建筑外遮陽設(shè)施節(jié)能評價標(biāo)準(zhǔn)方法研究進(jìn)展

1、.我國建筑外遮陽設(shè)施節(jié)能評價標(biāo)準(zhǔn)方法研究進(jìn)展劉翼，蔣荃（中國建筑材料檢驗(yàn)認(rèn)證中心，國家建材工業(yè)鋁塑復(fù)合材料及遮陽產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心，北京，100024）摘要：建筑外遮陽設(shè)施在我國不同地區(qū)應(yīng)用的節(jié)能效果如何評價是當(dāng)前建筑師、制造商和消費(fèi)者對外遮陽最為關(guān)注的問題，目前還缺乏一套統(tǒng)一、科學(xué)、操作性強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)評價方法。文分別對目前已發(fā)布的關(guān)于遮陽節(jié)能評價和測試方法的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡要介紹，包括擬合計(jì)算、實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)人工光源試驗(yàn)以及戶外實(shí)測，并指出了目前存在的問題。關(guān)鍵詞：外遮陽 遮陽系數(shù) 節(jié)能評價 標(biāo)準(zhǔn)化0 引言建筑節(jié)能是我國可持續(xù)發(fā)展的必然要求。遮陽節(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國遮陽系統(tǒng)節(jié)能及二氧化碳排放研究報告表明，在歐洲采用建筑遮陽的建筑，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。我國地理位置與氣候條件與歐洲迥異，既是在國內(nèi)，不同氣候區(qū)差別也較大。因此，外遮陽設(shè)施在我國不同地區(qū)應(yīng)用的節(jié)能效果如何評價，成了建筑師、制造商和消費(fèi)者最為關(guān)注的問題。但由于評價技術(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)評價方法，致使目前以發(fā)布執(zhí)行的建筑遮陽產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中，都未對產(chǎn)品的節(jié)能性能提出明確的要求。本文分別對目前已發(fā)布的關(guān)于遮陽節(jié)能評價和測試方法的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡要介紹，包括擬合計(jì)算、實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)人工光源試

3、驗(yàn)以及戶外實(shí)測，并指出了目前所存在的問題。1 建筑外遮陽系數(shù)的計(jì)算方法1.1 固定遮陽構(gòu)件根據(jù)JGJ 237-2011建筑遮陽工程技術(shù)規(guī)程1的規(guī)定，固定遮陽構(gòu)件的外遮陽系數(shù)宜按下式計(jì)算： 式中：外遮陽系數(shù)；外遮陽特征值； 時，??；、外遮陽的構(gòu)造定性尺寸，按表1確定；、擬合系數(shù)，根據(jù)建筑類型所處氣候區(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 外遮陽的構(gòu)造定性尺寸、外遮陽基本類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、式組合式遮陽裝置的外遮陽系數(shù)，應(yīng)為各組成部分的外遮陽系數(shù)的乘積。當(dāng)外遮陽的遮陽板采用有透光性能的材料制作時，外遮陽系數(shù)應(yīng)按下式修正。 式中：采用可透光遮陽材料的外遮陽系數(shù)；采用不透光遮陽材料的外遮陽系數(shù)；遮陽材料的透射比，按表2選取。表2 遮陽材料的透射比遮陽用材料規(guī) 格織物面料淺色0.4玻璃鋼類板淺色0.43玻璃、有機(jī)玻璃類板深色：0<SCg 0.60.6淺色：0.6<SCg0.80.8金屬穿孔板開孔率： 0<0.20.1開孔率：0.2<0.40.3開孔率：0.4<0.60.5開孔率：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是透過玻璃窗的太陽光透射比，與3mm平板玻璃的太陽透射比的比值。1.2 活動遮陽裝置活動外遮陽裝置種類很多，計(jì)算方法也十分復(fù)雜。目前，活動外遮陽裝置其與外窗（玻璃幕墻）組合的的綜合遮陽系數(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、中間遮陽裝置，計(jì)算按照建筑門窗玻璃幕墻熱工計(jì)算規(guī)程JGJ/T 151-20082的規(guī)定進(jìn)行。1.2.1 遮陽百葉簾遮陽百葉簾的計(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，將葉片假設(shè)為全部的非鏡面反射，并忽略窗戶邊緣的作用。同時，將葉片視為無限重復(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)成的百葉遮陽裝置的光學(xué)性能時均應(yīng)予以考慮。葉片的遠(yuǎn)紅外反射率的透射特性對傳熱系數(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 遮陽簾與門窗或幕墻組合系統(tǒng)的計(jì)算遮陽簾與門窗或幕墻組合系統(tǒng)的計(jì)算分為簡化計(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)算這樣簾一類的遮陽裝置統(tǒng)一用太陽輻射透射比和反射比、以及可見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)算或測定。詳細(xì)計(jì)算遮陽裝置十分繁瑣，需通過建模對門窗幕墻與遮陽裝置的相互光熱作用進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)遮陽裝飾是透空的裝置時，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 建筑外遮陽對熱舒適的評價方法建筑遮陽熱舒適、視覺舒適性能與分級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.遮陽裝置可調(diào)節(jié)太陽得熱以控制室內(nèi)作業(yè)溫度，改善熱舒適性。在該標(biāo)準(zhǔn)中，遮陽裝置對熱舒適的影響主要取決于下列參數(shù)：太陽得熱控制：太陽能總透射比（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-直射太陽光透射比（e, dir-dir ），為了簡化計(jì)算，采用法向-法向太陽光透射比（e, n-n）。按遮陽裝置對室內(nèi)熱舒適性的影響大小依次由小到大分為1級至5級，其分級見表3。 表3 對室內(nèi)熱舒適性的影響大小分級分級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)國內(nèi)正在轉(zhuǎn)化制訂，名稱為建筑遮陽對室內(nèi)環(huán)境熱舒適與視覺舒適性能的影響及其檢測方法，該標(biāo)準(zhǔn)目前已進(jìn)入送審階段。3 遮陽裝置節(jié)能效果實(shí)驗(yàn)室測試方法已有計(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固定遮陽構(gòu)件，不適用于林林總總的遮陽產(chǎn)品，且無法對同類型產(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，對于新產(chǎn)品，這些參數(shù)沒有。而參數(shù)的測量更加復(fù)雜，可供參考的測量標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)臺更是非常少。更為關(guān)鍵的是，沒有一個有科學(xué)的試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)

11、測試方法，無法考察對于通過數(shù)學(xué)建模計(jì)算出來的結(jié)果與實(shí)際情況的相符程度。因此，在國外都投入了大量人力物力開展了該方向的研究，比如加拿大國家太陽能實(shí)驗(yàn)室（NSTF）、美國勞倫斯-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為上述三個遮陽試驗(yàn)臺的照片。國內(nèi)則在國內(nèi)外調(diào)研的基礎(chǔ)上編制了建筑遮陽產(chǎn)品隔熱性能試驗(yàn)方法JG/T 281-20104。圖1 NSTF門窗遮陽試驗(yàn)臺 圖2 勞倫斯-伯克利實(shí)驗(yàn)室門窗遮陽試驗(yàn)臺圖3 瑞士聯(lián)邦材料實(shí)驗(yàn)室建筑物理試驗(yàn)臺3.1 人工標(biāo)準(zhǔn)光源建筑遮陽產(chǎn)品隔熱性能試驗(yàn)方法JG/T 281-2010中用遮陽產(chǎn)品的“隔熱系數(shù)” 來表征其的隔熱性能，即反映遮陽產(chǎn)品阻隔輻

12、射得熱和溫差傳熱的能力，用遮陽產(chǎn)品和3mm透明平板玻璃的綜合遮陽系數(shù)表示。綜合遮陽系數(shù)為在規(guī)定的測試工況下，測試的遮陽產(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)才用長弧氙燈模擬太陽輻射，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)裝置示意見圖4。1熱室；2空氣處理機(jī)組；3光源；4外遮陽試件；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、源為了測試遮陽產(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)行整個空調(diào)期的連續(xù)測試，數(shù)據(jù)實(shí)時在線采集，最后通過計(jì)算機(jī)對整個空調(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，該設(shè)備還可以評價遮陽對冬季采暖能耗的影響。試驗(yàn)裝置主要由基準(zhǔn)冷室、對比冷室、防護(hù)室和控溫系統(tǒng)四部分組成，見圖5所示。自然光源，無遮陽時垂直到達(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