建筑外遮陽(yáng)設(shè)施節(jié)能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)方法研究進(jìn)展

1、.我國(guó)建筑外遮陽(yáng)設(shè)施節(jié)能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)方法研究進(jìn)展劉翼，蔣荃（中國(guó)建筑材料檢驗(yàn)認(rèn)證中心，國(guó)家建材工業(yè)鋁塑復(fù)合材料及遮陽(yáng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，北京，100024）摘要：建筑外遮陽(yáng)設(shè)施在我國(guó)不同地區(qū)應(yīng)用的節(jié)能效果如何評(píng)價(jià)是當(dāng)前建筑師、制造商和消費(fèi)者對(duì)外遮陽(yáng)最為關(guān)注的問(wèn)題，目前還缺乏一套統(tǒng)一、科學(xué)、操作性強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)方法。文分別對(duì)目前已發(fā)布的關(guān)于遮陽(yáng)節(jié)能評(píng)價(jià)和測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，包括擬合計(jì)算、實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)人工光源試驗(yàn)以及戶(hù)外實(shí)測(cè)，并指出了目前存在的問(wèn)題。關(guān)鍵詞：外遮陽(yáng) 遮陽(yáng)系數(shù) 節(jié)能評(píng)價(jià) 標(biāo)準(zhǔn)化0 引言建筑節(jié)能是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。遮陽(yáng)節(jié)能技術(shù)是建筑節(jié)能技術(shù)的重要組成部分，是中高緯度地區(qū)建

2、筑節(jié)能的關(guān)鍵措施。根據(jù)歐洲中央組織2005年的歐洲25國(guó)遮陽(yáng)系統(tǒng)節(jié)能及二氧化碳排放研究報(bào)告表明，在歐洲采用建筑遮陽(yáng)的建筑，總體平均節(jié)約空調(diào)用能約25%，節(jié)約采暖用能約10%左右。我國(guó)地理位置與氣候條件與歐洲迥異，既是在國(guó)內(nèi)，不同氣候區(qū)差別也較大。因此，外遮陽(yáng)設(shè)施在我國(guó)不同地區(qū)應(yīng)用的節(jié)能效果如何評(píng)價(jià)，成了建筑師、制造商和消費(fèi)者最為關(guān)注的問(wèn)題。但由于評(píng)價(jià)技術(shù)的研究基礎(chǔ)不夠，目前還缺乏一套統(tǒng)一、科學(xué)、操作性強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)方法，致使目前以發(fā)布執(zhí)行的建筑遮陽(yáng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中，都未對(duì)產(chǎn)品的節(jié)能性能提出明確的要求。本文分別對(duì)目前已發(fā)布的關(guān)于遮陽(yáng)節(jié)能評(píng)價(jià)和測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，包括擬合計(jì)算、實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)人工光源試

3、驗(yàn)以及戶(hù)外實(shí)測(cè)，并指出了目前所存在的問(wèn)題。1 建筑外遮陽(yáng)系數(shù)的計(jì)算方法1.1 固定遮陽(yáng)構(gòu)件根據(jù)JGJ 237-2011建筑遮陽(yáng)工程技術(shù)規(guī)程1的規(guī)定，固定遮陽(yáng)構(gòu)件的外遮陽(yáng)系數(shù)宜按下式計(jì)算： 式中：外遮陽(yáng)系數(shù)；外遮陽(yáng)特征值； 時(shí)，??；、外遮陽(yáng)的構(gòu)造定性尺寸，按表1確定；、擬合系數(shù)，根據(jù)建筑類(lèi)型所處氣候區(qū)域分別按照公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB 50189、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 26、夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 75和夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 134選取計(jì)算。表1 外遮陽(yáng)的構(gòu)造定性尺寸、外遮陽(yáng)基本類(lèi)型剖面圖示意圖水平式垂直式擋板式橫百葉擋板式豎百葉擋板

4、式組合式遮陽(yáng)裝置的外遮陽(yáng)系數(shù)，應(yīng)為各組成部分的外遮陽(yáng)系數(shù)的乘積。當(dāng)外遮陽(yáng)的遮陽(yáng)板采用有透光性能的材料制作時(shí)，外遮陽(yáng)系數(shù)應(yīng)按下式修正。 式中：采用可透光遮陽(yáng)材料的外遮陽(yáng)系數(shù)；采用不透光遮陽(yáng)材料的外遮陽(yáng)系數(shù)；遮陽(yáng)材料的透射比，按表2選取。表2 遮陽(yáng)材料的透射比遮陽(yáng)用材料規(guī) 格織物面料淺色0.4玻璃鋼類(lèi)板淺色0.43玻璃、有機(jī)玻璃類(lèi)板深色：0<SCg 0.60.6淺色：0.6<SCg0.80.8金屬穿孔板開(kāi)孔率： 0<0.20.1開(kāi)孔率：0.2<0.40.3開(kāi)孔率：0.4<0.60.5開(kāi)孔率：0.6<0.80.7鋁合金百葉板0.2木質(zhì)百葉板0.25混凝土花格0.5

5、木質(zhì)花格0.45注：SCg是透過(guò)玻璃窗的太陽(yáng)光透射比，與3mm平板玻璃的太陽(yáng)透射比的比值。1.2 活動(dòng)遮陽(yáng)裝置活動(dòng)外遮陽(yáng)裝置種類(lèi)很多，計(jì)算方法也十分復(fù)雜。目前，活動(dòng)外遮陽(yáng)裝置其與外窗（玻璃幕墻）組合的的綜合遮陽(yáng)系數(shù)、傳熱系數(shù)僅可計(jì)算與外窗（玻璃幕墻）面平行，且與外窗（玻璃幕墻）面緊貼的簾式外遮陽(yáng)、中間遮陽(yáng)裝置，計(jì)算按照建筑門(mén)窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程JGJ/T 151-20082的規(guī)定進(jìn)行。1.2.1 遮陽(yáng)百葉簾遮陽(yáng)百葉簾的計(jì)算方法和公式是轉(zhuǎn)化的 ISO 15099 Thermal performance of windows, doors and shading devices - Detail

6、ed calculations。在計(jì)算時(shí)，將葉片假設(shè)為全部的非鏡面反射，并忽略窗戶(hù)邊緣的作用。同時(shí)，將葉片視為無(wú)限重復(fù)，且忽略簾片的輕微撓曲影響。計(jì)算的結(jié)果與葉片的光學(xué)性能、幾何形狀和位置等因素均有關(guān)系，所以計(jì)算平行葉片構(gòu)成的百葉遮陽(yáng)裝置的光學(xué)性能時(shí)均應(yīng)予以考慮。葉片的遠(yuǎn)紅外反射率的透射特性對(duì)傳熱系數(shù)的精確計(jì)算有很大影響，所以應(yīng)詳細(xì)計(jì)算。1.2.2 遮陽(yáng)簾與門(mén)窗或幕墻組合系統(tǒng)的計(jì)算遮陽(yáng)簾與門(mén)窗或幕墻組合系統(tǒng)的計(jì)算分為簡(jiǎn)化計(jì)算和詳細(xì)計(jì)算，分別轉(zhuǎn)化的是EN 13363-1和EN 13363-2。計(jì)算這樣簾一類(lèi)的遮陽(yáng)裝置統(tǒng)一用太陽(yáng)輻射透射比和反射比、以及可見(jiàn)光透射比和反射比表示，這些值都可以采用適當(dāng)

7、的方法在垂直入射輻射下計(jì)算或測(cè)定。詳細(xì)計(jì)算遮陽(yáng)裝置十分繁瑣，需通過(guò)建模對(duì)門(mén)窗幕墻與遮陽(yáng)裝置的相互光熱作用進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)遮陽(yáng)裝飾是透空的裝置時(shí)，比如百葉、擋板、窗簾等，還需考慮不同通風(fēng)情況下通風(fēng)空氣間層的熱傳遞的影響。上述計(jì)算原理與公式均十分復(fù)雜，主要通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行，本文在此不再一一列出。2 建筑外遮陽(yáng)對(duì)熱舒適的評(píng)價(jià)方法建筑遮陽(yáng)熱舒適、視覺(jué)舒適性能與分級(jí)JG/T 277-20103已發(fā)布執(zhí)行，該標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化的是EN 14501 Blinds and shutters. Thermal and visual comfort. Performance characteristics and class

8、ification.遮陽(yáng)裝置可調(diào)節(jié)太陽(yáng)得熱以控制室內(nèi)作業(yè)溫度，改善熱舒適性。在該標(biāo)準(zhǔn)中，遮陽(yáng)裝置對(duì)熱舒適的影響主要取決于下列參數(shù)：太陽(yáng)得熱控制：太陽(yáng)能總透射比（gtot）；二次得熱：向室內(nèi)側(cè)的二次熱傳遞系數(shù)（qi, tot）； 直射透射防護(hù)：直射-直射太陽(yáng)光透射比（e, dir-dir ），為了簡(jiǎn)化計(jì)算，采用法向-法向太陽(yáng)光透射比（e, n-n）。按遮陽(yáng)裝置對(duì)室內(nèi)熱舒適性的影響大小依次由小到大分為1級(jí)至5級(jí)，其分級(jí)見(jiàn)表3。 表3 對(duì)室內(nèi)熱舒適性的影響大小分級(jí)分級(jí)12345影響很小影響較小影響中等影響較大影響很大gtotgtot0.500.35gtot0.500.15gtot0.350.10gt

9、ot0.15gtot0.10qi, totqi, tot 0.300.20qi, tot 0.300.10qi, tot 0.200.03qi, tot0.10qi, tot 0.03e, n-ne, n-n 0.200.15e, n-n 0.200.10e, n-n 0.150.05e, n-n 0.10e, n-n 0.05FcFc0.50/g0.35/gFc0.50/g0.15/gFc0.35/g0.10/gFc0.15/gFc0.10/g注： Fc為遮陽(yáng)系數(shù)該標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的上述參數(shù)的計(jì)算需根據(jù)EN 14500 Blinds and shutters - Thermal and visua

10、l comfort - Test and calculation methods計(jì)算確定。該標(biāo)準(zhǔn)國(guó)內(nèi)正在轉(zhuǎn)化制訂，名稱(chēng)為建筑遮陽(yáng)對(duì)室內(nèi)環(huán)境熱舒適與視覺(jué)舒適性能的影響及其檢測(cè)方法，該標(biāo)準(zhǔn)目前已進(jìn)入送審階段。3 遮陽(yáng)裝置節(jié)能效果實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法已有計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法的情況下研究實(shí)驗(yàn)室測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)方法主要是考慮到現(xiàn)有的計(jì)算比較成熟的主要是針對(duì)固定遮陽(yáng)構(gòu)件，不適用于林林總總的遮陽(yáng)產(chǎn)品，且無(wú)法對(duì)同類(lèi)型產(chǎn)品的節(jié)能效果橫向進(jìn)行比較。JGJ 151雖然提出了計(jì)算方法，但是公式中的參數(shù)目前比較缺乏，對(duì)于新產(chǎn)品，這些參數(shù)沒(méi)有。而參數(shù)的測(cè)量更加復(fù)雜，可供參考的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)臺(tái)更是非常少。更為關(guān)鍵的是，沒(méi)有一個(gè)有科學(xué)的試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)

11、測(cè)試方法，無(wú)法考察對(duì)于通過(guò)數(shù)學(xué)建模計(jì)算出來(lái)的結(jié)果與實(shí)際情況的相符程度。因此，在國(guó)外都投入了大量人力物力開(kāi)展了該方向的研究，比如加拿大國(guó)家太陽(yáng)能實(shí)驗(yàn)室（NSTF）、美國(guó)勞倫斯-伯克利實(shí)驗(yàn)室、瑞士聯(lián)邦材料實(shí)驗(yàn)室建筑物理實(shí)驗(yàn)室等。圖1圖3為上述三個(gè)遮陽(yáng)試驗(yàn)臺(tái)的照片。國(guó)內(nèi)則在國(guó)內(nèi)外調(diào)研的基礎(chǔ)上編制了建筑遮陽(yáng)產(chǎn)品隔熱性能試驗(yàn)方法JG/T 281-20104。圖1 NSTF門(mén)窗遮陽(yáng)試驗(yàn)臺(tái) 圖2 勞倫斯-伯克利實(shí)驗(yàn)室門(mén)窗遮陽(yáng)試驗(yàn)臺(tái)圖3 瑞士聯(lián)邦材料實(shí)驗(yàn)室建筑物理試驗(yàn)臺(tái)3.1 人工標(biāo)準(zhǔn)光源建筑遮陽(yáng)產(chǎn)品隔熱性能試驗(yàn)方法JG/T 281-2010中用遮陽(yáng)產(chǎn)品的“隔熱系數(shù)” 來(lái)表征其的隔熱性能，即反映遮陽(yáng)產(chǎn)品阻隔輻

12、射得熱和溫差傳熱的能力，用遮陽(yáng)產(chǎn)品和3mm透明平板玻璃的綜合遮陽(yáng)系數(shù)表示。綜合遮陽(yáng)系數(shù)為在規(guī)定的測(cè)試工況下，測(cè)試的遮陽(yáng)產(chǎn)品和3mm透明平板玻璃的組合得熱量與基準(zhǔn)得熱量比值。該標(biāo)準(zhǔn)才用長(zhǎng)弧氙燈模擬太陽(yáng)輻射，熱室用于模擬室外環(huán)境，冷室用于模擬室內(nèi)環(huán)境和計(jì)量。熱室溫度控制在（35±1），熱室內(nèi)氣流到達(dá)試件表面的平均風(fēng)速應(yīng)設(shè)定為3.0±0.2m/s，以模擬自然對(duì)流。冷室采用保護(hù)熱箱法，溫度控制在（26±0.5）。試驗(yàn)裝置示意見(jiàn)圖4。1熱室；2空氣處理機(jī)組；3光源；4外遮陽(yáng)試件；53mm標(biāo)準(zhǔn)透明平板玻璃；6地面；7防護(hù)室；8冷室。圖4 人工光源法試驗(yàn)裝置示意圖3.2 自然光

13、源為了測(cè)試遮陽(yáng)產(chǎn)品在實(shí)際自然光下的節(jié)能效果，JG/T 281還提出了自然光源試驗(yàn)方法。由于自然光源受地域、天氣、空氣質(zhì)量等的影響較大，短時(shí)間內(nèi)的試驗(yàn)結(jié)果復(fù)現(xiàn)性較差。但是，該方法適宜與進(jìn)行整個(gè)空調(diào)期的連續(xù)測(cè)試，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線(xiàn)采集，最后通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)空調(diào)期的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理和分析，得出的數(shù)據(jù)將最接近于實(shí)際工況，除了常規(guī)檢測(cè)外，還可以用于檢驗(yàn)數(shù)學(xué)建模計(jì)算方法的可靠性，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，該設(shè)備還可以評(píng)價(jià)遮陽(yáng)對(duì)冬季采暖能耗的影響。試驗(yàn)裝置主要由基準(zhǔn)冷室、對(duì)比冷室、防護(hù)室和控溫系統(tǒng)四部分組成，見(jiàn)圖5所示。自然光源，無(wú)遮陽(yáng)時(shí)垂直到達(dá)3mm標(biāo)準(zhǔn)透明平板玻璃的輻射照度不宜小于400W/ m2。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，環(huán)境風(fēng)速應(yīng)小于4m/s，室外溫度不宜低于8。13mm標(biāo)準(zhǔn)透明平板玻