專利名稱：透光圍護結(jié)構(gòu)太陽得熱系數(shù)檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種透光圍護結(jié)構(gòu)的隔熱及遮陽性能檢測的裝置，尤其涉及一種透光圍 護結(jié)構(gòu)太陽得熱系數(shù)檢測裝置。
背景技術(shù)：
建筑節(jié)能面臨的首要問題是建筑圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能，建筑透光圍護結(jié)構(gòu)的太陽得熱量是影 響建筑空調(diào)能耗的一個非常重要的因素。目前我國在計算和評價透光圍護結(jié)構(gòu)的太陽得熱性 能時使用的參數(shù)是遮陽系數(shù)(SC)，但該系數(shù)僅考慮了透光圍護結(jié)構(gòu)中玻璃的性能，并未將 框等其它組件由于吸收太陽輻射熱量而向室內(nèi)的傳熱考慮在內(nèi)，這必然會導(dǎo)致建筑能耗計算 的偏差。由于框會將吸收的太陽輻射熱量向室內(nèi)傳遞，且不同類型框材料的傳熱能力也不盡 相同，因此準確的方法是將透光圍護結(jié)構(gòu)的玻璃及框作為整體來考慮其太陽得熱情況。美國 國家門窗評價委員會(National Fenestration Rating Council, NFRC)引入一個新的參數(shù)——太 陽得熱系數(shù)(SHGC， Solar Heat Gain Coefficient)作為評價透光圍護結(jié)構(gòu)太陽得熱性能的指 標。這就涉及到如何測定太陽得熱系數(shù)的問題，關(guān)鍵是要根據(jù)當?shù)氐奶栞椛淝闆r研制開發(fā) 一種測定的設(shè)備。然而，目前我國國內(nèi)并沒有能夠測量透光圍護結(jié)構(gòu)太陽得熱系數(shù)的設(shè)備， 也就無法獲得相關(guān)的實驗檢測數(shù)據(jù)，要得到某種透光圍護結(jié)構(gòu)的太陽得熱系數(shù)值也只能是通 過國外一些軟件的模擬計算，這就給透光圍護結(jié)構(gòu)的節(jié)能評價帶來了實踐上的很大障礙。隨 著國家建筑節(jié)能工作的深入開展，對透光圍護結(jié)構(gòu)的太陽得熱必將提出更為細致的要求。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種測量透光圍護結(jié)構(gòu)太陽得熱系數(shù)的裝置,對透 光圍護結(jié)構(gòu)的性能進行更客觀、更準確的評價。
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的透光圍護結(jié)構(gòu)太陽得熱系數(shù)測量裝置的主要部件為 熱計量箱及圍護板、水循環(huán)及制冷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。熱計量為近似絕熱的箱體，箱壁面主體 由隔熱性能良好的板材制成，以提供一個可控的熱環(huán)境(模擬建筑內(nèi)部的空間)，并且收集外 來的太陽能；熱計量箱內(nèi)設(shè)置熱交換系統(tǒng)，熱交換裝置和水循環(huán)系統(tǒng)將箱內(nèi)得到的熱量帶走， 以保持箱內(nèi)的空氣溫度在一定范圍內(nèi)；箱體內(nèi)部裝有完全遮擋熱計量箱壁板且懸空布置的吸 收板，以便更好的進行對流換熱，同時吸收輻射熱量，使熱計量箱壁板不受太陽輻射的影響; 熱計量箱的四個側(cè)面和底面覆蓋一層鋼板作為外殼，各壁面內(nèi)外表面分別設(shè)置溫度傳感器； 圍護板置于熱計量箱前側(cè)，內(nèi)外表面分別設(shè)置溫度傳感器，圍護板中央切出一個洞口，以嵌 放被測量的試件；熱計量箱進出口設(shè)置溫度傳感器，水循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)有流量計，其上游裝有
過濾器，循環(huán)管路中設(shè)有一條帶有換熱裝置的旁通管路，加裝用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的循環(huán)水量及散 熱量閥門；控制系統(tǒng)為采用智能調(diào)節(jié)儀的循環(huán)水溫度控制系統(tǒng)。
作為上述透光圍護結(jié)構(gòu)太陽得熱系數(shù)測量裝置的一種優(yōu)選，熱計量箱設(shè)計成跟蹤式，在 其外側(cè)設(shè)置鋼支架并在底座和側(cè)面分別安裝水平和垂直轉(zhuǎn)軸，進行角度調(diào)節(jié)以跟蹤太陽從天 空經(jīng)過的位置。能夠減少由于太陽輻射角度的變化引起的輻射強度的波動，在一定時間內(nèi)確 保試件平面上的太陽輻射強度為常量，有利于測量的準確性。
作為所述測量裝置的其他優(yōu)選方式，箱壁面主體為復(fù)合保溫板，圍護板采用復(fù)合保溫板 制成，吸收板由鋁箔制成，熱計量箱外殼鋼板為單面彩鋼板。
用所述透光圍護結(jié)構(gòu)太陽得熱系數(shù)測量裝置對幾個不同材質(zhì)的透光圍護結(jié)構(gòu)進行了實測 工作，得到的實驗數(shù)據(jù)重復(fù)性比較好，同一透光圍護結(jié)構(gòu)試件的兩個檢測值之間的偏差在工 程允許的范圍內(nèi)。實驗結(jié)果與使用WINDOW和THERM軟件模擬計算的結(jié)果基本一致，說 明設(shè)備的制造水平能夠達到實際應(yīng)用的要求，檢測的流程也是合理的。實驗結(jié)果表明，該設(shè) 備具有推廣應(yīng)用的價值。以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。

圖1為透光圍護結(jié)構(gòu)太陽得熱系數(shù)測試裝置示意圖。
具體實施方式

要測量透過透光圍護結(jié)構(gòu)的太陽輻射熱量，就必須建立一個確定的、封閉的、可控的邊 界，將透過透光圍護結(jié)構(gòu)的太陽輻射熱量收集起來。本實用新型使用一個近似絕熱的箱體作 為邊界，稱之為熱計量箱。為了使熱計量箱內(nèi)保持一個相對穩(wěn)定的環(huán)境，同時計量透過透光 圍護結(jié)構(gòu)的太陽輻射熱量，必須在箱內(nèi)設(shè)置熱交換器，將箱內(nèi)得到的熱量取走。這就需要再 設(shè)置一套制冷和水循環(huán)系統(tǒng)。
透光圍護結(jié)構(gòu)太陽得熱系數(shù)主要由以下幾個測量值決定熱計量箱壁面吸收的凈能量； 入射太陽輻射量；周圍環(huán)境與熱計量箱壁的溫差；透光圍護結(jié)構(gòu)與熱計量箱壁面的傳熱系數(shù) 值。
本實用新型的設(shè)計原理為標定熱箱法。所謂標定熱箱法，就是在實驗裝置投入實際檢測 工作之前，找出通過箱壁的熱流與壁內(nèi)外表面溫差的函數(shù)關(guān)系式。熱計量箱經(jīng)過標定以后， 就可以根據(jù)測量得到的箱壁溫差值求出通過箱壁的熱流。為了進行熱計量箱的標定，可以在 一定條件下同時測量壁面溫差與箱壁熱流，通過設(shè)定不同的工況，在坐標圖上能夠得到多個 溫差與熱流的對應(yīng)點，經(jīng)過數(shù)學處理就能整理出通過箱壁的熱流與箱壁內(nèi)外表面溫差的函數(shù) 關(guān)系。
下面結(jié)合圖1對本實用新型的透光圍護結(jié)構(gòu)太陽得熱系數(shù)測試裝置作具體的說明。使用 標定熱箱法測量透光圍護結(jié)構(gòu)的SHGC時，主要部件包括熱計量箱1及圍護板2;水循環(huán)
14及制冷系統(tǒng)13;控制系統(tǒng)。
熱計量箱1在進行標定時，必須要求一個穩(wěn)定、可控的外部環(huán)境條件，也就是說，標定 工作必須在室內(nèi)完成。所以搭建一間保溫隔熱性能良好的實驗室。為了同時滿足測量透光圍 護結(jié)構(gòu)太陽得熱系數(shù)時裝置必須暴露于室外的要求，實驗室圍護結(jié)構(gòu)的做法與常規(guī)的房間有 所不同。實驗室房間用5mm厚的彩鋼板建成，地板是固定的，但是另外的四面墻和屋頂作為 一個整體是能夠活動的，房間南北兩面墻下裝有輪子，可以在軌道上滑動。
熱計量箱1壁面主體由隔熱性能良好的復(fù)合保溫板制成，復(fù)合保溫板的兩側(cè)用lmm厚的 鋁板覆蓋。板外側(cè)鋁板的外表面貼上電熱膜，電熱膜處放置一鉑電阻溫度傳感器6與箱體外 的PID控制器11相連，用于箱壁熱流的標定。箱壁熱流標定時，PID控制器11根據(jù)鉑電阻 溫度傳感器6的信號來調(diào)整電熱膜的加熱功率，從而可以將箱壁外表面的溫度控制在不同的 值，獲得不同的壁面溫差。
通過熱交換裝置4和水循環(huán)系統(tǒng)14，熱計量箱l內(nèi)的空氣溫度可以控制在一定范圍。熱 交換裝置和水循環(huán)系統(tǒng)14會將箱內(nèi)得到的熱量帶走，以保持箱內(nèi)的環(huán)境在要求的狀態(tài)。為了 減少或消除透過試件3進入熱計量箱1的太陽輻射對箱壁內(nèi)表面溫度測量的影響，箱體內(nèi)部 裝有吸收板。吸收板是用0.3mm厚的鋁箔制成，并且用啞光的黑色噴漆涂成黑色。選用鋁箔 作為吸收板是因為其導(dǎo)熱性能好、重量輕、價格適中。吸收板不是熱計量箱1壁板的一部分， 而是懸空的，以便更好的進行對流換熱，同時吸收輻射熱量。吸收板完全遮擋熱計量箱壁板， 使其不受太陽輻射的影響。
對于熱計量箱1內(nèi)部而言，平均空氣溫度定義為某特定平面的溫度。該平面平行于試件 3，并且與試件3內(nèi)側(cè)表面的距離為75mm。在該平面設(shè)置了 6個T型熱電偶，熱電偶的端部 用鋁箔制成的直徑為50mm的圓筒罩住，以減少因輻射換熱引起的測量誤差。熱計量箱l內(nèi) 外壁面的溫度使用熱電偶并聯(lián)的方式進行測量，這種方法是將多個熱電偶的銅導(dǎo)線和康銅導(dǎo) 線分別連接在一起，然后各引出一根銅線和康銅線與數(shù)據(jù)采集儀相連，可以直接測量表面的 平均溫度，并減少了金屬導(dǎo)線的用量。
熱計量箱1的四個側(cè)面和底面覆蓋一層單面彩鋼板作為外殼。外殼具有太陽輻射吸收率 低的特點，可以保護復(fù)合保溫板和設(shè)備免受太陽輻射影響并支撐熱計量箱1的結(jié)構(gòu)。為了具 有較低的太陽輻射吸收率，外殼的顏色選用白色。
本實用新型將熱計量箱1設(shè)計成跟蹤式，即可以跟蹤太陽從天空經(jīng)過的位置。其優(yōu)點在 于能夠減少由于太陽輻射角度的變化引起的輻射強度的波動，在一定時間內(nèi)確保試件平面上 的太陽輻射強度為常量，有利于測量的準確性。跟蹤式熱計量箱1要求能夠在水平和垂直兩 個方向均能轉(zhuǎn)動，為此，在熱計量箱1的外側(cè)設(shè)置了鋼支架并在底座和側(cè)面分別安裝了水平 和垂直轉(zhuǎn)軸，角度可以進行調(diào)節(jié)。
圍護板2是熱計量箱1前側(cè)的壁板，采用復(fù)合保溫板制成，中央切出一個洞口，可以
試件3嵌在圍護板2上進行測量實驗。圍護板2的內(nèi)外表面布置熱電偶，通過測量內(nèi)外兩側(cè) 的溫差來計算圍護板2的熱流。在檢測時，使用薄的軟質(zhì)發(fā)泡保溫條填充圍護板2與試件3 之間的縫隙，保證密封。熱電偶是按照圍護板2的面積加權(quán)來進行并聯(lián)布置的，這樣可以準 確測得每一側(cè)表面的平均溫度。圍護板2的每一側(cè)表面布置8個T型熱電偶，每個熱電偶放 置在等尺寸面積的中心。為了保護永久布置的熱電偶，在熱電偶上要粘貼一層膠帶。
標定板與圍護板2的材料完全相同，每一側(cè)表面布置9個T型熱電偶，每個熱電偶放置 在等尺寸面積的中心，在進行標定實驗時，將標定板放到由圍護板2圍成的洞口中，與圍護 板2形成一個整體。
水循環(huán)系統(tǒng)14中設(shè)有流量計5，其上游裝有過濾器，熱計量箱l進出口設(shè)置鉑電阻溫度 傳感器6對進出口水溫進行測量，熱計量箱l內(nèi)設(shè)置熱交換裝置4，用于完成箱內(nèi)空氣與循 環(huán)水的熱交換，在循環(huán)水泵7的入口點之前設(shè)置高位膨脹水箱8，水箱高度高于熱計量箱1 中安裝的換熱裝置4的高度，達到定壓的目的。循環(huán)管路中設(shè)有一條帶有換熱裝置4的旁通 管路9，加裝用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的循環(huán)水量及散熱量閥門；循環(huán)水在板式換熱器10中與制冷劑完 成換熱，放出攜帶的熱量。
控制核心部件采用2臺ANTHONE LU-906M智能調(diào)節(jié)儀。該調(diào)節(jié)儀采用模糊PID控制 方式。按照控制參數(shù)的不同，控制系統(tǒng)分為兩個
a循環(huán)水溫度控制系統(tǒng)
控制參數(shù)選擇熱計量箱1的進水溫度，智能調(diào)節(jié)儀根據(jù)輸入的水溫信號來控制晶閘管調(diào) 整器1211的輸出電壓，從而控制電熱水器的加熱量，最終達到控制水溫的目的。選擇熱計量 箱l的進水溫度作為控制對象是因為控制對象明確，容易達到穩(wěn)態(tài)。
b標定用電加熱膜控制系統(tǒng)
該系統(tǒng)僅在熱計量箱1壁面熱流標定時使用，進行透光圍護結(jié)構(gòu)太陽得熱系數(shù)實驗時并 不啟用?？刂茀?shù)選擇電熱膜的加熱溫度，智能調(diào)節(jié)儀根據(jù)輸入的溫度信號來控制晶閘管調(diào) 整器12的輸出電壓，從而控制電加熱膜的加熱功率，最終達到控制壁面溫度的目的。
可以理解，在不背離本實用新型的實質(zhì)特征的前提下，本實用新型還可具有多種變形， 并不僅限于上述實施方式的具體結(jié)構(gòu)，而應(yīng)該在權(quán)利要求限定的范圍內(nèi)作廣義的理解?？傊?， 本實用新型應(yīng)包括那些對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見的變換或替代。
權(quán)利要求1.一種測量透光圍護結(jié)構(gòu)太陽得熱系數(shù)的裝置，其特征在于包括熱計量箱及圍護板、水循環(huán)及制冷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，熱計量箱為近似絕熱的箱體，箱壁面主體由保溫性能良好的板材制成，以提供一個可控的熱環(huán)境，并且收集外來的太陽能；熱計量箱內(nèi)設(shè)置熱交換系統(tǒng)，其和水循環(huán)系統(tǒng)將箱內(nèi)得到的熱量帶走，以保持箱內(nèi)的空氣溫度在一定范圍內(nèi)；箱體內(nèi)部裝有完全遮擋熱計量箱壁板且懸空布置的吸收板；熱計量箱的四個側(cè)面和底面覆蓋一層鋼板作為外殼，各壁面內(nèi)外表面分別設(shè)置溫度傳感器；圍護板置于熱計量箱前側(cè)，內(nèi)外表面分別設(shè)置溫度傳感器，圍護板中央切出一個洞口，以嵌放被測量的試件；熱計量箱進出口設(shè)置溫度傳感器，水循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)有流量計，其上游裝有過濾器，循環(huán)管路中設(shè)有一條帶有換熱裝置的旁通管路，加裝用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的循環(huán)水量及散熱量閥門；控制系統(tǒng)為采用智能調(diào)節(jié)儀的循環(huán)水溫度控制系統(tǒng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述熱計量箱為跟蹤式，在其外側(cè)設(shè)置鋼支 架并在底座和側(cè)面分別安裝水平和垂直轉(zhuǎn)軸，進行角度調(diào)節(jié)以跟蹤太陽從天空經(jīng)過的位置。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，箱壁面主體為復(fù)合保溫板。
4. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，圍護板采用復(fù)合保溫板制成。
5. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，吸收板由鋁箔制成。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，熱計量箱外殼鋼板為單面彩鋼板。
專利摘要一種透光圍護結(jié)構(gòu)太陽得熱系數(shù)檢測裝置，涉及透光圍護結(jié)構(gòu)性能檢測的裝置。所述裝置主要包括熱計量箱及圍護板、水循環(huán)及制冷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，熱計量箱近似絕熱，箱內(nèi)吊裝熱交換裝置，箱體內(nèi)部裝有遮擋箱壁板且懸空布置的吸收板；熱計量箱各壁面內(nèi)外表面分別設(shè)置溫度傳感器；圍護板置于熱計量箱前側(cè)，內(nèi)外表面分別設(shè)置溫度傳感器，其中央有一洞口，以嵌放被測的試件；熱計量箱進出口設(shè)置溫度傳感器，水循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)有流量計，控制系統(tǒng)為采用智能調(diào)節(jié)儀的循環(huán)水溫度控制系統(tǒng)。用此裝置進行測量，可以得到更為準確的透光圍護結(jié)構(gòu)隔熱性能指標。
文檔編號G01N25/20GK201066344SQ20072015203
公開日2008年5月28日 申請日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月22日
發(fā)明者劉月莉, 林海燕, 振 潘 申請人:中國建筑科學研究院