專利名稱：建筑物圍護結構透明部分熱特性測量裝置的制作方法
技術領域：
建筑物圍護結構透明部分熱特性測量裝置屬于建筑節能領域，主要是利用該裝置實現建筑物圍護結構透明部分傳熱系數及太陽得熱系數的測量，以實現對建筑物圍護結構透明部分能量損失的定量評價，為建筑節能憑價提供現場測量評價依據。
背景技術：
建筑物圍護結構透明部分是建筑物的重要組成部分，除滿足人們采光、通風、日照、視野等方面的需求外，同時作為建筑外圍護結構的開口部位，是建筑物熱交換、熱傳導最活躍、最敏感部位，是墻體熱損失的5～6倍。
透過建筑物圍護結構透明部分的能量損失方式主要有3種傳導、對流和輻射。對流傳熱主要表現為中空玻璃中間氣體層的流動以及透明部分與非透明部分縫隙間氣體的滲漏，對于對流傳熱，通過安裝工藝的改進一般可以有效減少空氣對流引起的熱損失。而對于室內外溫度差引起的傳導熱損失及太陽輻射引起的熱損則伴隨整個建筑物的使用過程，成為建筑物能耗的主要組成部分。夏季透過圍護結構透明部分進入建筑物的熱量占空調冷負荷的一大部分，而冬季由于圍護結構透明部分本身的傳熱系數比墻體大，透過透明部分散失到外部環境中的熱量對采暖負荷具有重要影響。據統計，建筑物圍護結構透明部分長期使用能耗約占整個建筑長期使用能耗的50％以上，因此通過建筑物圍護結構透明部分的能量損失日益受到人們廣泛關注。
通過建筑物圍護結構透明部分的能量損失包括通過玻璃的能量損失和通過用于固定透明部分骨架的能量損失之和。近年來，隨著鋁合金隔熱斷橋、塑鋼、玻璃鋼窗框等新型骨架材料的出現，骨架材料的保溫隔熱性能有了很大提高，通過固定透明部分骨架的熱損失得到了有效降低，而占整個圍護結構透明部分面積70％～85％的玻璃的節能仍令人擔憂。為了降低建筑物能耗，尤其通過玻璃的能量損失，我國提出了一系列建筑節能設計標準，對建筑物不同圍護結構的設計做了詳細的規定，以達到降低建筑能耗的目的。為了實施我國的“可持續發展戰略”，達到2010年全國建筑總能耗節能50％的目標，建設部2006年提出“居住建筑節能檢驗標準”征求意見稿，旨在檢驗評價我國新建建筑和既有改造建筑是否真正具有建筑物節能設計標準所要求的熱工性能和能耗指標。該征求意見稿中對建筑物不同圍護結構的性能檢驗方法做了詳細的規定，但是，由于圍護結構透明部分傳熱機理的復雜性，該標準中沒有對透明部分的熱性能參數測量方法作出任何規定，可見對于建筑物圍護結構透明部分的節能檢測目前還沒有有效的現場測量方法，有必要開發新的有效的測量裝置，以實現建筑物圍護結構透明部分的節能評價。
圍護結構透明部分的熱工性能的評價包括反映透明部分本身隔熱保溫特性的綜合傳熱系數K值和反映通過透明部分進入室內的太陽得熱量系數SHGC。綜合傳熱系數K反映窗結構本身和兩側空氣邊界層共同傳遞熱量的能力，傳熱系數越大，在相同室內外溫差下，進入或流出室內的熱量越大；太陽得熱系數SHGC則反映通過玻璃進入室內的太陽輻射量的大小。對于外窗傳熱系數的測量目前是采用熱箱法，該方法國內外已納入國家標準，將外窗的保溫性能分為10級，級數越大，窗戶保溫性能越好。但該方法的實際測量是在實驗室人工制造一個一維環境，將被測窗戶安裝在測試箱上，被測窗戶內側用熱箱模擬室內條件，窗戶外側模擬室外自然條件。但由于實驗室被檢驗的窗戶往往與實際工程中具體應用的窗戶差別較大，測量結果難以反映現場具體的實際情況。目前對于窗戶太陽得熱系數確定是通過參照不同玻璃的性能參數及當地的氣候條件利用具體的專用軟件通過數值計算得到的，而對于窗戶得熱系數的實際測量，還沒有具體的實時測量方法。國外對于太陽得熱系數的研究仍采用熱箱法進行模擬，太陽輻射利用太陽輻射模擬設備產生，通過測量熱箱內的熱量、箱內外溫度及太陽輻射的變化，求出窗戶太陽得熱系數。我國對窗戶節能特性的研究則更少，目前可查到的相關文獻也很有限，對窗戶的評價基本上停留在單純考慮窗戶的傳熱系數K的靜態模型，或者既考慮傳熱系數K(總熱阻)又考慮太陽得熱系數(SHGC)靜態模型階段；目前能夠找到的唯一一篇關于整個窗戶熱特性的測量文獻也是采用類似熱箱法，室內部分利用熱箱模擬室內環境，而室外則利用實際的環境條件進行測量，但測量誤差較大，且熱箱法設備龐大，操作復雜，難以搬運到現場進行實際的實時測量。對于如玻璃幕墻這樣的透明圍護結構薄弱環節，更是沒有準確的測量裝置，因此有必要開發新型的易于實現現場測量的圍護結構透明部分熱特性測量裝置。
實用新型內容本實用新型的目的在于提出一種實現建筑物圍護結構透明部分熱特性測量裝置，該裝置可以同時測量玻璃的傳熱系數K和太陽得熱系數SHGC(SolarHeat Gain Coefficient)，從而對圍護結構透明部分的熱特性進行評價。
為達到上述目的，本實用新型采取了如下技術方案。主要包括有用于貼在建筑物墻體上的透明圍護結構內表面的、導熱系數為0～400W/(m·K)的吸熱裝置、設置在透明圍護結構外面的太陽輻射測量裝置和用于測量室內、外溫差的測溫裝置，其中，吸熱裝置能夠與透明圍護結構圍成一空腔，位于吸熱裝置室內側的外表面上黏貼有熱流計。
所述的吸熱裝置為半圓柱形殼體或半球形殼體或長方形殼體結構，若為半圓柱形殼體或半長方形殼體結構，則在吸熱裝置的上下兩個端面設置有絕熱層。
所述的吸熱裝置的內表面涂有吸收率大于0.6的黑色材料，進行了“黑化”處理，將所有通過圍護結構透明部分的熱量全部吸收。位于室內側的外表面涂有發射率小于1的白色材料，進行了“白化”處理，以降低吸熱裝置與建筑物墻體之間的輻射換熱。
所述的吸熱裝置由金屬材料或非金屬材料制成，吸熱裝置的壁厚在1～100mm。
所述熱流計的位于室內側的外表面上涂有發射率小于1的白色材料。
所述的太陽輻射測量裝置布置在距透明圍護結構外表面0～10m處。
所述的測量室內、外溫差的測溫裝置為熱電偶或為溫度測量儀。
本實用新型的玻璃熱特性現場測量裝置的基本機理是，進入室內的凈熱量Q凈包括室內外溫度差引起的熱傳導Q傳導和太陽輻射進入室內的輻射換熱Q輻射，即 Q凈＝Q傳導+Q輻射＝K·Δt+SHGC·G(1) 式中，G為投射到窗戶玻璃上的平均太陽輻射熱(w/m2)，K為玻璃傳熱系數(W/(m2·℃))，Δt為室內、外空氣溫差(℃)，SHGC為玻璃的太陽得熱系數。
定義外窗玻璃熱性能系數
則
公式3中Q凈/G與Δt/G成線性關系，斜率為K，截距為SHGC。這樣通過熱流計測量得到Q凈值，通過太陽輻射測量裝置測量得到G值，通過室內、外溫差的測溫裝置測量得到透明裝置兩側空氣溫度差Δt值，利用實驗測量測得一系列Q凈、G和Δt，按照公式(3)，以Δt/G為橫坐標，以Q凈/G為縱坐標，對實驗數據進行線性回歸即可求出K和SHGC。
實驗證明，該裝置可以實現任意建筑物圍護結構透明部分的熱特性測量，此處的圍護結構透明部分熱特性測量既包括傳熱系數的測量，也包括的太陽得熱系數的測量。
圖1通過單層玻璃的熱量傳遞示意圖 圖2建筑物圍護結構透明部分熱特性測量裝置平面示意圖 圖3太陽輻射通過雙層玻璃的熱量傳遞示意圖 圖4建筑物圍護結構透明部分熱特性測量裝置示意圖 圖5建筑物圍護結構透明部分熱特性測量裝置示意圖 圖6建筑物圍護結構透明部分熱特性測量裝置示意圖 圖中1、透明圍護結構，2、建筑物墻體，3、吸熱裝置，4、絕熱層，5、熱流計，6、太陽輻射測量裝置，15、空腔。
具體實施方式
實施例1 如圖1所示，本實施例是針對含有透明圍護結構1的建筑物墻體2實現透明圍護結構熱特性的測量，本實施例中的吸熱裝置3是由一導熱系數為398W/(m·K)、壁面厚度為1mm的銅制成的半圓柱形殼體，在半圓柱形殼體的上下兩個端面設置有絕熱材料4進行絕緣，在半圓柱形殼體的外表面粘貼有熱流計5，對通過半圓柱形殼體的熱量進行測量。
本實施例應用的建筑物透明圍護結構1為單層玻璃，通過單層玻璃的熱量傳遞過程如圖1所示，室外的太陽輻射8照射在玻璃1外表面時，一部分太陽輻射能量9通過透射進入室內，一部分太陽輻射能量10則被反射室外，另一部分太陽輻射能量11則被玻璃吸收，導致玻璃自身溫度升高，玻璃溫度升高后一部分能量13以導熱和長波輻射的形式進入室內，另一部分能量12則以導熱和長波輻射的形式傳入室外，進入室內的太陽輻射能9和13形成室內得熱。室內另外一部分得熱量14則來自于因室內外的溫度差以熱傳導的形式進入室內的熱量。
測量時，將此測量裝置中的半圓柱形殼體的側端面粘附在透明圍護結構1的位于室內側的表面，則半圓柱形殼體與單層玻璃圍成一空腔15，如圖2所示。半圓柱殼體的內表面涂有黑色亞光漆進行了“黑化”處理，將所有通過玻璃進入室內的傳導熱量14和太陽輻射熱9和13全部吸收，通過半圓柱殼體外表面上的熱流計5進行測量得到進入室內的凈熱量Q凈。為了降低半圓柱殼體與室內墻壁之間的輻射換熱，在半圓柱殼體的外表面粘附白色鋁箔，對其進行“白化”處理，同時在熱流計5的外表面也進行了同樣的“白化”處理，熱流計5對進入室內的凈熱量Q凈進行測量。在玻璃1的外表面10厘米處布置太陽輻射測量裝置6對室外的不同時間段的太陽平均輻射G進行實時測量。而室內外空氣溫度則通過熱電偶進行測量，得到室內外空氣溫差Δt，這樣通過一系列的Q凈、G和Δt測量值，即可按照公式(3)，以Δt/G為橫坐標，以Q凈/G為縱坐標，對實驗數據進行線性回歸，得到直線的斜率即為玻璃的傳熱系數K，而截距即為太陽得熱系數SHGC。
實施例2 本實施例中的裝置與實施例1基本相同，只是吸熱裝置3為一端開口的長方形殼體結構。
本實施例應用于的建筑物透明圍護結構1為雙層玻璃，如圖3所示，太陽輻射通過雙層玻璃的熱量傳遞過程為，室外的太陽輻射8照射在雙層玻璃1外表面時，一部分輻射能量9通過透射進入雙層玻璃夾層，一部分輻射能量10則被反射室外，另一部分輻射能量11則被玻璃吸收，導致玻璃自身溫度升高，玻璃溫度升高后一部分能量13以導熱和長波輻射的形式進入雙層玻璃內腔，導致腔內溫度的升高，另一部分能量12則以導熱和長波輻射的形式進入室外。透射進入雙層玻璃腔內的太陽輻射能9中的一部分能量16通過雙層玻璃1的內層玻璃透射進入室內，形成房間得熱，能量9中的另一部分能量17則由于反射進入雙層玻璃腔內，能量9中的第三部分能量18則被玻璃吸收，導致玻璃溫度升高，這部分能量以長波輻射和導熱的形式19和20進入房間和雙層玻璃1夾層空腔內。整個通過雙層玻璃1的太陽輻射熱可以簡化為以透射形式進入室內的太陽輻射熱16和以反射熱量10的形式進入大氣的熱量之和，如圖4所示，此處玻璃吸收太陽輻射后以長波輻射形式進入室內的輻射熱計算進透射熱16中，而玻璃1吸收太陽輻射后溫度升高以導熱的形式進入室內的熱量則計入因室內外溫度差以熱傳導的形式進入室內的熱量14中，這樣，進入室內的太陽輻射能16和傳導熱14形成室內得熱。
測量時，將此測量裝置中的長方形殼體的開口端的側面粘附在雙層玻璃的位于室內側的表面，則長方形殼體與雙層玻璃的內表面圍成一空腔15。長方形殼體的內表面進行了“黑化”處理，將所有通過玻璃進入室內的傳導熱量14和太陽輻射熱16全部吸收，通過粘貼在長方形殼體位于室內側表面上的熱流計5進行測量得到進入室內的凈熱量Q凈。其他有關該雙層玻璃的熱特性測量過程同實施方案1，實驗測量得出玻璃的傳熱系數K和太陽得熱系數SHGC。
實施例3 本實施例中的裝置與實施例1基本相同，只是吸熱裝置3為有一個開口端的半球形殼體，如圖5所示，用于將所有通過透明結構1進入室內的熱量全部吸收并傳入室內，其他實施過程同實施例1。
該裝置同樣可以應用到雙層玻璃熱特性的測量，如圖6所示，該實施過程同實施例2。
權利要求1、建筑物圍護結構透明部分熱特性測量裝置，其特征在于主要包括有用于貼在建筑物墻體(2)上的透明圍護結構(1)內表面的、導熱系數為0～400W/(m·K)的吸熱裝置(3)、設置在透明圍護結構(1)外面的太陽輻射測量裝置(6)和用于測量室內、外溫差的測溫裝置，其中，吸熱裝置(3)能夠與透明圍護結構(1)圍成一空腔，位于吸熱裝置(3)室內側的外表面上黏貼有熱流計(5)。
2、根據權利要求1所述的建筑物圍護結構透明部分熱特性測量裝置，其特征在于所述的吸熱裝置(3)為半圓柱形殼體或半球形殼體或長方形殼體結構，若為半圓柱形殼體或半長方形殼體結構，則在吸熱裝置(3)的上下兩個端面設置有絕熱層(4)。
3、根據權利要求1所述的建筑物圍護結構透明部分熱特性測量裝置，其特征在于所述的吸熱裝置(3)的內表面涂有吸收率大于0.6的黑色材料，位于
室內側的外表面涂有發射率小于1的白色材料。
4、根據權利要求1所述的建筑物圍護結構透明部分熱特性測量裝置，其特征在于所述的吸熱裝置(3)由金屬材料或非金屬材料制成，吸熱裝置(3)的壁厚在1～100mm。
5、根據權利要求1所述的建筑物圍護結構透明部分熱特性測量裝置，其特征在于所述熱流計(5)的位于室內側的外表面上涂有發射率小于1的白色材料。
6、根據權利要求1所述的建筑物圍護結構透明部分熱特性測量裝置，其特征在于所述的太陽輻射測量裝置(6)布置在距透明圍護結構1外表面0～10m處。
7、根據權利要求1所述的建筑物圍護結構透明部分熱特性測量裝置，其特征在于所述的測量室內、外溫差的測溫裝置為熱電偶或為溫度測量儀。
專利摘要本實用新型是建筑物圍護結構透明部分熱特性測量裝置，屬于建筑節能領域。本裝置主要包括有用于貼在建筑物墻體(2)上的透明圍護結構(1)內表面的、導熱系數為0～400W/(m□K)的吸熱裝置(3)、設置在透明圍護結構(1)外面的太陽輻射測量裝置(6)和用于測量室內、外溫差的測溫裝置。吸熱裝置(3)能夠與透明圍護結構(1)圍成一空腔，位于吸熱裝置(3)室內側的外表面上黏貼有熱流計(5)。吸熱裝置(3)的內表面進行了“黑化”處理，外表面進行了“白化”處理。利用該裝置可實現建筑物圍護結構透明部分的傳熱系數K和太陽得熱系數SHGC的現場測量，進而對通過建筑物圍護結構透明部分的能量損失進行定量分析。
文檔編號G01N25/18GK201177608SQ200720169810
公開日2009年1月7日 申請日期2007年7月20日 優先權日2007年7月20日
發明者鹿院衛, 馬重芳, 戴自祝, 旭 張 申請人:北京工業大學