CN117146906A - 一种建筑围护结构的综合性能检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑围护结构的综合性能检测系统及方法，所述系统包括全光谱太阳模拟气候舱、室内环境模拟舱、环境隔离室以及终端设备；全光谱太阳模拟气候舱用于模拟真实的室外气候环境，室内环境模拟舱用于模拟室内的微气候环境，环境隔离室用于在室内环境模拟舱的外部模拟相同的室内微气候环境，终端设备用于控制全光谱太阳模拟气候舱、室内环境模拟舱及环境隔离室以进行多参数场耦合的稳态测试和动态测试，并计算建筑围护结构的热工性能、光热性能、光学性能以及电学性能。本发明采用全光谱太阳模拟气候舱能够有效模拟真实的太阳光谱，且能够进行多参数场耦合的稳态测试和动态测试，有效提高了建筑围护结构性能检测的准确性以及多样性。

Description

一种建筑围护结构的综合性能检测系统及方法

技术领域

本发明涉及建筑围护结构性能检测技术领域，尤其涉及一种建筑围护结构的综合性能检测系统及方法。

背景技术

当前人居环境随着功能复合、结构性能、物理性能、节能减排、建筑工业化等方面需求的不断提高，其设计与营造日益趋向于复杂化和精细化，诸多传统方法已不再适用，急需相应的智能化与数字化设计与营造方法，为大型公共建筑与高密度城市设计提供理论依据和数据支撑，实现人居环境智能营造、动态感知与全生命周期低碳节能目标。随着经济的不断发展，建筑围护结构的安全性和耐久性问题受到广泛关注，而建筑围护结构较为复杂，往往需要通过试验来验证建筑围护结构的性能。

目前的建筑围护结构性能检测系统中环境模拟舱均采用热效应光源来模拟太阳辐射，但是热效应光源的光谱与太阳光谱差异较大，且不同材料对不同波段的反射比、透射比都不一样，导致并不能准确反映围护结构材料复杂的物理过程，不适用对光谱有选择透过/反射性的围护结构材料。并且，目前的检测系统缺乏复杂耦合环境模拟，检测功能单一，无法模拟在复杂耦合环境下各种能量的作用机制，且测出的参数一般局限于稳态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种建筑围护结构的综合性能检测系统及方法，采用全光谱太阳模拟气候舱能够有效模拟真实的太阳光谱，且能够进行多参数场耦合的稳态测试和动态测试，有效提高了建筑围护结构性能检测的准确性以及多样性。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种建筑围护结构的综合性能检测系统，包括全光谱太阳模拟气候舱、室内环境模拟舱、环境隔离室以及终端设备；

所述室内环境模拟舱安装于所述全光谱太阳模拟气候舱的内部，所述室内环境模拟舱的一面作为测试面，用于安装建筑围护结构的测试件，且所述测试面与所述全光谱太阳模拟气候舱连通；所述室内环境模拟舱的外部安装有所述环境隔离室，且所述测试面未被所述环境隔离室隔离；所述终端设备与所述全光谱太阳模拟气候舱、所述室内环境模拟舱以及所述环境隔离室电连接；

所述全光谱太阳模拟气候舱用于模拟真实的室外气候环境，所述室内环境模拟舱用于模拟所述建筑围护结构实际使用时室内的微气候环境，所述环境隔离室用于在所述室内环境模拟舱的外部模拟与所述室内环境模拟舱相同的微气候环境，所述终端设备用于控制所述全光谱太阳模拟气候舱、所述室内环境模拟舱及所述环境隔离室以进行多参数场耦合的稳态测试和动态测试，并根据测试参数计算所述建筑围护结构的综合性能；所述综合性能包括热工性能、光热性能、光学性能以及电学性能。

作为上述方案的改进，所述全光谱太阳模拟气候舱包括全光谱太阳能模拟器、电动仿日轨道、第一恒温恒湿设备、第一风机、外侧导流板以及降雨发生器；

所述全光谱太阳能模拟器安装于所述测试件的前方，用于模拟太阳辐射；

所述电动仿日轨道安装于所述室内环境模拟舱的底部，用于模拟太阳入射角度；

所述第一恒温恒湿设备安装于所述全光谱太阳模拟气候舱的内部，用于控制所述全光谱太阳模拟气候舱的温度和湿度；

所述第一风机安装于所述全光谱太阳模拟气候舱的内部，用于模拟室外环境的风速；

所述外侧导流板安装于所述测试件的前方，用于模拟天空背景辐射以及形成层流风场；

所述降雨发生器安装于所述测试件的前方，用于模拟不同程度的降雨量。

作为上述方案的改进，所述全光谱太阳能模拟器包括多个金属卤化物灯、导热板、外部控温设备、保温隔离罩以及石英玻璃；所述金属卤化物灯的后侧包裹有所述保温隔离罩，所述保温隔离罩的内部设有导热板和所述外部控温设备，所述石英玻璃安装于所述金属卤化物灯的前方。

作为上述方案的改进，所述室内环境模拟舱包括第二风机、第二恒温恒湿设备以及太阳辐射吸收黑体；

所述第二风机安装于所述室内环境模拟舱的内部，用于模拟室内环境的风速；

所述第二恒温恒湿设备安装于所述室内环境模拟舱的内部，用于控制所述室内环境模拟舱的温度和湿度；

所述太阳辐射吸收黑体安装于所述室内环境模拟舱的内部，用于吸收所述全光谱太阳能模拟器产生的太阳辐射透过所述测试件的太阳辐射量。

作为上述方案的改进，所述环境隔离室的内部安装有第三恒温恒湿设备，用于控制所述环境隔离室的温度和湿度。

作为上述方案的改进，所述全光谱太阳模拟气候舱还包括第一数据采集单元，所述第一数据采集单元用于采集所述全光谱太阳模拟气候舱的温度、湿度、风速、太阳辐射照度以及降雨量。

作为上述方案的改进，所述室内环境模拟舱还包括第二数据采集单元，所述第二数据采集单元用于采集所述室内环境模拟舱的温度、湿度以及风速。

作为上述方案的改进，所述热工性能包括传热系数以及表面温度；

所述光热性能包括太阳得热系数、综合遮阳系数以及光热比；

所述光学性能包括可见光透射比以及总透射比；

所述电学性能包括发电量、光电转化效率、峰值功率以及综合能源性能。

作为上述方案的改进，所述全光谱太阳模拟气候舱、所述室内环境模拟舱以及所述环境隔离室均采用保温围护结构搭建。

本发明实施例还提供了一种建筑围护结构的综合性能检测方法，应用于上述任一所述的建筑围护结构的综合性能检测系统，所述方法包括：

控制全光谱太阳模拟气候舱、室内环境模拟舱以及环境隔离室达到预设的检测条件；

在所述检测条件下进行多参数场耦合的稳态测试，并输出测试参数；

当所述测试参数的变化率小于预设阈值，且测试时间达到第一预设时间时，则停止测试；

根据所述测试参数计算所述建筑围护结构的热工性能、光热性能、光学性能以及电学性能。

本发明实施例还提供了一种建筑围护结构的综合性能检测方法，应用于上述任一所述的建筑围护结构的综合性能检测系统，所述方法包括：

控制全光谱太阳模拟气候舱、室内环境模拟舱以及环境隔离室达到预设的检测条件；

控制所述全光谱太阳模拟气候舱模拟室外气候环境的动态变化，在所述检测条件下进行多参数场耦合的动态测试，并输出测试参数；

当测试时间达到第二预设时间时，则停止测试；

根据所述测试参数计算所述建筑围护结构的热工性能、光热性能、光学性能以及电学性能。

相对于现有技术，本发明实施例提供的一种建筑围护结构的综合性能检测系统及方法的有益效果在于：通过全光谱太阳模拟气候舱用于模拟真实的室外气候环境，室内环境模拟舱用于模拟建筑围护结构实际使用时室内的微气候环境，环境隔离室用于在室内环境模拟舱的外部模拟与室内环境模拟舱相同的微气候环境，终端设备用于控制全光谱太阳模拟气候舱、室内环境模拟舱及环境隔离室以进行多参数场耦合的稳态测试和动态测试，并根据测试参数计算建筑围护结构的综合性能；综合性能包括热工性能、光热性能、光学性能以及电学性能。本发明实施例采用全光谱太阳模拟气候舱能够有效模拟真实的太阳光谱，且能够进行多参数场耦合的稳态测试和动态测试，有效提高了建筑围护结构性能检测的准确性以及多样性。

附图说明

图1是本发明提供的一种建筑围护结构的综合性能检测系统的一个优选实施例的剖面示意图；

图2是本发明提供的一种建筑围护结构的综合性能检测系统的一个优选实施例的平面示意图；

图3是本发明提供的一种建筑围护结构的综合性能检测系统中传感器的布置示意图；

图4是本发明提供的一种建筑围护结构的综合性能检测系统中测试件与测试件框的正视图；

图5是本发明提供的一种建筑围护结构的综合性能检测系统中测试件与测试件框的剖面图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1是本发明提供的一种建筑围护结构的综合性能检测系统的一个优选实施例的剖面示意图。所述建筑围护结构的综合性能检测系统，包括全光谱太阳模拟气候舱、室内环境模拟舱、环境隔离室以及终端设备；

所述室内环境模拟舱安装于所述全光谱太阳模拟气候舱的内部，所述室内环境模拟舱的一面作为测试面，用于安装建筑围护结构的测试件，且所述测试面与所述全光谱太阳模拟气候舱连通；所述室内环境模拟舱的外部安装有所述环境隔离室，且所述测试面未被所述环境隔离室隔离；所述终端设备与所述全光谱太阳模拟气候舱、所述室内环境模拟舱以及所述环境隔离室电连接；

所述全光谱太阳模拟气候舱用于模拟真实的室外气候环境，所述室内环境模拟舱用于模拟所述建筑围护结构实际使用时室内的微气候环境，所述环境隔离室用于在所述室内环境模拟舱的外部模拟与所述室内环境模拟舱相同的微气候环境，所述终端设备用于控制所述全光谱太阳模拟气候舱、所述室内环境模拟舱及所述环境隔离室以进行多参数场耦合的稳态测试和动态测试，并根据测试参数计算所述建筑围护结构的综合性能；所述综合性能包括热工性能、光热性能、光学性能以及电学性能。

具体的，本发明实施例提供的建筑围护结构的综合性能检测系统包括全光谱太阳模拟气候舱100、室内环境模拟舱200、环境隔离室300以及终端设备400。其中，室内环境模拟舱200安装于全光谱太阳模拟气候舱100的内部，室内环境模拟舱200的一面作为测试面，用于安装建筑围护结构的测试件08，且测试件08能够快速拆装，测试面与全光谱太阳模拟气候舱100连通。室内环境模拟舱200的外部安装有环境隔离室300，且测试面未被环境隔离室300隔离，也就是室内环境模拟舱200的其余五个面与环境隔离室300相接。终端设备400与全光谱太阳模拟气候舱100、室内环境模拟舱200以及环境隔离室300电连接。全光谱太阳模拟气候舱100用于提供真实的多参数气象条件来模拟真实的室外气候环境，室内环境模拟舱200用于提供公共建筑内部的温湿度和风速环境条件来模拟建筑围护结构实际使用时室内的微气候环境，环境隔离室300用于在室内环境模拟舱200的外部模拟与室内环境模拟舱200相同的微气候环境，避免室内环境模拟舱200其余五个面进行热湿交换，用于消除其他壁面传热的影响。终端设备400至少包括多场耦合控制系统和光热电计量系统，其中，多场耦合控制系统用于控制全光谱太阳模拟气候舱100、室内环境模拟舱200及环境隔离室300以进行多参数场耦合的稳态测试和动态测试，光热电计量系统用于根据测试参数计算建筑围护结构的综合性能。在全光谱太阳模拟气候舱和室内环境模拟舱之间的围护结构（可替换）即为待检测的测试件，通过监测两侧的空气温湿度、辐射分布、风速、壁面热流与温度、室内环境模拟舱中第二恒温恒湿设备的制冷量、围护结构测试件发电量（如有）等参数，即可计算出围护结构的热工性能、光热性能、光学性能以及电学性能，从而对待测试的围护结构进行多维度评价，并且各种新型围护结构设计都可以通过本检测系统进行测试，例如：双层/透光/不透光幕墙/顶/门窗、内外（活动）遮阳帘/百叶、光伏围护、特朗勃墙、绿墙、相变材料、气膜等等。

需要说明的是，本发明实施例中终端设备可以安装在实验控制室，通过在实验控制室操作终端设备来控制全光谱太阳模拟气候舱、室内环境模拟舱及环境隔离室以进行多参数场耦合的稳态测试和动态测试，并根据测试参数计算所述建筑围护结构的热工性能、光热性能、光学性能以及电学性能。另外，本发明实施例中测试件框外还安装了模块化快速拆装电动百叶，可满足遮阳构件的测试。本发明实施例突破了国内现有气候实验舱尺寸的限制，可由构件尺度的研究上升到围护系统的研究尺度，从而为大型公共建筑复杂的建筑物理现象研究提供新的实验平台。可测量围护系统：试件大小：1.5m*3m（2个1.5m*1.5m 试件框纵向布置）；试件厚度：≤500mm（可调），外遮阳框≤1000mm（可调）。

本实施例采用全光谱太阳模拟气候舱能够有效模拟真实的太阳光谱，且能够进行多参数场耦合的稳态测试和动态测试，有效提高了建筑围护结构性能检测的准确性以及多样性。

在另一个优选实施例中，所述全光谱太阳模拟气候舱包括全光谱太阳能模拟器、电动仿日轨道、第一恒温恒湿设备、第一风机、外侧导流板以及降雨发生器；

所述全光谱太阳能模拟器安装于所述测试件的前方，用于模拟太阳辐射；

所述电动仿日轨道安装于所述室内环境模拟舱的底部，用于模拟太阳入射角度；

所述第一恒温恒湿设备安装于所述全光谱太阳模拟气候舱的内部，用于控制所述全光谱太阳模拟气候舱的温度和湿度；

所述第一风机安装于所述全光谱太阳模拟气候舱的内部，用于模拟室外环境的风速；

所述外侧导流板安装于所述测试件的前方，用于模拟天空背景辐射以及形成层流风场；

所述降雨发生器安装于所述测试件的前方，用于模拟不同程度的降雨量。

具体的，请参阅图2，图2是本发明提供的一种建筑围护结构的综合性能检测系统的一个优选实施例的平面示意图。本发明实施例中全光谱太阳模拟气候舱100包括全光谱太阳能模拟器、电动仿日轨道07、第一恒温恒湿设备16-23、第一风机13、外侧导流板15以及降雨发生器14。其中，全光谱太阳能模拟器安装于测试件08的前方，用于模拟太阳辐射。示例性的，全光谱太阳能模拟器安装于测试件框前方2.5-3米。电动仿日轨道07安装于室内环境模拟舱200的底部，用于模拟太阳入射角度。具体以测试件中线作为旋转轴，以光源和测试件的距离作为半径进行0-90°旋转模拟太阳入射角度。第一恒温恒湿设备安装于全光谱太阳模拟气候舱100的内部，用于控制全光谱太阳模拟气候舱的温度和湿度。其中，第一恒温恒湿设备包括回风口16、送风口17、过滤器18、除湿模块19、制冷模块20、制热模块21、加湿模块22以及风机设备23。回风口16设置于靠近全光谱太阳能模拟器的一侧，送风口17设置于靠近室内环境模拟舱200的一侧。第一风机13安装于全光谱太阳模拟气候舱100的内部，用于模拟室外环境的风速。为了实现测试件外侧风场近似层流，提高测试的准确度，第一风机可以由两套风机来组成，分别是上风机和下风机。通过研究和CFD流体模拟，上风机上端、下风机下端分别与室内环境模拟舱的上、下边缘齐平时，能实现最接近于层流的风场，风速计算标准差为0.54，有效提高了测试精度。示例性的，上下各由11个并排的轴流风机组成，上风机单风机压差400Pa，风量380m³/h，下风机单风机压差400Pa，风量430m³/h。外侧导流板15安装于测试件的前方，用于模拟天空背景辐射以及促进层流风场的形成，具体通过将测试件08外侧的石英玻璃导流板降至天空有效温度来模拟天空背景辐射。降雨发生器14安装于测试件的前方，用于模拟不同程度的降雨量。另外，本发明实施例还可以根据实际需要在全光谱太阳模拟气候舱100的内部设置红外热成像镜头05用于记录测试情况，在全光谱太阳能模拟器的底部安装轨道06用于对全光谱太阳能模拟器的位置进行调整，在测试件08的前方设置遮阳安装支架12，控温设备24。

需要说明的是，本发明实施例中全光谱太阳模拟气候舱采用分级调温方式以实现更高的控温精度，包括高温制冷机组、低温制冷机组、热泵机组、调湿机组。高温制冷机组制冷使室外侧温度在0~25℃变化可调，精度±0.1℃；低温制冷机组制冷使室外侧温度在0~-20℃变化可调，精度±0.1℃；热泵机组制热使室外侧温度在25~40℃变化可调，精度≤±0.1℃；调温机组使室内外侧湿度满足在10~95%变化可调，精度为≤±1.5%RH。全光谱太阳模拟气候舱采用顶送风，低回风的方式，上下出风口错列布置，保持温度场均匀，室内环境模拟舱试件框前侧装有导流板、风机控制室外风速，从而控制室外对流换热系数。本发明实施例中全光谱太阳模拟气候舱能实现室外自然气候中对流换热系数（风速）、温度、湿度、太阳辐射强度、太阳高度角、色温、雨量、天空有效温度七个参数场的模拟。能实现稳态与动态环境控制双工况，可稳态测量，也可模拟全天周期性气象动态变化。能实现国内所有气候区类型：严寒气候、寒冷气候、温和气候、夏热冬冷、夏热冬暖气候。能实现不同天气状况的模拟：清晨、正午、西晒、晴天、多云、全阴天降雨（主要体现在色温差别）。能实现太阳辐射照度调控范围：0~1050W/㎡，精度≤1%，跟踪方式：时控+光控（可分别控制），跟踪精度≤±1°，方位角：-180°~180°；太阳高度角调控范围至少可满足0-90°，精度≤±1°，投射距离：至少可满足3-5米可调。光谱匹配度：B级或以上，光谱范围至少可满足300~2500nm。时间均匀性：A级或以上。均匀性：B级或以上。温度调节范围至少满足-20℃~40℃，精度≤±0.1℃，相对湿度至少满足10%~95%RH，控制精度为±1.5%RH，风速范围至少满足0~8m/s，测量精度至少满足（±0.5%～±1%）。能实现环境控制精度：NRSME小于2%。

由于大型公共建筑光伏一体化围护结构涉及复杂构造系统，通常具有一定的构造厚度，因此全光谱太阳能模拟器辐射强度空间分布以及面内辐照均匀度较为关键，且太阳高度角的变化会导致空间均匀性变差，因此通过光学模拟软件进行模拟优化，确定灯阵布置位置与偏角，最终呈双列矩阵布置，整个辐照面积照度高于1000W/m2，最高1340 W/m2，最低1190 W/m2，均匀性可达94%。3m入射不同角度（长轴旋转）均匀性分布如下表：

在又一个优选实施例中，所述全光谱太阳能模拟器包括多个金属卤化物灯、导热板、外部控温设备、保温隔离罩以及石英玻璃；所述金属卤化物灯的后侧包裹有所述保温隔离罩，所述保温隔离罩的内部设有导热板和所述外部控温设备，所述石英玻璃安装于所述金属卤化物灯的前方。

具体的，本发明实施例中全光谱太阳能模拟器包括多个金属卤化物灯25、导热板26、外部控温设备27、保温隔离罩28以及石英玻璃29。金属卤化物灯25的后侧包裹有保温隔离罩28，与全光谱太阳模拟气候舱100相对隔绝，防止极寒与高湿气候对光源产生灭弧风险。保温隔离罩28的内部设有S型铜管导热板26和外部控温设备27，可带走光源产生的热量，保持灯管恒温，避免因风速与温度波动影响灯光谱与辐射强度。石英玻璃29安装于金属卤化物灯25的前方。多个金属卤化物灯25可实现通过高反射率反光罩校准其光束角为平行光，采用硬膜真空镀膜技术和高透过率高硼硅玻璃制成的滤光片，把光源光谱在300-2500nm范围校准至A级（光谱匹配0.75-1.25之间）。金属卤化物灯25前面放置有一片不影响光源光谱分布的石英玻璃29或BK7硼硅酸盐冕玻璃，与测试件08之间形成通风流道，通过外部控温设备27控制温度，从而控制前置石英玻璃29的温度作为天空背景辐射板，为实验提供天空有效温度，同时阻挡高温灯管发出的远红外辐射，也充当测试件前的导流板。

在又一个优选实施例中，所述室内环境模拟舱包括第二风机、第二恒温恒湿设备以及太阳辐射吸收黑体；

所述第二风机安装于所述室内环境模拟舱的内部，用于模拟室内环境的风速；

所述第二恒温恒湿设备安装于所述室内环境模拟舱的内部，用于控制所述室内环境模拟舱的温度和湿度；

所述太阳辐射吸收黑体安装于所述室内环境模拟舱的内部，用于吸收所述全光谱太阳能模拟器产生的太阳辐射透过所述测试件的太阳辐射量。

具体的，本发明实施例中室内环境模拟舱200包括第二风机34、第二恒温恒湿设备（由热交换器36和室外机37组成）以及太阳辐射吸收黑体35。第二风机34安装于室内环境模拟舱200的内部，用于模拟室内环境的风速。为了实现测试件内侧风场近似层流，提高测试的准确度，第二风机可以由一套风机以及一块弧形的导流板来组成。示例性的，弧形导流板优选为1/4弧形，风机由12个并排的轴流风机组成，风机单风机压差40Pa，风量190m³/h。通过研究和CFD流体模拟，风速计算标准差为0.164，有效提高了测试精度。第二恒温恒湿设备安装于室内环境模拟舱200的内部，用于控制室内环境模拟舱200的温度和湿度，且第二恒温恒湿设备中装有流量计与供回水温传感器，用于计量室内的热量。太阳辐射吸收黑体35安装于室内环境模拟舱200的内部，用于吸收全光谱太阳能模拟器产生的太阳辐射透过测试件的太阳辐射量。太阳辐射吸收黑体35采用梯台型结构与黑体，可吸收98%以上的太阳辐射，防止二次反射。通过监测第二恒温恒湿设备的供回水温度与流速可换算为制冷量，数值上扣除内部热扰、环境隔离室和测试件框的热扰后，等于待测试围护结构传入/传出室内环境模拟舱的热量，进而换算太阳得热系数。此前，可通过无太阳辐射工况下稳态传热实验，通过待测试围护结构两侧的环境温度换算传热系数。此外，通过内部和外部的光谱辐照度比值换算可见光透射比和太阳直接透射比。另外，本发明实施例还可以根据实际需要在室内环境模拟舱200的内部设置内侧导流板33，在室内环境模拟舱200的外部设置保温的隔离罩38。

需要说明的是，本发明实施例中室内环境模拟舱能实现室内对流换热系数（风速）、温度、湿度三个参数场的模拟。温度调节范围至少满足15℃～30℃，精度≤±0.1℃，相对湿度至少满足10%～95%RH，精度≤±1.5%RH，风速范围至少满足0～5m/s，测量精度（±0.5%～±1%）。室内温度通过测试的末端系统来调节，借助红外热像仪测试室内环境温度整体均匀性，可实现环境温湿度的动态控制。基于此，本发明实施例能实现光学、热工学、电学耦合测试：可测试围护结构热工性能（传热系数、表面温度）、光学性能（可见光透射比、总透射比）、光热性能（太阳得热系数、综合遮阳系数）、电学性能（光电转化效率、峰值功率、综合节能率）。能实现以下参数的测试与计量：风速、气压、温湿度、雨量、辐射量、亮度、照度、电流、电压、壁面温度、热流、热成像摄录。能实现以下测量精度：温度0.1℃、湿度1.5%、辐射1%、高度角1°、风速0.1m/s、电能0.001Wh、照度3% rdg±0.5% f.s。能实现全无接触式计量，避免传感器探头影响能量传递与转化过程造成的实验误差。能实现复杂围护结构系统的测试：双层/透光/不透光幕墙/顶/门窗、内外（活动）遮阳帘/百叶、光伏BIPV围护、特朗勃墙、绿墙、相变材料、气膜等等。可实现测量结果不确定度：≤1%。

在又一个优选实施例中，所述环境隔离室的内部安装有第三恒温恒湿设备，用于控制所述环境隔离室的温度和湿度。

具体的，本发明实施例中环境隔离室300的内部安装有第三恒温恒湿设备即空调31以及空调外机32，用于控制环境隔离室的温度和湿度，环境隔离室300采用保温围护结构30搭建。

需要说明的是，室内环境模拟舱和环境隔离室采用精密空调机组、调湿机组、电加热模组进行恒温恒湿控制并进行能量计量，精密空调机组使温度满足稳定在15~30℃变化可调，精度≤±0.1℃；调温机组使湿度满足在10~95%变化可调，精度为≤±1.5%RH。

在又一个优选实施例中，所述全光谱太阳模拟气候舱还包括第一数据采集单元，所述第一数据采集单元用于采集所述全光谱太阳模拟气候舱的温度、湿度、风速、太阳辐射照度以及降雨量。

具体的，本发明实施例中全光谱太阳模拟气候舱还包括第一数据采集单元，第一数据采集单元用于采集全光谱太阳模拟气候舱的温度、湿度、风速、太阳辐射照度以及降雨量。

在又一个优选实施例中，所述室内环境模拟舱还包括第二数据采集单元，所述第二数据采集单元用于采集所述室内环境模拟舱的温度、湿度以及风速。

具体的，本发明实施例中室内环境模拟舱还包括第二数据采集单元，第二数据采集单元用于采集室内环境模拟舱的温度、湿度以及风速。

请参阅图3，图3是本发明提供的一种建筑围护结构的综合性能检测系统中传感器的布置示意图。示例性的，数据采集单元主要分三类，分别是热工类，光学类以及电学类。热工类包括干球温度传感器、热电偶传感器、红外热成像相机、红外温度传感器、背景辐射温度传感器、湿度传感器、风速传感器、水流量传感器、水温传感器，光学类包括总辐射表（半球辐射计）、电学类包括电能表、逆变器9、储能电池10以及最大功率点追踪光伏控制器11。其中，全光谱太阳模拟气候舱装有干球温度传感器、热电偶传感器、红外热成像相机、红外温度传感器、背景辐射温度传感器、湿度传感器、风速传感器、雨量计、总辐射表（半球辐射计）安装在测试区域上方的x-y扫描仪上。室内环境模拟舱装有干球温度传感器、热电偶传感器、红外温度传感器、湿度传感器。

需要说明的是，第一数据采集单元和第二数据采集单元均与终端设备连接，终端设备接收到第一数据采集单元和第二数据采集单元的参数后，即可根据相关参数计算出围护结构的热工性能、光热性能、光学性能以及电学性能。

在又一个优选实施例中，所述热工性能包括传热系数以及表面温度；

所述光热性能包括太阳得热系数、综合遮阳系数以及光热比；

所述光学性能包括可见光透射比以及总透射比；

所述电学性能包括发电量、光电转化效率、峰值功率以及综合能源性能。

具体的，本发明实施例中热工性能包括传热系数以及表面温度；光热性能包括太阳得热系数、综合遮阳系数以及光热比；光学性能包括可见光透射比以及总透射比；电学性能包括发电量、光电转化效率、峰值功率以及综合能源性能。

作为优选方案，所述全光谱太阳模拟气候舱、所述室内环境模拟舱以及所述环境隔离室均采用保温围护结构搭建。

具体的，本发明实施例中全光谱太阳模拟气候舱、室内环境模拟舱以及环境隔离室均采用保温围护结构搭建，保证无热桥与气密性，全光谱太阳模拟气候舱和环境隔离室均匹配保温隔热门。舱体内部采用黑体材料，防止反射干扰。保温层全光谱太阳模拟气候舱、室内环境模拟舱、环境隔离室均采用300mm以上厚高密度聚氨酯泡沫注塑气密预制板，无热桥，传热系数低于0.1W/m2K，容重范围：40±2kg/m3，必要时室内环境模拟舱箱壁外侧可增设真空层，库门采用平移保温门。

相应地，本发明还提供一种建筑围护结构的综合性能检测方法，应用于上述实施例中的建筑围护结构的综合性能检测系统，所述建筑围护结构的综合性能检测方法，包括：

控制全光谱太阳模拟气候舱、室内环境模拟舱以及环境隔离室达到预设的检测条件，在所述检测条件下进行多参数场耦合的稳态测试和动态测试，得到测试参数；

根据所述测试参数计算所述建筑围护结构的热工性能、光热性能、光学性能以及电学性能。

具体的，稳态测试过程包括：

控制全光谱太阳模拟气候舱、室内环境模拟舱以及环境隔离室达到预设的检测条件；

在所述检测条件下进行多参数场耦合的稳态测试，并输出测试参数；

当所述测试参数的变化率小于预设阈值，且测试时间达到第一预设时间时，则停止测试；

根据所述测试参数计算所述建筑围护结构的热工性能、光热性能、光学性能以及电学性能。

示例性的，实验一：热工性能（传热系数、表面温度/>，/>）：

测试步骤：开启所有传感器数据采集功能，开启全光谱太阳模拟气候舱、室内环境模拟舱和环境隔离室的温湿度控制设备，使其达到测试件检测条件。当所有传感器的变化率均不再单向变化且变化率小于2%时，收集多24小时数据后结束实验，关闭上述所有仪器设备，导出数据。

测试件检测条件：

全光谱太阳模拟气候舱温度：，相对湿度/>，强迫对流平均风速，太阳辐射为：/>，降雨量/>；

室内环境模拟舱，相对湿度/>，风速采用自然对流；

环境隔离室，相对湿度/>；

测试时长：，计算采样时间/>，采样间隔：/>；

温度波动：。

测试件的传热系数值（总计算公式）：

其中：

——第/>个单位检测时间，测试件内表面与室内环境模拟舱热交换的总热流量[]；

，/>——分别为第/>个单位检测时间，测试件内侧、外侧环境温度[/>]；

——测试件的面积[/>]，在此系统中取值/>。

——稳态后参与计算的数据组数，此实验中/>

测试件内表面与室内环境模拟舱热交换的总热流量：

其中：

——第/>个单位检测时间，室内环境模拟舱中恒温设备制热流量[/>]；

——由标定试验确定的室内环境模拟舱外壁热流系数[/>]；

——由标定试验确定的测试件框热流系数[/>]；

——第/>个单位检测时间，室内环境模拟舱与环境隔离室之间的外壁内、外表面面积加权平均温度之差[/>]；

——第/>个单位检测时间，测试件框内侧外侧表面面积加权平均温度之差[]；

——单位时间内室内环境模拟舱内风机散热量[/>]。

室内环境模拟舱中恒温设备热流量：

其中：

——恒温设备中纯净水比热[/>]，在此系统中取值；

——恒温设备中纯净水密度[/>]，在此系统中取值/>;

——第/>个单位检测时间，检测的恒温设备中热/冷却水流量[/>];

——第/>个单位检测时间，检测的恒温设备中热/冷却水出水温度[/>];

——第/>个单位检测时间，检测的恒温设备中热/冷却水进水温度[/>]。

室内环境模拟舱外壁热流系数和测试件框热流系数/>由标定试验确定。标定实验保持室内环境模拟舱和全光谱太阳模拟气候舱空气温度、风速和前述检测条件一致，通过设置环境隔离室两种不同空气温度，进行两种不同工况的试验。当传热过程达到稳定之后,参与计算的数据时长应大于3小时实时计算有关参数平均值，并按下面两式联解求出热流系数/>和/>：/>

其中：

，/>——分别为两次标定试验的室内环境模拟舱恒温设备加热功率[/>]；

，/>——分别为两次标定试验的室内环境模拟舱外壁内、外表面面积加权平均温差[/>]；

，/>——分别为两次标定试验的测试件框内侧与外侧表面面积加权平均温差[/>]；

，/>——分别为两次标定试验的标准测试件两表面之间平均温差[/>]；

——标准测试件的热导[/>]；

——标准测试件面积[/>]。

标定板采用聚苯乙烯泡沫塑料板，其密度为/>，导热系数/>通过单向防护热板仪测定。传热过程达到稳定后，标定实验应在两种工况下进行，两次实验空气温差条件应满足：

其中，第个单位检测时间，环境温度/>，/>分别表征测试件内侧和外侧，将热量传至表面的空气温度和辐射温度适当的加权值，以下温度和换热系数符号已省略时间下标/>以及内侧和外侧下标/>，内侧或外侧平均环境温度/>：

辐射率：

测试件内侧或外侧的辐射换热系数：

其中：

,/>——导流板、测试件表面平均温度[℃]；

——空气平均温度[℃]；

——参与辐射换热表面的平均辐射温度[/>]；

——通过测试件的热流[/>]；

——测试件的计量面积[/>]；

，/>——导流板辐射率、测试件表面辐射率，通过红外半球辐射率仪测出，此系统中导流板/>；

——斯蒂芬常数，/>。

室内环境模拟舱壁、测试件框和测试件表面面积加权平均温度之差，/>，的计算公式：

其中：

——室内环境模拟舱外壁内、外表面加权平均温度[℃]

——测试件框热侧表面与冷侧表面加权平均温度[℃]

——分别为室内环境模拟舱五个外壁的内表面平均温度[℃]，

——分别为室内环境模拟舱五个外壁的内表面面积[/>] ，

——分别为室内环境模拟舱五个外壁的外表面平均温度[℃] ，

——分别为室内环境模拟舱五个外壁的外表面面积[/>] ，

——分别为测试件框热侧表面平均温度[℃] ，/>

——分别为试件框冷侧表面平均温度[℃] ，/>

——垂直于热流方向划分的试件框面积[/>] ，/>

请参阅图4和图5，图4是本发明提供的一种建筑围护结构的综合性能检测系统中测试件与测试件框的正视图，图5是本发明提供的一种建筑围护结构的综合性能检测系统中测试件与测试件框的剖面图。实验过程中直接由传感器测出的数据包括：

表面温度热电耦，粘贴材料表面发射率与所测表面应保持一致：

——分别为室内环境模拟舱五个外壁的内表面平均温度[℃]，；每个壁面均匀布置9个热电耦传感器，取平均值；

——分别为室内环境模拟舱五个外壁的外表面平均温度[℃]，；每个壁面均匀布置9个热电耦传感器，取平均值；

——分别为测试件框热侧表面四个区域的平均温度[℃]，/>；热电耦布置如图4所示，分别取平均值；

——分别为测试件框冷侧表面四个区域的平均温度[℃]，/>；热电耦布置如图4所示，分别取平均值；

——外侧导流板表面平均温度[℃]，均匀布置16个热电耦传感器，取平均值；

——测试件外表面平均温度[℃]，均匀布置16个热电耦传感器，取平均值；

——内侧导流板表面平均温度[℃]，均匀布置16个热电耦传感器，取平均值；

——测试件内表面平均温度[℃]，均匀布置16个热电耦传感器，取平均值；

带辐射屏蔽（发射率大于0.97）的气温传感器：

——测试件内侧气流空气温度[℃]，在导流层入口与出口各布置2个气温传感器，取平均值；

；——测试件外侧气流空气温度[℃]，在导流层入口与出口各布置2个气温传感器，取平均值；

水温传感器

——检测的恒温设备中热/冷却水进水温度[/>]，传感器置于恒温设备进水管道中；

——检测的恒温设备中热/冷却水出水温度[/>]，传感器置于恒温设备出水管道中；

流量传感器

——恒温设备中热/冷却水流量[/>]，流量传感器置于恒温设备制热/冷管道中。

实验二：光热性能（太阳得热系数、综合遮阳系数/>、光热比/>）、光学性能（可见光透射比/>、总透射比/>）、电学性能（光电转化效率/>、峰值功率/>、综合节能率）

测试步骤：开启所有传感器数据采集功能，开启全光谱太阳模拟气候舱、室内环境模拟舱和环境隔离室的温湿度控制设备，使其达到测试件检测条件。待温度恒定且波动幅度小于0.3℃时，开启金属卤化物灯，太阳辐射强度调整至测试件检测条件。当所有传感器的变化率均不再单向变化且变化率小于2%时，收集多8小时数据后结束实验，关闭上述所有仪器设备，导出数据。

测试件检测条件（稳态）：

全光谱太阳模拟气候舱温度：，相对湿度/>，强迫对流平均风速，太阳辐射为：/>，入射角度/>，降雨量/>；

室内环境模拟舱，相对湿度/>，风速采用自然对流；

环境隔离室，相对湿度/>；

测试时长：，采样间隔：/>；

温度波动：。

测试件的光热性能（太阳得热系数、综合遮阳系数/>、光热比/>）

太阳得热系数：

其中：

——第/>个单位检测时间，测试件全光谱太阳模拟气候舱侧表面入射太阳光辐射热量[/>]；

——测试件的面积[/>]，在此系统中取值/>；

——第/>个单位检测时间，测试件内表面与室内环境模拟舱热交换的总热流量[]，计算方式与实验一的公式一致；

——由实验一测出的测试件传热系数[/>]；

——第/>个单位检测时间，测试件两侧的空气温差[/>]；

——第/>个单位检测时间，测试件外侧（全光谱太阳模拟气候舱）的平均空气温度[/>]；

——第/>个单位检测时间，测试件内侧（室内环境模拟舱）的平均空气温度[/>]；

——稳态后参与计算的数据组数，此实验中/>。

测试件的综合遮阳系数：

测试件的光热比：

/>

测试件的光学性能（可见光透射比、总透射比/>）：

测试件的总透射比：

测试件的可见光透射比：

其中，测试件的光谱透射比：

其中：

——CIE 标准视见函数；

——标准照明体D65的相对光谱功率分布；

——太阳光辐射相对光谱分布；

——波长间隔；

——波长；

，/>——波长为/>时，测试件外侧与内侧测试件表面平均光谱辐照度。

测试件的电学性能（发电量、光电转化效率/>、峰值功率/>、综合能源性能/>）

测试件的发电量：

测试件的光电转化效率：

测试件标准工况（STC）下的峰值功率：

其中：

,/>——光电转化效率与瞬时光电转化效率[/>];

——测试件表面瞬时太阳辐射通量[/>]；

——测试件瞬时直流功率[/>]；/>

——测试件瞬时直流电压[/>]；

——测试件瞬时直流电流[/>]；

——时间[s]；

测试件综合能源性能：

其中：

——空调系统处于制冷工况时，取值为1；处于制热工况时，取值为2；

——建筑采用的空调系统的能效比，制热/冷循环当中所产生的制热/冷量和所消耗的电能之比，可采用设计理论值。

实验过程中直接由传感器测出的数据包括：

带辐射屏蔽的气温传感器：

——测试件内侧气流空气温度[℃]，在导流层入口与出口各布置2个气温传感器，取平均值；

；——测试件外侧气流空气温度[℃]，在导流层入口与出口各布置2个气温传感器，取平均值；

太阳光辐照度：

——测试件表面瞬时太阳辐射通量[/>]，由光谱辐射照度传感器测出；

——波长为/>时，测试件外侧测试件表面平均光谱辐照度[/>]，由光谱辐射照度传感器测出；

——波长为/>时，测试件内侧测试件表面平均光谱辐照度[/>]，由光谱辐射照度传感器测出；

电流电压参数：

——测试件瞬时直流电压[/>]，由最大功率点追踪光伏控制器测出；

——测试件瞬时直流电流[/>]，由最大功率点追踪光伏控制器测出。

实验三：电学性能（功率温度系数）

测试件检测条件（稳态）：

全光谱太阳模拟气候舱温度，相对湿度/>，强迫对流平均风速，太阳辐射为/>，入射角度/>，降雨量/>；

室内环境模拟舱，相对湿度/>，风速采用自然对流；

环境隔离室，相对湿度/>；

达到稳态后测试时长：，采样间隔：/>；

温度波动：。/>

其中测试需进行3次以上，时，设定温度/>分别为/>，/>，；

其中：

，/>，/>——设定温度分别为/>，/>，/>时，测试件的瞬时光电转化效率[/>];

,/> ,/>——设定温度分别为/>，/>，/>时，测试件（电池片）的表面温度[/>]

具体的，动态测试过程包括：

控制全光谱太阳模拟气候舱、室内环境模拟舱以及环境隔离室达到预设的检测条件；

控制所述全光谱太阳模拟气候舱模拟室外气候环境的动态变化，在所述检测条件下进行多参数场耦合的动态测试，并输出测试参数；

当测试时间达到第二预设时间时，则停止测试；

根据所述测试参数计算所述建筑围护结构的热工性能、光热性能、光学性能以及电学性能。

示例性的，动态测试步骤：在控制系统中输入全天外环境气象参数，步长5分钟。开启所有传感器数据采集功能，开启全光谱太阳模拟气候舱、室内环境模拟舱和环境隔离室的温湿度控制设备，使其达到测试件检测条件。辐射强度和仿日轨道角度均从0开始。点击开始测试，外环境气象参数会按照设定模拟一天中气象的动态变化，当一天的模拟结束后，结束实验，关闭上述所有仪器设备，导出数据。

测试件检测条件：

全光谱太阳模拟气候舱温度、相对湿度、强迫对流平均风速、太阳辐射、降雨量按照实验所需要模拟的气候区典型日气象数据输入逐时平均值，太阳直射夹角需要根据太阳方位以及测试件安装朝向进行转换。

室内环境模拟舱，相对湿度/>，风速采用自然对流；

环境隔离室，相对湿度/>；

测试时长：，采样间隔：/>；

温度波动：。

测试件的光、热、电学性能通过瞬态测试数据，按照上述公式计算得出，不在不同时间上进行平均或积分，通过绘制曲线图进行分析评价。

本发明实施例提供了一种建筑围护结构的综合性能检测系统及方法，通过全光谱太阳模拟气候舱用于模拟真实的室外气候环境，室内环境模拟舱用于模拟建筑围护结构实际使用时室内的微气候环境，环境隔离室用于在室内环境模拟舱的外部模拟与室内环境模拟舱相同的微气候环境，终端设备用于控制全光谱太阳模拟气候舱、室内环境模拟舱及环境隔离室以进行多参数场耦合的稳态测试和动态测试，并根据测试参数计算建筑围护结构的综合性能；综合性能包括热工性能、光热性能、光学性能以及电学性能。本发明实施例采用全光谱太阳模拟气候舱能够有效模拟真实的太阳光谱，且能够进行多参数场耦合的稳态测试和动态测试，有效提高了建筑围护结构性能检测的准确性以及多样性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种建筑围护结构的综合性能检测系统，其特征在于，包括全光谱太阳模拟气候舱、室内环境模拟舱、环境隔离室以及终端设备；

所述室内环境模拟舱安装于所述全光谱太阳模拟气候舱的内部，所述室内环境模拟舱的一面作为测试面，用于安装建筑围护结构的测试件，且所述测试面与所述全光谱太阳模拟气候舱连通；所述室内环境模拟舱的外部安装有所述环境隔离室，且所述测试面未被所述环境隔离室隔离；所述终端设备与所述全光谱太阳模拟气候舱、所述室内环境模拟舱以及所述环境隔离室电连接；

所述全光谱太阳模拟气候舱用于模拟真实的室外气候环境，所述室内环境模拟舱用于模拟所述建筑围护结构实际使用时室内的微气候环境，所述环境隔离室用于在所述室内环境模拟舱的外部模拟与所述室内环境模拟舱相同的微气候环境，所述终端设备用于控制所述全光谱太阳模拟气候舱、所述室内环境模拟舱及所述环境隔离室以进行多参数场耦合的稳态测试和动态测试，并根据测试参数计算所述建筑围护结构的综合性能；所述综合性能包括热工性能、光热性能、光学性能以及电学性能。

2.如权利要求1所述的建筑围护结构的综合性能检测系统，其特征在于，所述全光谱太阳模拟气候舱包括全光谱太阳能模拟器、电动仿日轨道、第一恒温恒湿设备、第一风机、外侧导流板以及降雨发生器；

所述全光谱太阳能模拟器安装于所述测试件的前方，用于模拟太阳辐射；

所述电动仿日轨道安装于所述室内环境模拟舱的底部，用于模拟太阳入射角度；

所述第一恒温恒湿设备安装于所述全光谱太阳模拟气候舱的内部，用于控制所述全光谱太阳模拟气候舱的温度和湿度；

所述第一风机安装于所述全光谱太阳模拟气候舱的内部，用于模拟室外环境的风速；

所述外侧导流板安装于所述测试件的前方，用于模拟天空背景辐射以及形成层流风场；

所述降雨发生器安装于所述测试件的前方，用于模拟不同程度的降雨量。

3.如权利要求2所述的建筑围护结构的综合性能检测系统，其特征在于，所述全光谱太阳能模拟器包括多个金属卤化物灯、导热板、外部控温设备、保温隔离罩以及石英玻璃；所述金属卤化物灯的后侧包裹有所述保温隔离罩，所述保温隔离罩的内部设有导热板和所述外部控温设备，所述石英玻璃安装于所述金属卤化物灯的前方。

4.如权利要求3所述的建筑围护结构的综合性能检测系统，其特征在于，所述室内环境模拟舱包括第二风机、第二恒温恒湿设备以及太阳辐射吸收黑体；

所述第二风机安装于所述室内环境模拟舱的内部，用于模拟室内环境的风速；

所述第二恒温恒湿设备安装于所述室内环境模拟舱的内部，用于控制所述室内环境模拟舱的温度和湿度；

所述太阳辐射吸收黑体安装于所述室内环境模拟舱的内部，用于吸收所述全光谱太阳能模拟器产生的太阳辐射透过所述测试件的太阳辐射量。

5.如权利要求4所述的建筑围护结构的综合性能检测系统，其特征在于，所述环境隔离室的内部安装有第三恒温恒湿设备，用于控制所述环境隔离室的温度和湿度。

6.如权利要求5所述的建筑围护结构的综合性能检测系统，其特征在于，所述全光谱太阳模拟气候舱还包括第一数据采集单元，所述第一数据采集单元用于采集所述全光谱太阳模拟气候舱的温度、湿度、风速、太阳辐射照度以及降雨量。

7.如权利要求6所述的建筑围护结构的综合性能检测系统，其特征在于，所述室内环境模拟舱还包括第二数据采集单元，所述第二数据采集单元用于采集所述室内环境模拟舱的温度、湿度以及风速。

8.如权利要求1至7中任一项所述的建筑围护结构的综合性能检测系统，其特征在于，所述热工性能包括传热系数以及表面温度；

所述光热性能包括太阳得热系数、综合遮阳系数以及光热比；

所述光学性能包括可见光透射比以及总透射比；

所述电学性能包括发电量、光电转化效率、峰值功率以及综合能源性能。

9.如权利要求8所述的建筑围护结构的综合性能检测系统，其特征在于，所述全光谱太阳模拟气候舱、所述室内环境模拟舱以及所述环境隔离室均采用保温围护结构搭建。

10.一种建筑围护结构的综合性能检测方法，其特征在于，应用于如权利要求1至9中任一项所述的建筑围护结构的综合性能检测系统，所述方法包括：

控制全光谱太阳模拟气候舱、室内环境模拟舱以及环境隔离室达到预设的检测条件；

在所述检测条件下进行多参数场耦合的稳态测试，并输出测试参数；

当所述测试参数的变化率小于预设阈值，且测试时间达到第一预设时间时，则停止测试；

根据所述测试参数计算所述建筑围护结构的热工性能、光热性能、光学性能以及电学性能。

11.一种建筑围护结构的综合性能检测方法，其特征在于，应用于如权利要求1至9中任一项所述的建筑围护结构的综合性能检测系统，所述方法包括：

控制全光谱太阳模拟气候舱、室内环境模拟舱以及环境隔离室达到预设的检测条件；

控制所述全光谱太阳模拟气候舱模拟室外气候环境的动态变化，在所述检测条件下进行多参数场耦合的动态测试，并输出测试参数；

当测试时间达到第二预设时间时，则停止测试；

根据所述测试参数计算所述建筑围护结构的热工性能、光热性能、光学性能以及电学性能。