1、研究背景

建筑物的各種能耗中，外窗能耗占據(jù)了非常重要的地位。據(jù)測算，每年通過門窗流失的能量，占到建筑圍護結(jié)構(gòu)能耗的45%～50%，約占社會總能耗的10%。

外窗的遮陽性能是影響建筑外窗節(jié)能效果的一個重要指標。在建筑外窗的能耗中，遮陽能耗占有相當可觀的比例。據(jù)統(tǒng)計，夏熱冬暖地區(qū)夏季透過外窗的太陽輻射得熱所消耗的空調(diào)能耗占建筑總空調(diào)能耗的30%～40%。因此遮陽性能成為評價外窗節(jié)能性能的重要指標。

近年來，隨著建筑節(jié)能工作的深入開展，人們越來越意識到遮陽在建筑節(jié)能中的地位，外窗的遮陽性能成為了外圍護結(jié)構(gòu)遮陽評價的核心之一。住建部先后批準發(fā)布了多項重要的國家標準和行業(yè)標準，其中與建筑外窗遮陽要求有關(guān)的標準如下：

(1)《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》(GB 50189-2005)，除對嚴寒地區(qū)遮陽不作規(guī)定外，其它地區(qū)按不同的窗墻面積比對外窗的遮陽系數(shù)值進行了規(guī)定。

(2)《嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》(JGJ 26-2010)中規(guī)定寒冷地區(qū)B區(qū)(2000≤HDD18<3800，100<CDD26≤200，包括北京、天津等)建筑的南向外窗(包括陽臺的透明部分)宜設(shè)置水平遮陽或活動遮陽，東西向外窗宜設(shè)置活動遮陽(3)《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》(JGJ 134-2010)中對外窗綜合遮陽系數(shù)作了詳細規(guī)定。

(4)《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》(JGJ 75-2012)中詳細規(guī)定了南、北區(qū)外窗平均綜合遮陽系數(shù)的具體設(shè)計規(guī)定，標準中規(guī)定居住建筑的東、西向外窗必須采取建筑外遮陽措施，建筑外遮陽系數(shù)不應(yīng)大于0.8;居住建筑南、北向外窗應(yīng)采取建筑外遮陽措施，建筑外遮陽系數(shù)不應(yīng)大于0.9< p>

建筑外窗遮陽性能測試是目前建筑節(jié)能領(lǐng)域的熱點和難點問題。在我國現(xiàn)行的建筑節(jié)能設(shè)計標準中，對遮陽系數(shù)的評價方法只有簡單的計算方法和測試與計算相結(jié)合的方法。《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》(JGJ 75-2012)、《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準》(JGJ 134-2010)和《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》(GB 50189-2005)提出了建筑外遮陽系數(shù)的簡化計算方法?！督ㄖＡВㄔ~條“建筑玻璃”由行業(yè)大百科提供）可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比及有關(guān)窗玻璃參數(shù)的測定》(GB/T 2680-94)參照采用國際標準ISO 9050-1990提出了建筑玻璃的遮陽系數(shù)計算方法，通過測試單片玻璃中心點的光譜數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相應(yīng)公式計算得到，并未考慮窗框和窗扇等影響，與實際相比誤差比較大。《建筑門窗玻璃幕墻熱工（詞條“熱工”由行業(yè)大百科提供）計算規(guī)程》(JGJ/T 151-2008)規(guī)定了玻璃、窗框及玻璃幕墻遮陽系數(shù)的計算標準，它通過軟件模擬計算得到，根據(jù)測定的單片玻璃光譜數(shù)據(jù)進行計算玻璃部分的遮陽系數(shù)，不同的是該方法考慮了窗框遮陽系數(shù)的計算，理論上結(jié)果相對可靠。但是以上方法都是基于簡化計算或軟件模擬得到的結(jié)果，其合理性和有效性并沒有得到驗證。

因此，我們應(yīng)加強對建筑門窗遮陽性能測試方法方面的研究，努力制定出適用于我國的準確可靠的、操作簡單的測試方法和技術(shù)標準。

2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

早在20世紀80年代，西方歐美等發(fā)達國家就開始投入大量人力物力研究建筑門窗遮陽系統(tǒng)熱工性能測試，形成了一系列的有關(guān)太陽得熱系數(shù)測試技術(shù)及設(shè)備。1997年美國勞倫斯伯克利國家實驗室研究開發(fā)了一套建筑外窗現(xiàn)場實驗測試裝置，這套裝置由兩個并排的保溫熱流測試箱組成，能同時測試兩套門窗在實際的室外條件下的性能。整個測試裝置是可移動的，可以放置到任何地點，調(diào)整到任何朝向，可以直接測試太陽輻射得熱和能夠確定多種門窗及其遮陽組合的遮陽效果，測試裝置見圖1。

1999年墨西哥國家研究技術(shù)發(fā)展中心使用1000W鹵鎢燈代替了自然光作為光源，設(shè)計了一套實驗裝置，對不同類型的玻璃遮光隔熱性能進行實驗分析，得到了不同類型玻璃的遮陽系數(shù)，測試裝置見圖2。

2006年，瑞士聯(lián)邦材料測試與研究實驗室(EMPA)研發(fā)了一套測試外遮陽系統(tǒng)的測試設(shè)備，整個測試系統(tǒng)安置在環(huán)境中，采用自然光作為輻射光源，測試外遮陽系統(tǒng)的動態(tài)性能，裝置見圖3。

2011年，巴西研制了一套用于室外測試建筑門窗及遮陽制品太陽得熱系數(shù)的裝置，該熱量箱有兩個獨立的得熱測試系統(tǒng)：第一個系統(tǒng)用于測試實際尺寸的外窗、遮陽構(gòu)件的得熱系數(shù)，采用水冷卻系統(tǒng)計量得熱量;第二個系統(tǒng)用于較小面積樣品的測試，采用標定法測量得熱系數(shù)，設(shè)備見圖4。

新加坡太陽能研究協(xié)會采用18KW金屬（詞條“金屬”由行業(yè)大百科提供）鹵素燈作為模擬光源，研制了一套用于測量建筑外窗太陽光的得熱系數(shù)的熱計量箱，測試系統(tǒng)見圖5。熱計量箱體是在試件傳熱系數(shù)測量箱體基礎(chǔ)上改造的，包括計量箱和防護箱兩部分。

日本國土交通省綜合政策研究所建筑研究部倉山千春進行了大量關(guān)于開口部太陽光總透射比（詞條“太陽光總透射比”由行業(yè)大百科提供）測量方法的研究，研發(fā)了帶有太陽能模擬器的太陽得熱系數(shù)測量裝置，首次選用短弧氙燈作為模擬光源，測量箱體由恒溫室和測量箱等組合而成，可以測試夏季和冬季條件下同一試驗體的傳熱系數(shù)和太陽得熱系數(shù)，整套測試裝置見圖6。

基于建筑門窗遮陽性能測試方法發(fā)展趨勢，國內(nèi)相關(guān)研究人員也進行了大量研究。2002年，華南理工大學的孟慶林等采用動態(tài)防護熱箱法，對廣州地區(qū)某居住建筑頂層房間西向外窗的熱阻R和遮陽系數(shù)SC進行了現(xiàn)場測試。采用動態(tài)測量方法可以滿足夏季室外熱擾量劇烈變化，室內(nèi)、外傳遞為非穩(wěn)態(tài)傳熱情況下的測試需求，見圖7。

2004年，深圳建科院田智華研制開發(fā)了動態(tài)可調(diào)式建筑遮陽（詞條“建筑遮陽”由行業(yè)大百科提供）性能測試裝置，在真實的外界環(huán)境條件下測試深圳地區(qū)南向外窗的遮陽性能。該測試系統(tǒng)由防護熱箱、上下兩個相同的測試箱體、溫控系統(tǒng)以及測試系統(tǒng)組成，見圖8。

2006年，天津大學與中國建筑科學研究院聯(lián)合研發(fā)了一套跟蹤太陽光的建筑遮陽測試系統(tǒng)，采用了標定熱箱法和太陽跟蹤系統(tǒng)進行了外窗的太陽得熱系數(shù)的測試，見圖 9。實驗室房間提供了一個可控的熱環(huán)境，并收集外來的太陽能，通過熱交換裝置和水循環(huán)系統(tǒng)來保持實驗室房間的環(huán)境要求狀態(tài)。