建筑遮陽產品遮陽性能檢測技術研究
來源：賽尚遮陽
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發布日期：2018-09-06
我們都知道建筑遮陽能夠有效的減少太陽輻射，減少夏季空調的輻射，是一種非常好的節能形式。這些年來在政府的推動下，建筑遮陽有了比較快速的發展。特別是07年以后住建部先后主編了一系列的建筑遮陽的檢測方法、產品標準、技術規程。從技術層面上促進了建筑遮陽的快速發展。這些年來各地也將建筑遮陽技術列入了建筑節能的重點任務，開始大力的推廣。比如說上海地區在去年出臺的《居民建筑節能設計規范》當中已經明確的提出：對于窗墻比例0.3以上的東西向墻壁不帶遮陽；窗墻比是0.35以上，東西向和南向不帶遮陽。今年上海市也出臺了對于既有建筑400萬方的建筑遮陽節能改造的補貼。除了上海，包括北京地區最近也在出臺建筑遮陽比較有利的政策推動。可以預見遮陽行業未來會有非常美好的發展前景。但是我們在發展的過程當中也面臨著困惑，就是目前還沒有辦法精確的評價各種遮陽產品節能的效果，缺少比較準確的測量遮陽產品的測試方法。現在設計師比較多的是關注廠家遮陽產品的遮陽系數是多少，因為很多設計規范當中對于遮陽系數有一個明確的要求：遮陽系數要小于多少，你的產品能夠達到多少。但是很多廠家現在沒有辦法回答這個問題。這可能也是影響設計師在設計選型以及遮陽應用當中比較關鍵性的問題。
我們要想明白遮陽產品的性能，首先要知道它的具體評價指標。通常來說對于建筑遮陽產品最重要的評價指標是遮陽系數。但是遮陽系數在不同的標準當中由于它的定義不一樣，測試方法不一樣，常常會碰到一些玻璃的遮陽系數、窗戶的遮陽系數、遮陽產品的遮陽系數。所以，首先我們要弄明白遮陽系數是什么。
首先，看玻璃的遮陽系數，按照我們國家標準2680/1994版，通過客觀系統的太陽能檢測對相同條件、相同面積的標準玻璃，即3mm透明玻璃太陽能總投射比的比值。公式是Se=G：Ts，G是試樣的太陽能總投射比，它有兩部分組成：一部分是太陽光直接入射到強度，還有一部分是玻璃吸收以后進入到室內的部分。這兩種能量的組合就是太陽能總投射比。Ts是3mm普通透明平板玻璃的太陽能總投射比。這兩個比值是遮陽系數，一般來說在2680里面Ts是0.889，還有一部分J151在國外通用的是0.87。這里大家要注意一下Ts在不同的標準當中是不一樣的。
對于窗戶遮陽系數，首先也是要取得太陽能總投射比。它的計算公式是窗太陽能總投射比乘以相應的玻璃面積，再加上窗框的太陽能總投射比乘以窗框的面積除以整個窗戶的面積，然后再除以0.87得出窗的遮陽系數。這是常用的玻璃和窗的遮陽系數。但是遮陽產品的遮陽系數與它有一些不同，根據JG/T281-2010《建筑遮陽產品隔熱性能試驗方法》，在標準測試工況下測試遮陽產品和3mm白玻的組合得熱量與3mm白玻基準得熱量比值。它的公式是Q2×Q1，基準的熱量Q1是指在標準測試工況下，單位時間、單位測試基本沒有遮陽產品，也就是3mm白玻總熱量。Q2代表的是組合的熱量，是指在標準的工況下，單位時間、單位測試面積基本有遮陽產品。這兩個熱量的比值是遮陽系數，后面所有的測試基礎就是在政府規范的基礎上。
第二部分：國內外對于建筑遮陽性能檢測技術研究。國內外對建筑遮陽產品的遮陽性能的評定大多和窗戶結合在一起。我們對于遮陽產品遮陽效果的評價有兩種方式，一種是模擬計算的方法。另外一種是通過實際測試的方法。實測的方法有兩種，一種是人工光源法，一種是自然光源法。人工光源法：采用人工模擬的光源模擬實際太陽，人為創造室外環境條件，通過計量透過試件的熱量來得到遮陽系數。自然光源法：在室外自然環境下發射兩個箱體，一個加外遮陽，一個不加外遮陽。通過對比兩個箱體的熱環境進行測定。
國外對相應標準的研究從80年代就已經開始了,并且進行過比較多的測試方法。做的比較突出的是89年加拿大國家研究中心建立的一套可以檢測建筑門窗太陽熱系數的實驗裝置，它是由獨特的單源氫氣弧光燈構成，可以模擬150-1100W的太陽能輻射。1997年美國勞倫斯伯克利國家實驗室研究出一臺關于建筑外窗的現場實驗的測試裝置，這套測試裝置可以移動，而且方向可以隨意調整。這套裝置用來進行遮陽產品性能的測試、性能評估，包括一些軟件模擬的檢驗都起到比較重要的作用，也可以說是現在很多遮陽產品模擬測試箱體的鼻祖。在墨西哥國家研究技術發展中心使用了1000W的鎢絲燈作為模擬光源，設計了一套簡易的實驗裝置，對不同類型的玻璃遮陽性能進行了實驗研究。由于它的光源比較小，輻射強度又不夠均勻，沒有進行大質量的遮陽構件測試，只是進行了玻璃性能方面的測試。
我們國內這些年來的研究主要還是參考借鑒國外的方法。2002年華南理工大學孟教授采用防護熱箱法對廣州地區某居住建筑頂層房間西向外窗的熱阻R和遮陽系數Sc進行了現場測試。2004年深圳建筑院的樸志華研發了一些動態可調試的建筑遮陽系統的檢測裝置。上海建筑院曹院長統計了室外動態對比的測試平臺，利用這個平臺測試研究了室內太陽能得熱情況。這是我們國內研究的進展。
通過國內外的研究比較可以發現剛剛提到的多種研究，除了加拿大國家太陽能實驗室和墨西哥國家研究技術發展中心采用的是人工模擬光源，其他實驗室都是以實際的太陽作為光源。因為自然光源的方法接近于實際的工況，能反映產品在實際環境條件下的性能，但受制于自然條件，比如上海地區可能在滿足輻照強度一定的條件下，在5-10月份才可以進行測試。再加上上海有一些梅雨季節、陰天，就沒有辦法進行大規模的測試。另外試驗周期比較長，且不具有重復性，在不同環境條件下測出來的數據差異很大，只適合于科研，不利于遮陽產品性能的評定。人工光源是在統一標準的環境條件下可以重復多次測試，縮短試驗周期，能夠很好的解決遮陽系數測試的問題。
基于此我們院進行了遮陽系統測試平臺的研發，這個平臺主要有四個箱體組成。外圍護是一個防護箱體，用來維護實驗室恒定的環境條件，內層有三個箱體可以模擬夏季的室外、冬季室外以及室內的環境條件，整個測試箱體呈“V字型”的結構，能夠同時滿足門窗、玻璃遮陽產品的遮陽系數、得熱系數和太陽能系數的性能測試。
這是我們的人工光源，采用的是達到光伏標準的模擬光源，輻射強度能夠達到1200w平方。我們做了五組實驗，首先選用了3mm的白玻，還有內置百葉中空玻璃。3mm的白玻SHGC值和理論值是一致的，可以進行驗算。內置百葉中空玻璃可以進行模擬計算，也是可以和實測值進行驗算。
另外我們選擇了三種不同的像外遮陽百葉簾、硬卷簾以及硬遮陽窗進行測試研究。首先我們看3mm白玻，實驗前設置好各箱體及冷水溫度，其中防護箱設置為26度，夏季箱體設置為35度，室內加熱系數根據室內環境變化進行水溫調節，保證室內的環境溫度在26度的范圍之內。通過測試發現3mm白玻SHGC值是0.86，理論上3mm白玻是0.87，相差大概是在1%，也就是說這個測試方法是比較可確信的。
另外又做了內置百葉中空玻璃，這是普通的5+16A+5mm的玻璃型號，是一個透明的玻璃，葉片寬度為12.4mm，百葉可進行翻轉。我們在完全關閉的狀態下進行了實測，測試結果是0.19。另外用Win6的軟件進行了模擬計算，首先對于中空玻璃系數進行了測試，然后導入OPTICS軟件中，測量百葉的光譜曲線，并將百葉信息輸入到Win6軟件中，通過設置百葉寬度，間距和翻轉角度完成了Win6的計算，得出來的結果是0.18，和前面的遮陽系數0.19的實測是非常接近的。通過這兩個面積，我們認為這樣的實測方法是非常可信的。
第三個做了一個硬卷簾的測試，我選用的是新型的硬卷簾，因為通常常用的硬卷簾完全是關閉的，沒有必要測試。這一種是中空金屬卷簾，中間連接，有一定的開孔率。測試這個產品的結果是0.34。
第四個做了金屬百葉簾，百葉寬度是65mm，翻轉角度一個是完全關閉，還有翻轉45度的情況下進行了測試。
第五個選用了一體化窗的形式，做了四組實驗，一個是普通的鋁合金推拉窗，尺寸是1.5m×1.5m，中空玻璃是5+9A+5普通中空玻璃。我們做了四組實驗：單純窗的、外遮陽加窗的、內遮陽加窗的、外遮陽加窗加內遮陽。
我們來看一下最后的結果，首先看第一組3mm白玻。它的理論SHGC值是0.87，實驗測出來的結果是0.86。內置百葉中空玻璃SHGC值是0.18，實測是0.19。這兩組數據表明都非常的接近理論值，可以說我們的測試方法確實比較科學。第三組是做了硬卷簾，遮陽系數是0.34。第四組是做了金屬百葉簾，一個是0度，一個是45度翻轉。0度是完全關閉，但是遮陽系數非常好，是0.14。45度是0.38。第五組是做了和鋁合金推拉窗一起做了一體化窗，當我們單純的選擇鋁合金推拉窗的時候，它的遮陽系數是0.60；當加了內遮陽卷簾之后，它的遮陽系數變成0.23。這個卷簾的性能是不錯的，它的反射率相當高，屬于透過率比較低的卷簾。還有一組是外遮陽卷簾加上推拉窗，它的遮陽系數就更好了，是0.19。最后一組是內外結合，更好的是0.15。
結論：
一、通過我們的研究發現，利用人工平臺的測試，對3mm白玻和內置百葉中空玻璃進行測試，同時也用模擬計算的方法進行驗證，發現兩者結果偏差分別為1%、5%，驗證了試驗平臺的準確性。
二、選取硬卷簾、外遮陽百葉簾、內置百葉中空玻璃等典型遮陽產品進行遮陽系數測試，測試結果表明：新型硬卷簾遮陽系數為0.34，內置百葉中空玻璃完全關閉時遮陽系數在0.19左右，外遮陽金屬百葉簾在簾片完全關閉時遮陽系數為0.14，這些產品都具有很好的遮陽效果，均滿足各個設計規范要求。
三、外遮陽金屬百葉簾在簾片完全關閉時遮陽系數為0.4，簾片翻轉45度時遮陽系數為0.38，說明翻轉角度對遮陽系數的影響較大。
四、測試結果表明，內置百葉遮陽產品的效果應該是在0.4-0.6之間，是一個很好的遮陽產品。但是實測結果發現它在完全關閉狀態下，它的遮陽系數可以達到0.19，與外遮陽織物卷簾+鋁合金推拉窗遮陽效果相當。這出乎我們的意料，我們一直覺得內置百葉中空玻璃遮陽效果不是很好，但從實際測試的結果來看還是相當不錯的，和外遮陽卷簾的效果是相當的。我也做了一下推算，它在百葉完全關閉的時候，能夠阻擋大約84%的太陽能輻射源。
五、一體化窗的測試結果表明，外窗+內遮陽產品的遮陽系數是0.23。當然外遮陽的效果比內遮陽效果好，若同時采用外遮陽和內遮陽效果更佳。
六、利用人工光源測試平臺，采用的是手動調節可以快速的使系統達到穩定，每一個測試周期大概是4-5個小時，我們把這個測試周期已經大大的縮小了。通過人工光源測試方法能夠比較快速、準確的測量出遮陽效果。這也是我們推薦的一種方法。
我們要想明白遮陽產品的性能，首先要知道它的具體評價指標。通常來說對于建筑遮陽產品最重要的評價指標是遮陽系數。但是遮陽系數在不同的標準當中由于它的定義不一樣，測試方法不一樣，常常會碰到一些玻璃的遮陽系數、窗戶的遮陽系數、遮陽產品的遮陽系數。所以，首先我們要弄明白遮陽系數是什么。
首先，看玻璃的遮陽系數，按照我們國家標準2680/1994版，通過客觀系統的太陽能檢測對相同條件、相同面積的標準玻璃，即3mm透明玻璃太陽能總投射比的比值。公式是Se=G：Ts，G是試樣的太陽能總投射比，它有兩部分組成：一部分是太陽光直接入射到強度，還有一部分是玻璃吸收以后進入到室內的部分。這兩種能量的組合就是太陽能總投射比。Ts是3mm普通透明平板玻璃的太陽能總投射比。這兩個比值是遮陽系數，一般來說在2680里面Ts是0.889，還有一部分J151在國外通用的是0.87。這里大家要注意一下Ts在不同的標準當中是不一樣的。
對于窗戶遮陽系數，首先也是要取得太陽能總投射比。它的計算公式是窗太陽能總投射比乘以相應的玻璃面積，再加上窗框的太陽能總投射比乘以窗框的面積除以整個窗戶的面積，然后再除以0.87得出窗的遮陽系數。這是常用的玻璃和窗的遮陽系數。但是遮陽產品的遮陽系數與它有一些不同，根據JG/T281-2010《建筑遮陽產品隔熱性能試驗方法》，在標準測試工況下測試遮陽產品和3mm白玻的組合得熱量與3mm白玻基準得熱量比值。它的公式是Q2×Q1，基準的熱量Q1是指在標準測試工況下，單位時間、單位測試基本沒有遮陽產品，也就是3mm白玻總熱量。Q2代表的是組合的熱量，是指在標準的工況下，單位時間、單位測試面積基本有遮陽產品。這兩個熱量的比值是遮陽系數，后面所有的測試基礎就是在政府規范的基礎上。
第二部分：國內外對于建筑遮陽性能檢測技術研究。國內外對建筑遮陽產品的遮陽性能的評定大多和窗戶結合在一起。我們對于遮陽產品遮陽效果的評價有兩種方式，一種是模擬計算的方法。另外一種是通過實際測試的方法。實測的方法有兩種，一種是人工光源法，一種是自然光源法。人工光源法：采用人工模擬的光源模擬實際太陽，人為創造室外環境條件，通過計量透過試件的熱量來得到遮陽系數。自然光源法：在室外自然環境下發射兩個箱體，一個加外遮陽，一個不加外遮陽。通過對比兩個箱體的熱環境進行測定。
國外對相應標準的研究從80年代就已經開始了,并且進行過比較多的測試方法。做的比較突出的是89年加拿大國家研究中心建立的一套可以檢測建筑門窗太陽熱系數的實驗裝置，它是由獨特的單源氫氣弧光燈構成，可以模擬150-1100W的太陽能輻射。1997年美國勞倫斯伯克利國家實驗室研究出一臺關于建筑外窗的現場實驗的測試裝置，這套測試裝置可以移動，而且方向可以隨意調整。這套裝置用來進行遮陽產品性能的測試、性能評估，包括一些軟件模擬的檢驗都起到比較重要的作用，也可以說是現在很多遮陽產品模擬測試箱體的鼻祖。在墨西哥國家研究技術發展中心使用了1000W的鎢絲燈作為模擬光源，設計了一套簡易的實驗裝置，對不同類型的玻璃遮陽性能進行了實驗研究。由于它的光源比較小，輻射強度又不夠均勻，沒有進行大質量的遮陽構件測試，只是進行了玻璃性能方面的測試。
我們國內這些年來的研究主要還是參考借鑒國外的方法。2002年華南理工大學孟教授采用防護熱箱法對廣州地區某居住建筑頂層房間西向外窗的熱阻R和遮陽系數Sc進行了現場測試。2004年深圳建筑院的樸志華研發了一些動態可調試的建筑遮陽系統的檢測裝置。上海建筑院曹院長統計了室外動態對比的測試平臺，利用這個平臺測試研究了室內太陽能得熱情況。這是我們國內研究的進展。
通過國內外的研究比較可以發現剛剛提到的多種研究，除了加拿大國家太陽能實驗室和墨西哥國家研究技術發展中心采用的是人工模擬光源，其他實驗室都是以實際的太陽作為光源。因為自然光源的方法接近于實際的工況，能反映產品在實際環境條件下的性能，但受制于自然條件，比如上海地區可能在滿足輻照強度一定的條件下，在5-10月份才可以進行測試。再加上上海有一些梅雨季節、陰天，就沒有辦法進行大規模的測試。另外試驗周期比較長，且不具有重復性，在不同環境條件下測出來的數據差異很大，只適合于科研，不利于遮陽產品性能的評定。人工光源是在統一標準的環境條件下可以重復多次測試，縮短試驗周期，能夠很好的解決遮陽系數測試的問題。
基于此我們院進行了遮陽系統測試平臺的研發，這個平臺主要有四個箱體組成。外圍護是一個防護箱體，用來維護實驗室恒定的環境條件，內層有三個箱體可以模擬夏季的室外、冬季室外以及室內的環境條件，整個測試箱體呈“V字型”的結構，能夠同時滿足門窗、玻璃遮陽產品的遮陽系數、得熱系數和太陽能系數的性能測試。
這是我們的人工光源，采用的是達到光伏標準的模擬光源，輻射強度能夠達到1200w平方。我們做了五組實驗，首先選用了3mm的白玻，還有內置百葉中空玻璃。3mm的白玻SHGC值和理論值是一致的，可以進行驗算。內置百葉中空玻璃可以進行模擬計算，也是可以和實測值進行驗算。
另外我們選擇了三種不同的像外遮陽百葉簾、硬卷簾以及硬遮陽窗進行測試研究。首先我們看3mm白玻，實驗前設置好各箱體及冷水溫度，其中防護箱設置為26度，夏季箱體設置為35度，室內加熱系數根據室內環境變化進行水溫調節，保證室內的環境溫度在26度的范圍之內。通過測試發現3mm白玻SHGC值是0.86，理論上3mm白玻是0.87，相差大概是在1%，也就是說這個測試方法是比較可確信的。
另外又做了內置百葉中空玻璃，這是普通的5+16A+5mm的玻璃型號，是一個透明的玻璃，葉片寬度為12.4mm，百葉可進行翻轉。我們在完全關閉的狀態下進行了實測，測試結果是0.19。另外用Win6的軟件進行了模擬計算，首先對于中空玻璃系數進行了測試，然后導入OPTICS軟件中，測量百葉的光譜曲線，并將百葉信息輸入到Win6軟件中，通過設置百葉寬度，間距和翻轉角度完成了Win6的計算，得出來的結果是0.18，和前面的遮陽系數0.19的實測是非常接近的。通過這兩個面積，我們認為這樣的實測方法是非常可信的。
第三個做了一個硬卷簾的測試，我選用的是新型的硬卷簾，因為通常常用的硬卷簾完全是關閉的，沒有必要測試。這一種是中空金屬卷簾，中間連接，有一定的開孔率。測試這個產品的結果是0.34。
第四個做了金屬百葉簾，百葉寬度是65mm，翻轉角度一個是完全關閉，還有翻轉45度的情況下進行了測試。
第五個選用了一體化窗的形式，做了四組實驗，一個是普通的鋁合金推拉窗，尺寸是1.5m×1.5m，中空玻璃是5+9A+5普通中空玻璃。我們做了四組實驗：單純窗的、外遮陽加窗的、內遮陽加窗的、外遮陽加窗加內遮陽。
我們來看一下最后的結果，首先看第一組3mm白玻。它的理論SHGC值是0.87，實驗測出來的結果是0.86。內置百葉中空玻璃SHGC值是0.18，實測是0.19。這兩組數據表明都非常的接近理論值，可以說我們的測試方法確實比較科學。第三組是做了硬卷簾，遮陽系數是0.34。第四組是做了金屬百葉簾，一個是0度，一個是45度翻轉。0度是完全關閉，但是遮陽系數非常好，是0.14。45度是0.38。第五組是做了和鋁合金推拉窗一起做了一體化窗，當我們單純的選擇鋁合金推拉窗的時候，它的遮陽系數是0.60；當加了內遮陽卷簾之后，它的遮陽系數變成0.23。這個卷簾的性能是不錯的，它的反射率相當高，屬于透過率比較低的卷簾。還有一組是外遮陽卷簾加上推拉窗，它的遮陽系數就更好了，是0.19。最后一組是內外結合，更好的是0.15。
結論：
一、通過我們的研究發現，利用人工平臺的測試，對3mm白玻和內置百葉中空玻璃進行測試，同時也用模擬計算的方法進行驗證，發現兩者結果偏差分別為1%、5%，驗證了試驗平臺的準確性。
二、選取硬卷簾、外遮陽百葉簾、內置百葉中空玻璃等典型遮陽產品進行遮陽系數測試，測試結果表明：新型硬卷簾遮陽系數為0.34，內置百葉中空玻璃完全關閉時遮陽系數在0.19左右，外遮陽金屬百葉簾在簾片完全關閉時遮陽系數為0.14，這些產品都具有很好的遮陽效果，均滿足各個設計規范要求。
三、外遮陽金屬百葉簾在簾片完全關閉時遮陽系數為0.4，簾片翻轉45度時遮陽系數為0.38，說明翻轉角度對遮陽系數的影響較大。
四、測試結果表明，內置百葉遮陽產品的效果應該是在0.4-0.6之間，是一個很好的遮陽產品。但是實測結果發現它在完全關閉狀態下，它的遮陽系數可以達到0.19，與外遮陽織物卷簾+鋁合金推拉窗遮陽效果相當。這出乎我們的意料，我們一直覺得內置百葉中空玻璃遮陽效果不是很好，但從實際測試的結果來看還是相當不錯的，和外遮陽卷簾的效果是相當的。我也做了一下推算，它在百葉完全關閉的時候，能夠阻擋大約84%的太陽能輻射源。
五、一體化窗的測試結果表明，外窗+內遮陽產品的遮陽系數是0.23。當然外遮陽的效果比內遮陽效果好，若同時采用外遮陽和內遮陽效果更佳。
六、利用人工光源測試平臺，采用的是手動調節可以快速的使系統達到穩定，每一個測試周期大概是4-5個小時，我們把這個測試周期已經大大的縮小了。通過人工光源測試方法能夠比較快速、準確的測量出遮陽效果。這也是我們推薦的一種方法。
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