太阳得热之差即显示了遮阳的效果，当太阳辐射较稳定时，此差值也较为稳定，而当太阳辐射变化较大时，曲线波动较大，这是由于计量测试的灵敏度所造成的。太阳辐射加热室内空气，热量再由冷却水带走会产生一定的滞后效应。测试中发现室内测试箱体五个壁面的热流量在防护箱和测试箱温度都稳定在24℃时，分别都只有0.2～1W/m²，如测试箱内的太阳得热量大于50W/m²时，按最大误差计算，太阳得热量的测试值也小于10％，故实验过程中必须保证防护箱和测试箱温度稳定在24℃，同时由图3可知，要保证测试箱内的太阳得热量大于50W/m²，测试箱的朝向必须位于南、东、西三个方向中的某一方向，同时测试时室外太阳辐射强度必须大于100W/m²。

对于参比箱体，所选用的标准3mm玻璃的SHGC为已知，根据公式(5)，代入实测太阳辐射值I_SV，即可得到实测状况下参比箱体的太阳辐射得热量计算值。如图4所示，不同朝向每小时平均太阳辐射得热量的理论计算值和测试值能较好的吻合，由此可见本发明提供的测试装置是有效可行的。

Claims (11)

1、一种对于遮阳系统遮阳效果的测试装置，其特征在于，包括参比测试箱体、被测样品箱体和防护箱体，所述参比测试箱体和所述被测样品箱体被置于所述防护箱体，所述测试装置放置于转盘上，该转盘由电机带动可以360°旋转。

2、如权利要求1的对于遮阳系统遮阳效果的测试装置，其特征在于，还包括冷水机组、计算机控制台、控制柜、风机盘管和电加热器，其中：

所述风机盘管用于散发冷量；

所述电加热器和所述冷水机组用于温度调节；

所述控制柜用于所述测试装置的电气供电控制；

所述计算机控制台用于对测试过程的控制。

3、如权利要求1的对于遮阳系统遮阳效果的测试装置，其特征在于，所述的防护箱体材料是聚氨酯，箱体的厚度是10厘米。

4、如权利要求1的对于遮阳系统遮阳效果的测试装置，其特征在于，所述参比测试箱体和所述被测样品箱体的长度均为2米，宽度均为2米，高度均为2.4米。

5、如权利要求1的对于遮阳系统遮阳效果的测试装置，其特征在于，在所述参比测试箱体和所述被测样品箱体的前壁均有边长为1.5米的正方形开口，用于安装垂直面窗户。

6、如权利要求1的对于遮阳系统遮阳效果的测试装置，其特征在于，在所述参比测试箱体和所述被测样品箱体的顶部均有边长为1.5米的正方形开口，用于安装天窗。

7、如权利要求1的对于遮阳系统遮阳效果的测试装置，其特征在于，在所述防护箱体的前壁和顶部均有边长为1.5米的正方形开口，用于安装垂直面窗户和天窗。

8、如权利要求1的对于遮阳系统遮阳效果的测试装置，其特征在于，在所述参比测试箱体和所述被测样品箱体的每个壁面按对角方向均匀布置有热流计来测量通过壁面的微量传热；

9、如权利要求1的对于遮阳系统遮阳效果的测试装置，其特征在于，在所述参比测试箱体和所述被测样品箱体的每个壁面按对角方向均匀布置有热电偶来测量壁面温度。

10、如权利要求8的对于遮阳系统遮阳效果的测试装置，其特征在于，在所述参比测试箱体和所述被测样品箱体的每个壁面按对角方向均匀布置有2个热流计来测量通过壁面的微量传热；

11、如权利要求9的对于遮阳系统遮阳效果的测试装置，其特征在于，在所述参比测试箱体和所述被测样品箱体的每个壁面按对角方向均匀布置有9个热电偶来测量壁面温度。

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