專(zhuān)利名稱(chēng)：透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)得熱系數(shù)檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱及遮陽(yáng)性能檢測(cè)的裝置，尤其涉及一種透光圍 護(hù)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)得熱系數(shù)檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
建筑節(jié)能面臨的首要問(wèn)題是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能，建筑透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)得熱量是影 響建筑空調(diào)能耗的一個(gè)非常重要的因素。目前我國(guó)在計(jì)算和評(píng)價(jià)透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)得熱性 能時(shí)使用的參數(shù)是遮陽(yáng)系數(shù)(SC)，但該系數(shù)僅考慮了透光圍護(hù)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(yáng)輻射熱量而向室內(nèi)的傳熱考慮在內(nèi)，這必然會(huì)導(dǎo)致建筑能耗計(jì)算 的偏差。由于框會(huì)將吸收的太陽(yáng)輻射熱量向室內(nèi)傳遞，且不同類(lèi)型框材料的傳熱能力也不盡 相同，因此準(zhǔn)確的方法是將透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的玻璃及框作為整體來(lái)考慮其太陽(yáng)得熱情況。美國(guó) 國(guó)家門(mén)窗評(píng)價(jià)委員會(huì)(National Fenestration Rating Council, NFRC)引入一個(gè)新的參數(shù)——太 陽(yáng)得熱系數(shù)(SHGC， Solar Heat Gain Coefficient)作為評(píng)價(jià)透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)得熱性能的指 標(biāo)。這就涉及到如何測(cè)定太陽(yáng)得熱系數(shù)的問(wèn)題，關(guān)鍵是要根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶?yáng)輻射情況研制開(kāi)發(fā) 一種測(cè)定的設(shè)備。然而，目前我國(guó)國(guó)內(nèi)并沒(méi)有能夠測(cè)量透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)得熱系數(shù)的設(shè)備， 也就無(wú)法獲得相關(guān)的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)，要得到某種透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)得熱系數(shù)值也只能是通 過(guò)國(guó)外一些軟件的模擬計(jì)算，這就給透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能評(píng)價(jià)帶來(lái)了實(shí)踐上的很大障礙。隨 著國(guó)家建筑節(jié)能工作的深入開(kāi)展，對(duì)透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)得熱必將提出更為細(xì)致的要求。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種測(cè)量透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)得熱系數(shù)的裝置,對(duì)透 光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行更客觀、更準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)得熱系數(shù)測(cè)量裝置的主要部件為 熱計(jì)量箱及圍護(hù)板、水循環(huán)及制冷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。熱計(jì)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(gè)可控的熱環(huán)境(模擬建筑內(nèi)部的空間)，并且收集外 來(lái)的太陽(yáng)能；熱計(jì)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(jì)量箱壁板且懸空布置的吸 收板，以便更好的進(jìn)行對(duì)流換熱，同時(shí)吸收輻射熱量，使熱計(jì)量箱壁板不受太陽(yáng)輻射的影響; 熱計(jì)量箱的四個(gè)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(hù)板置于熱計(jì)量箱前側(cè)，內(nèi)外表面分別設(shè)置溫度傳感器，圍護(hù)板中央切出一個(gè)洞口，以嵌 放被測(cè)量的試件；熱計(jì)量箱進(jìn)出口設(shè)置溫度傳感器，水循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)有流量計(jì)，其上游裝有
過(guò)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(mén)；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(hù)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)得熱系數(shù)測(cè)量裝置的一種優(yōu)選，熱計(jì)量箱設(shè)計(jì)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(jìn)行角度調(diào)節(jié)以跟蹤太陽(yáng)從天 空經(jīng)過(guò)的位置。能夠減少由于太陽(yáng)輻射角度的變化引起的輻射強(qiáng)度的波動(dòng)，在一定時(shí)間內(nèi)確 保試件平面上的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為常量，有利于測(cè)量的準(zhǔn)確性。
作為所述測(cè)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(hù)板采用復(fù)合保溫板 制成，吸收板由鋁箔制成，熱計(jì)量箱外殼鋼板為單面彩鋼板。
用所述透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)得熱系數(shù)測(cè)量裝置對(duì)幾個(gè)不同材質(zhì)的透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)測(cè) 工作，得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)性比較好，同一透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)試件的兩個(gè)檢測(cè)值之間的偏差在工 程允許的范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與使用WINDOW和THERM軟件模擬計(jì)算的結(jié)果基本一致，說(shuō) 明設(shè)備的制造水平能夠達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求，檢測(cè)的流程也是合理的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該設(shè) 備具有推廣應(yīng)用的價(jià)值。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1為透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)得熱系數(shù)測(cè)試裝置示意圖。
具體實(shí)施方式

要測(cè)量透過(guò)透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)輻射熱量，就必須建立一個(gè)確定的、封閉的、可控的邊 界，將透過(guò)透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)輻射熱量收集起來(lái)。本實(shí)用新型使用一個(gè)近似絕熱的箱體作 為邊界，稱(chēng)之為熱計(jì)量箱。為了使熱計(jì)量箱內(nèi)保持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境，同時(shí)計(jì)量透過(guò)透光 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)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(hù)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)得熱系數(shù)主要由以下幾個(gè)測(cè)量值決定熱計(jì)量箱壁面吸收的凈能量； 入射太陽(yáng)輻射量；周?chē)h(huán)境與熱計(jì)量箱壁的溫差；透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)與熱計(jì)量箱壁面的傳熱系數(shù) 值。
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)原理為標(biāo)定熱箱法。所謂標(biāo)定熱箱法，就是在實(shí)驗(yàn)裝置投入實(shí)際檢測(cè) 工作之前，找出通過(guò)箱壁的熱流與壁內(nèi)外表面溫差的函數(shù)關(guān)系式。熱計(jì)量箱經(jīng)過(guò)標(biāo)定以后， 就可以根據(jù)測(cè)量得到的箱壁溫差值求出通過(guò)箱壁的熱流。為了進(jìn)行熱計(jì)量箱的標(biāo)定，可以在 一定條件下同時(shí)測(cè)量壁面溫差與箱壁熱流，通過(guò)設(shè)定不同的工況，在坐標(biāo)圖上能夠得到多個(gè) 溫差與熱流的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)處理就能整理出通過(guò)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(duì)本實(shí)用新型的透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)得熱系數(shù)測(cè)試裝置作具體的說(shuō)明。使用 標(biāo)定熱箱法測(cè)量透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的SHGC時(shí)，主要部件包括熱計(jì)量箱1及圍護(hù)板2;水循環(huán)
14及制冷系統(tǒng)13;控制系統(tǒng)。
熱計(jì)量箱1在進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，必須要求一個(gè)穩(wěn)定、可控的外部環(huán)境條件，也就是說(shuō)，標(biāo)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(shí)驗(yàn)室。為了同時(shí)滿足測(cè)量透光圍 護(hù)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)得熱系數(shù)時(shí)裝置必須暴露于室外的要求，實(shí)驗(yàn)室圍護(hù)結(jié)構(gòu)的做法與常規(guī)的房間有 所不同。實(shí)驗(yàn)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(gè)整體是能夠活動(dòng)的，房間南北兩面墻下裝有輪子，可以在軌道上滑動(dòng)。
熱計(jì)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(biāo)定。箱壁熱流標(biāo)定時(shí)，PID控制器11根據(jù)鉑電阻 溫度傳感器6的信號(hào)來(lái)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(guò)熱交換裝置4和水循環(huán)系統(tǒng)14，熱計(jì)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(huì)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(guò)試件3進(jìn)入熱計(jì)量箱1的太陽(yáng)輻射對(duì)箱壁內(nèi)表面溫度測(cè)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?yàn)槠鋵?dǎo)熱性能好、重量輕、價(jià)格適中。吸收板不是熱計(jì)量箱1壁板的一部分， 而是懸空的，以便更好的進(jìn)行對(duì)流換熱，同時(shí)吸收輻射熱量。吸收板完全遮擋熱計(jì)量箱壁板， 使其不受太陽(yáng)輻射的影響。
對(duì)于熱計(jì)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(gè)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(cè)量誤差。熱計(jì)量箱l內(nèi) 外壁面的溫度使用熱電偶并聯(lián)的方式進(jìn)行測(cè)量，這種方法是將多個(gè)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(cè)量表面的 平均溫度，并減少了金屬導(dǎo)線的用量。
熱計(jì)量箱1的四個(gè)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(yáng)輻射吸收率 低的特點(diǎn)，可以保護(hù)復(fù)合保溫板和設(shè)備免受太陽(yáng)輻射影響并支撐熱計(jì)量箱1的結(jié)構(gòu)。為了具 有較低的太陽(yáng)輻射吸收率，外殼的顏色選用白色。
本實(shí)用新型將熱計(jì)量箱1設(shè)計(jì)成跟蹤式，即可以跟蹤太陽(yáng)從天空經(jīng)過(guò)的位置。其優(yōu)點(diǎn)在 于能夠減少由于太陽(yáng)輻射角度的變化引起的輻射強(qiáng)度的波動(dòng)，在一定時(shí)間內(nèi)確保試件平面上 的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為常量，有利于測(cè)量的準(zhǔn)確性。跟蹤式熱計(jì)量箱1要求能夠在水平和垂直兩 個(gè)方向均能轉(zhuǎn)動(dòng)，為此，在熱計(jì)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(jìn)行調(diào)節(jié)。
圍護(hù)板2是熱計(jì)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(gè)洞口，可以
試件3嵌在圍護(hù)板2上進(jìn)行測(cè)量實(shí)驗(yàn)。圍護(hù)板2的內(nèi)外表面布置熱電偶，通過(guò)測(cè)量?jī)?nèi)外兩側(cè) 的溫差來(lái)計(jì)算圍護(hù)板2的熱流。在檢測(cè)時(shí)，使用薄的軟質(zhì)發(fā)泡保溫條填充圍護(hù)板2與試件3 之間的縫隙，保證密封。熱電偶是按照圍護(hù)板2的面積加權(quán)來(lái)進(jìn)行并聯(lián)布置的，這樣可以準(zhǔn) 確測(cè)得每一側(cè)表面的平均溫度。圍護(hù)板2的每一側(cè)表面布置8個(gè)T型熱電偶，每個(gè)熱電偶放 置在等尺寸面積的中心。為了保護(hù)永久布置的熱電偶，在熱電偶上要粘貼一層膠帶。
標(biāo)定板與圍護(hù)板2的材料完全相同，每一側(cè)表面布置9個(gè)T型熱電偶，每個(gè)熱電偶放置 在等尺寸面積的中心，在進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)時(shí)，將標(biāo)定板放到由圍護(hù)板2圍成的洞口中，與圍護(hù) 板2形成一個(gè)整體。
水循環(huán)系統(tǒng)14中設(shè)有流量計(jì)5，其上游裝有過(guò)濾器，熱計(jì)量箱l進(jìn)出口設(shè)置鉑電阻溫度 傳感器6對(duì)進(jìn)出口水溫進(jìn)行測(cè)量，熱計(jì)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(diǎn)之前設(shè)置高位膨脹水箱8，水箱高度高于熱計(jì)量箱1 中安裝的換熱裝置4的高度，達(dá)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(mén)；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(tái)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(gè)
a循環(huán)水溫度控制系統(tǒng)
控制參數(shù)選擇熱計(jì)量箱1的進(jìn)水溫度，智能調(diào)節(jié)儀根據(jù)輸入的水溫信號(hào)來(lái)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(dá)到控制水溫的目的。選擇熱計(jì)量 箱l的進(jìn)水溫度作為控制對(duì)象是因?yàn)榭刂茖?duì)象明確，容易達(dá)到穩(wěn)態(tài)。
b標(biāo)定用電加熱膜控制系統(tǒng)
該系統(tǒng)僅在熱計(jì)量箱1壁面熱流標(biāo)定時(shí)使用，進(jìn)行透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)得熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)時(shí)并 不啟用。控制參數(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(hào)來(lái)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(dá)到控制壁面溫度的目的。
可以理解，在不背離本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)特征的前提下，本實(shí)用新型還可具有多種變形， 并不僅限于上述實(shí)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(shí)用新型應(yīng)包括那些對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的變換或替代。
權(quán)利要求1.一種測(cè)量透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)得熱系數(shù)的裝置，其特征在于包括熱計(jì)量箱及圍護(hù)板、水循環(huán)及制冷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，熱計(jì)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(gè)可控的熱環(huán)境，并且收集外來(lái)的太陽(yáng)能；熱計(jì)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(jì)量箱壁板且懸空布置的吸收板；熱計(jì)量箱的四個(gè)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(hù)板置于熱計(jì)量箱前側(cè)，內(nèi)外表面分別設(shè)置溫度傳感器，圍護(hù)板中央切出一個(gè)洞口，以嵌放被測(cè)量的試件；熱計(jì)量箱進(jìn)出口設(shè)置溫度傳感器，水循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)有流量計(jì)，其上游裝有過(guò)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(mén)；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(jì)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(jìn)行角度調(diào)節(jié)以跟蹤太陽(yáng)從天空經(jīng)過(guò)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(hù)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(jì)量箱外殼鋼板為單面彩鋼板。
專(zhuān)利摘要一種透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)得熱系數(shù)檢測(cè)裝置，涉及透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)的裝置。所述裝置主要包括熱計(jì)量箱及圍護(hù)板、水循環(huán)及制冷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，熱計(jì)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(jì)量箱各壁面內(nèi)外表面分別設(shè)置溫度傳感器；圍護(hù)板置于熱計(jì)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(cè)的試件；熱計(jì)量箱進(jìn)出口設(shè)置溫度傳感器，水循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)有流量計(jì)，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(jìn)行測(cè)量，可以得到更為準(zhǔn)確的透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能指標(biāo)。
文檔編號(hào)G01N25/20GK201066344SQ20072015203
公開(kāi)日2008年5月28日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國(guó)建筑科學(xué)研究院