遮阳系数的原理及其测试分析
114
暖通空调I-IV&AC2012年第铊卷第3期专题研讨
遮蒺;蒸黎的漾;:囊蒺;蘩瓣麟糕
广州市建筑科学研究院有限公司任俊☆
王鹏
摘要介绍了7种遮阳系数的定义与计算方法,以及单片玻璃遮阳系数、遮阳产品综合遮阳系数、窗口建筑外遮阳系数的测试方法,分析了遮阳系数的用途,指出目前在采用遮阳系数
方面存在的问题。
关键词遮阳系数原理测试
Principleofshadingcoefficientanditstestanalysis
8yRenjun★and
Abstract
Wang
Penq
kindsofshadingcoefficients.
Presentsthe,definitionsandcalculationmethodsof
seven
Givesthetestmethodsofshadingcoefficientofsingleglass,overallshadingcoefficientofshadingproductsandoutsideshading
coefficientofwindow.Analysestheapplicationofdifferent
shad!ng
coefficients,and
pointsoutsomeproblemsinselectingshading
Keywords
shading
coefficients.
coefficient,principle,test
★GuangzhouInstituteofBuildingScience,Guangzhou,China
0.引言
在我国南方地区的夏季,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;而
材、玻璃)的遮阳系数及外窗综合遮阳系数等。1.1玻璃遮阳系数S。(遮蔽系数)
窗玻璃的遮阳系数是表征窗玻璃在无其他遮阳措施情况下对太阳辐射透射得热的减弱程度。依据GB/T2680一94《建筑玻璃可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关窗玻璃参数的测定》[11,遮阳系数定义为:在法向入射条件下,通过透光系统的太阳能总透射比与相同条件下相同面积的标准玻璃(3mm厚透明玻璃)的太阳能总透射比的比值。
各种窗玻璃构件对太阳辐射热的遮阳系数用
下式计算:
、
在北方地区冬季寒冷时节,减少对太阳辐射的遮挡,让更多的太阳辐射热通过窗户进入室内,也是提高室内热舒适、减少供暖能耗的主要措施。因此,窗户的遮阳系数成为建筑设计和节能研究中不可缺少的参数,同时也是评价窗户热工性能的重要
指标。
建筑遮阳有多种形式,建筑外遮阳包括建筑构件遮阳、绿化遮阳、窗遮阳等;建筑内遮阳包括各种窗帘、,如百叶帘、席帘、布帘等;此外还有玻璃自身的遮阳(Low-e玻璃、镀膜玻璃等)。建筑遮阳还可以根据遮阳板形式进行分类:水平遮阳、竖直遮阳、综合式遮阳、挡板式遮阳。选择何种形式的遮阳需根据地区气候特点、太阳高度角、纬度、遮阳日期、遮阳时间及朝向综合考虑。
1遮阳系数的定义
S。一盖
rs
(1)
式中g为试样的太阳能总透射比,%.rs为3mm厚普通透明平板玻璃的太阳能总透射比,取
88.9%[1|。
通过窗户进人室内的热量可以分为两部分:一
☆任俊,男,i959年11月生,工学博士,教授级高级工程师
510440广州市白云大道北833号建研大厦广州市建筑科学
研究院有限公司
(020)83339610(O)13602785115
遮阳系数是判断窗户(包括窗玻璃、遮阳装置)遮阳效果的一个参数,由于遮阳系统本身非常复杂,并且遮阳系数是随着太阳位置的改变而改变的,没有一个固定值,因此所谓与节能有关的遮阳系数是一个等效值。运用于建筑节能计算的遮阳系数主要包括窗玻璃的遮阳系数、窗本身(包括框
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2012(3)
任俊,等:遮阳系数的原理及其测试分析
115
.
部分是由室内外温差造成的温差传热,另外一部分是由太阳辐射造成的热量传递。太阳辐射得热量又可分为两部分:一部分太阳辐射直接透过玻璃进入室内全部成为房间得热量,另外一部分被玻璃吸收后通过辐射和对流方式传入室内。
太阳能总透射比为通过玻璃进入室内的太阳辐射得热量与投射到玻璃上的太阳辐射量的比值,用下式计算:
.
非透明面板的面积,m2;A为幕墙的面积,m2。
单幅幕墙的遮阳系数S。应按下式计算:
&一南
1.4窗口的建筑外遮阳系数Sd
(6)
建筑外遮阳系数是考虑固定外遮阳设施对进入室内太阳辐射得热影响的平均折减系数,与当地地理位置、窗的方位等因素有关[3],定义为:有建筑外遮阳时窗口外表面接受到的太阳辐射照度与在相同条件下没有建筑外遮阳时窗口外表面接受到的太阳辐射照度的比值。
建筑外遮阳系数计算需要先求出遮阳板外挑系数。对水平遮阳,遮阳板外挑系数是指玻璃窗面到遮阳板顶端的垂直距离与遮阳板顶端到窗口下端的垂直距离之比;对竖直遮阳,遮阳板外挑系数是指玻璃窗面到遮阳板顶端的垂直距离与两端遮阳板距离之比,见图1,图中OPF为水
平遮阳遮阳板外挑系数,SPF为竖直遮阳遮阳板外挑系数。
g—r+qi
(2)
式中r为试样的太阳能直接透射比,%;q;为试样向室内侧的二次热传递系数,%。
由于太阳辐射得热量与阳光入射角有关,因此,对于不同入射角,遮阳系数并不相同。为了便于比较,取法向入射条件下通过透光系统的太阳能总透射比进行计算,因此对指定的玻璃,遮阳系数
为定值。
1.2窗户遮阳系数S。
定义:在给定条件下,太阳辐射透过外窗所形成的室内得热量与相同条件下相同面积的标准窗
玻璃(3mm厚透明玻璃)所形成的太阳辐射得热量之比。
普通窗本身的遮阳系数可近似地取窗玻璃的遮阳系数乘以窗玻璃面积除以整窗面积。
整樘窗的太阳能总透射比计算公式:
甑一———瓦—一
∑g。A。+∑gfAi
…¨7
b竖直遮阳(s阱=詈)
图1遮阳板外挑系数示意
式中g。为整樘窗的太阳能总透射比;g。为窗玻
璃(或其他镶嵌板)区域太阳能总透射比;A。为窗玻璃(或其他镶嵌板)面积,m2;gf为窗框太阳能总透射比;Af为窗框面积,m2;A。为窗面积,m2。
JGJ/T151--2008((建筑门窗玻璃幕墙热工计
对各种遮阳板外挑系数的计算数据进行回归分析可以得出:采用二元线性回归方程,相关系数都较高(R2>o.988)。
对水平遮阳
SdII一口OPF2+bOPF+1
(7)
算规程》[2]规定标准的3mm厚透明玻璃的太阳能
总透射比为0.87。
整樘窗的遮阳系数按下式计算:
对竖直遮阳
(4)
Sd,=CSPF2+dSPF+1
(8)
S。一羔
1.3幕墙遮阳系数S。算:
式(7),(8)中n,6,c,d为回归系数。
因此,外遮阳系数的研究关键是得到回归方程的系数。
GB
单幅幕墙的太阳能总透射比g。应按下式计
50189--2005《公共建筑节能设计标
gw一∑鱼垒±∑丛±∑些(5)A
式中g,为非透明面板的太阳能总透射比;A。为
准》[43中的附录A给出了建筑外遮阳系数的计算方法。
1.5外窗的综合遮阳系数s。
116
暖通空调I-IVgrAC2012年第42卷第3期专题研讨
外窗的综合遮阳系数是考虑窗本身和窗口的建筑外遮阳装置综合遮阳效果的一个系数[5],其值为窗户的遮阳系数S。与窗口的建筑外遮阳系数sd的乘积。
S。一S。Sd
(9)
式中r(A)为玻璃透射比的光谱;A为波长;S(A)为标准太阳光谱。
单片玻璃的太阳光直接反射比风应按下式计
算:
2
5roo
2500
1.6平均综合遮阳系数S。
建筑某个朝向外窗的平均综合遮阳系数为该朝向各个外窗的综合遮阳系数按各自窗面积的加权平均值,即
J
胁一
10(A)s(A)出
,s㈨出
∑lD(A)s(A)猷≈挂畿万———一(12)
∑S(;t)zS,l
^=300
’
式中|D(A)为玻璃反射比的光谱。
∑Ais。,i
sw一专F
合遮阳系数。
1_7遮阳产品综合遮阳系数
单片玻璃的太阳光总透射比g按下式计算:
q∞
式中A为第i个窗的面积;S。.i为第i个窗的综
g一针孝琵
式中
q3)
a。为单片玻璃的太阳光直接吸收比,
qs一1一A一|D。;hh为玻璃内表面传热系数,W/(m2・K);k。为玻璃外表面传热系数,W/(rd・K)。
单片玻璃的遮阳系数S。按下式计算:
S。一—,L
.
JGJ/T281—2010《建筑遮阳产品隔热性能试验
方法》[63提出遮阳产品综合遮阳系数S嘲,定义为在规定的测试工况下,测试的遮阳产品和31Tlrn厚透明平板玻璃的组合得热量与基准得热量的比值,用以反映遮阳产品阻隔辐射得热和温差传热的能力。
此外,EN14501:2005Blindsandshutters—
thermal
and
visual
(14)
g・0,
2.2遮阳产品综合遮阳系数人工光源测试方法
JGJ/T28l一2010《建筑遮阳产品隔热性能试验方法》提出采用人工光源试验方法测试遮阳产品
comfort
performance
characteristicsand
classificationEz]给出遮阳装置
综合遮阳系数。试验装置主要由冷室、热室、防护室、光源和控温系统五部分组成,如图2所示。
影响室内热环境有3个参数,包括太阳能总透射比、遮阳引起的向室内二次热传递系数、太阳直射辐射透过比等。
2测试计算方法
。
2.1单片玻璃遮阳系数分光光度计测试方法
在以上7种类型的遮阳系数中,玻璃遮阳系数
是基本参数,试验采用分光光度计,波长范围包括:
紫外区280~380nm,可见区380~780nm,太阳光区350~I
800
nm,远红外区4.5"-,25p.m。测定
1热室2冷室3防护室4地面5空气处理机组63nⅡn厚标准透明平板玻璃7光源8外遮阳试件
光谱反射比时,配有镜面反射装置。照明和探测的几何条件:光谱透射比和反射比测定中,照明光束
的光轴与试样表面法线的夹角不超过10。,照明光
图2人工光源法试验装置示意图
冷室空气温度设定为(26±0.5)℃,安装3mm厚透明玻璃,热室空气温度设定为(35.0±1.o)℃。光源采用长弧氙灯(无遮阳时到达热室侧
3
束中任一光线与光轴的夹角不超过5。。
单片玻璃的太阳光直接透射比r。应按下式计
算:
2严
r(A)s(A)出
.——300
2500
mm厚标准透明平板玻璃表面的辐射照度不低
于800w/m2),放置于热室内,开启光源,测试冷
yr(A)s(A)越
室、热室与防护室内的环境参数,计算基准得热量。然后安装遮阳试件,再测冷室、热室与防护室内环.境参数,计算组合得热量。
遮阳产品在测试工况下的综合遮阳系数按下
.
』s㈨m
≈幽%广—一
∑S(1)zX,I
A=300
20t2(3)
任俊,等:遮阳系数的原理及其测试分析
117
式计算:
s孵一器
其中
(15)
BEG一墼,
.
(16)(17)
CEG一警
1窗户2试验箱3风机盘管4制冷机组
式(16),(17)中q。为单位时间进入无遮阳产品的测试冷室的净热量,W;F为窗洞面积,m2;q2为单位
时间进入有遮阳产品的测试冷室的净热量,W。
遮阳产品的隔热性能还可以采用自然光源测
图3外窗综合遮阳系数测试系统示意图
测量计量箱内外表面及窗玻璃的热流量,风速风向传感器测量室外环境的风速风向,电量传感器测量恒温计量箱内控温系统的用电量,由遮阳系数测试系统主机对各路传感器信号进行采集、计算、存储、
显示。
3分析与应用
试方法测试。
2.3外窗综合遮阳系数测试系统
测试系统如图3所示。由于采用计算机控制技术,整个检测过程全部自动进行,由环境温度传感器(含防辐射装置)测量室外空气温度和恒温计量箱内环境温度,太阳辐射传感器测量天空总辐射及窗系统接收到的总垂直太阳辐射照度。采用自动跟踪直接辐射传感器测量玻璃对阳光人设角为o。的太阳直接辐射的透过比和吸收比。温度传感
3.1各种遮阳系数的使用与比较
通过以上分析可以看到,遮阳系数有两大类,一类为评价玻璃、窗及遮阳产品自身遮阳性能的遮阳系数,其太阳辐射均为法向透过;另一类为评价遮阳效果的遮阳系数,如外遮阳系数等,其太阳辐射考虑的是太阳实际运行规律。各种遮阳系数的使用与比较见表1。
器测量计量箱内表面及窗玻璃的温度,热流传感器
表1’各种遮阳系数的使用与比较
3.23
mm厚普通透明平板玻璃的太阳能总透射
0.87。
比取值3.3对分光光度计检测仪器波长范围的要求对于不能测定远红外数据的建筑玻璃可见光透射比测试系统,在测定半球辐射率时笼统地采用
0.83或GB/T2680_94中给出的几个理论值,而
在计算遮阳系数时,JGJ/T151—2008《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》规定标准的3min厚透明玻璃的太阳能总透射比为0.87,与GB/T2680一94《建筑玻璃可见光透射比、太阳光直接透
射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关窗玻
目前常用的Low-e玻璃,半球辐射率一般为0.05~0.25,在GB/T2680—94中无法找到对应的理论值。对于玻璃吸收太阳辐射升温向室内的传热必须用远红外光谱仪测试的光谱曲线才能得到准确的计算结果,所以用不具备测定远红外数据的分光光度计测试玻璃遮阳系数是不符合标准要
求的。
璃参数的测定》中有关遮蔽系数的规定“3mm透
明玻璃的太阳能总透射比为0.889”有所不同。JGJ/T151—2008选用0.87主要是为了与国际标
准接轨,使得我国的玻璃遮阳系数与国际上惯用的遮阳系数一致,不至于在工程中引起混淆。按照标准使用优先原则,目前3mm厚透明玻璃的太阳能
总透射比应采用JGJ/T151—2008标准规定的
3.4玻璃遮阳系数节能评价问题
工程中一般提供的是玻璃遮阳系数检测报告,
118
暖通空调I-IV&AC2012年第42卷第3期专题研讨
而节能标准给出的设计要求为建筑外窗的综合遮阳系数。如前文所述,要对遮阳系数是否满足节能设计要求进行判定,需要知道建筑外窗形式,通过简易计算或程序计算得到外窗的遮阳系数,还要提供建筑外遮阳装置形式,以便计算建筑外遮阳系数,将建筑外遮阳系数乘以外窗的遮阳系数得到建筑外窗的综合遮阳系数,才能对设计是否符合节能要求进行判定。
3.5
温度24℃,室外空气温度32℃,太阳辐射照度?783琢|稿,
4结语
遮阳系数是衡量窗、幕墙等构件太阳辐射得热的主要参数,在建筑节能中发挥着重要作用,但在使用中存在概念不清、标准不衔接等问题,需要不断地澄清和加深理解,并对存在的问题开展进一步的研究。
参考文献:
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151
SHGC值与S。值之间的关系
国际上普遍使用太阳辐射得热因子(SHGC)评价玻璃遮阳性能,SHGC为太阳辐射直接透射及吸收后传向室内的辐射得热与表面接收到的太阳辐射热之比,与我国的太阳能总透射比含义相
同。
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我国目前还习惯使用遮阳系数S。。在太阳光垂直入射条件下,遮阳系数S。为SHGC与3厚普通玻璃的SHGC之比。3.6实测遮阳系数的边界条件
JGJ/T151—2008《建筑门窗玻璃幕墙热工计
mm
2005公共建筑节能设计标准
算规程》规定遮阳系数的计算应采用夏季标准计算条件:室内空气温度25℃,室外空气温度30℃,太阳辐射照度500W/m2。与ISO150996Windows
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Bliridsand
33.EN14501:2005
visualcomfort_一
doors--thermal
transmission
properties--
detailed
calculations))的规定相同。
JGJ/T281—2010《建筑遮阳产品隔热性能试
验方法》采用人工光源试验方法测试遮阳装置综合遮阳系数的规定测试工况见2.2节。
美国NFRC标准体系的边界条件:室内空气
(上接第90页)
shutters--thermaland
performancecharacteristics
2005
andclassification[S],
・+-+-+-+-+—+・+-+..-4---+-+-+一—卜—+—+——●一+-—卜——卜—+一+一+一+-+一+-+--4---t,----4--+-+-+-+-—-卜-+,--,I--—卜-+一—卜-+一-—卜一+-—-+一一+-+・
由图3和表5可知,采用两种算法得到的制冷季节能效比分别为2.8344和2.8122(修正后)。
两种算法的结果有所不同。通过分析可知,实测制冷量越低,与明示值相差越大,则两种算法制冷季节能效比相差越大。由于《标准》中是采用名义制冷量计算的,因此可通过提高名义制冷量来提高空调机SEER值,从图3也可得出相同结论。
5结论
温度35~40℃)计算值和实测值的拟合度。5一。可用名义工况实测制冷量代替名义制冷量进行建筑物制冷负荷计算,从而消除实测值和明示值的偏差给SEER计算带来的影响。
参考文献:
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2009,37(6):60一64
5.1通过试验和计算可知,同一台定容型空调机实测EER和SEER数值相近,原有机组按新标准
考核,可以平稳过渡。
[3-1颜承初,赵伟,石文星.单元式空调APF性能评价中
的两个关键问题[J].电器,2008(5):60—62
5.2增加%(40)测试数据可增加高温段(环境
遮阳系数的原理及其测试分析
作者:
作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
任俊, 王鹏, Ren Jun, Wang Peng广州市建筑科学研究院有限公司
暖通空调
Heating Ventilating & Air Conditioning2012,42(3)
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_ntkt201203025.aspx