高反射高遮蔽低得熱活動中置遮陽的試驗研究

曾憲純，陳文杰，曾慶路

（1.浙江省建筑科學設計研究院，浙江 杭州 310012；2.浙江省建筑設計研究院，浙江 杭州 310006）

0 引言

在我國南方地區(qū)（包括夏熱冬冷和夏熱冬暖地區(qū)），因夏季高溫及太陽強輻射會使建筑物室內(nèi)升溫，造成建筑物的制冷空調(diào)能耗高，且隨著全球氣候暖化和新建筑增加，我國南方地區(qū)夏季空調(diào)能耗還在逐年增長。為減少陽光對建筑圍護表面輻射造成高能耗，對建筑東面、南面和西面外窗降低綜合遮陽系數(shù)是降低夏季空調(diào)能耗最為有效的措施[1]。為此，近些年我國民用建筑節(jié)能標準在不斷提高外窗遮陽隔熱性能要求，如JGJ 134—2010《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》規(guī)定窗墻比≤0.6時，外窗綜合遮陽系數(shù)≤0.25?？紤]到冬季射入室內(nèi)的陽光可以顯著降低建筑冬季采暖能耗，以及過渡季節(jié)的建筑室內(nèi)照明需要，因此，南方地區(qū)多層建筑外窗設置的遮陽應是活動外遮陽裝置。但是高層建筑和臺風地區(qū)的建筑外窗采用活動外遮陽系統(tǒng)存在一定的安全隱患；活動外遮陽系統(tǒng)還會因日曬雨淋影響耐久性，無法正常使用；有的建筑因表面外觀有特殊要求或者外窗的外推開啟形式限制，不宜采用活動外遮陽。而活動中置遮陽系統(tǒng)可以滿足建筑遮陽安全、耐久、外觀、適用和后期維護的要求。

目前，活動中置遮陽采用的活動遮陽簾與外遮陽相同，多為普通低反射金屬百葉簾或者半透光紡織折疊簾等，這類遮陽簾用于外遮陽系統(tǒng)時，有很好的隔熱降溫節(jié)能效果，但是用于中置遮陽產(chǎn)品時，其太陽輻射得熱量較高，節(jié)能效果變差，已不能滿足夏熱冬冷、夏熱冬暖地區(qū)建筑節(jié)能相關標準對大窗墻比外窗遮陽的要求，限制了中置遮陽系統(tǒng)在南方地區(qū)的應用[2]。為降低活動中置遮陽系統(tǒng)得熱量，提高活動中置遮陽簾的外表面反射比和遮陽簾遮蔽性能是最主要的2項技術措施，對此，目前國內(nèi)外尚未進行深入研究。本文在提高中置遮陽簾外表面反射比和遮蔽性能研究的基礎上，進行了模擬太陽光輻射下，不同反射比和遮蔽性能中置遮陽簾對中置活動遮陽得熱影響的對比試驗研究。

1 遮陽簾反射材料選擇、反射比測試及高反射、高遮蔽中置遮陽試件制作

活動中置遮陽簾的反射比對得熱有較大影響，為提高中置遮陽簾外表面的反射比，需要選擇應用反射率更高的表面涂料。本文試驗選擇了高反射涂料和高漫射納米涂料2種，在試驗室實測普通遮陽簾材料和采用高反射涂料遮陽簾表面的反射比的實測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 普通遮陽簾和高反射涂料遮陽簾的反射比

從表1可見，普通中置遮陽百葉簾和折疊簾外表面的太陽光反射比相對較低。

高反射涂料的選擇除了太陽光反射比要高，還要考慮熱反射涂料相對于太陽光不同波長的反射性能，即太陽光輻射強度最強的400～1100 nm波長范圍的反射比要比較高。采用了不同表面涂料的百葉，相對于不同波長的反射分布曲線與太陽光光譜曲線的對照如圖1所示。

從圖1可以看出，高反射涂料和高漫反射涂料在太陽光輻射最強波段都有較好的反射性能。鑒于高反射涂料的價格較為低廉，本試驗選用高反射涂料。

圖1 不同涂料百葉的太陽光反射比曲線

將高反射涂料涂刷于百葉簾的外表面，使其表面的太陽光反射比由0.65提高到0.87，制成高反射比百葉簾，本試驗活動中置百葉遮陽試件提高遮蔽性能的方式是調(diào)整百葉提升繩的位置偏向室內(nèi)，以增大百葉的傾斜角度，可以使原來約68°傾斜角增大到約73°。制作完成的高反射高遮蔽活動中置百葉遮陽試件如圖2所示，尺寸為1.5 m×1.5 m。

圖2 高反射高遮蔽中置百葉遮陽試件

試驗選擇的中置折疊簾試件有可透光和不透光（高遮蔽）2種，普通可透光折疊簾布的透光性能試驗實測的透射比為0.22，普通不透光折疊簾的透射比基本為0，折疊簾的實測外表面太陽光反射比為0.52。同樣選擇太陽光反射比為0.87的熱反射涂料，將該涂料用于中置折疊簾外表面后，實測折疊簾外表面太陽光反射比可以提高到0.65，分別制成高反射可透光活動中置折疊簾試件及高反射不透光高遮蔽活動中置折疊簾試件，尺寸為1.5 m×1.5 m，如圖3所示。

圖3 高反射高遮蔽中置折疊簾遮陽試件

2 模擬太陽光輻射活動中置遮陽得熱試驗

2.1 試驗設備

遮陽產(chǎn)品的太陽光輻射得熱的測試設備系統(tǒng)分別為：光源、熱箱、冷箱（及試件）、測試平臺界面（見圖4）。

圖4 光源箱、熱箱、冷箱試件及測試平臺界面

測試系統(tǒng)采用的太陽光模擬燈源的模擬光譜曲線與太陽光透過大氣層后的光譜曲線有較好的吻合度，可以保證模擬試驗的準確性。實測試驗的模擬太陽光輻射照度設備設定為810 W/m2，相當于夏熱冬冷地區(qū)夏季太陽輻射平均照度。針對不同性能的中置遮陽試件，按照以下試驗程序進行實測：

（1）熱箱、冷箱、防護箱均保持26℃等溫，穩(wěn)定時間40～60 min，測試設備在等溫條件的系統(tǒng)誤差；

（2）熱箱保持35℃，冷箱保持26℃，保持溫差9℃；

（3）穩(wěn)定熱箱和冷箱溫差，穩(wěn)定時間40～60 min；

（4）溫差穩(wěn)定期間，每1 min測讀記錄1次數(shù)據(jù)，10 min計算1項平均值，記錄進入冷箱的能量值；

（5）整理數(shù)據(jù)，計算得熱量；

（6）分析得熱變化及遮陽系數(shù)；

（7）重復試驗1次，取2次試驗數(shù)據(jù)的算術平均值作為測試結果。

2.2 高反射高遮蔽中置百葉遮陽的得熱對比試驗結果

活動中置遮陽的對比得熱試驗應在相似的環(huán)境中進行，以減小環(huán)境影響誤差，利于結果對比。普通中置百葉遮陽簾試件、高反射中置百葉遮陽簾試件及高反射高遮蔽中置百葉遮陽簾試件分別在模擬太陽光輻射下各進行2次得熱試驗，檢測時間、實測得熱量數(shù)據(jù)、得熱量降低比例及以基準得熱量1686.8 W計算的綜合遮陽系數(shù)見表2。

表2 不同反射比和遮蔽性能的活動中置百葉簾遮陽得熱試驗結果

從表2可知，與普通百葉簾相比，高反射百葉簾的表面太陽光反射比提高了0.22，得熱量降低57.3 W，相當于遮陽降低輻射得熱25.5 W/m2，綜合遮陽系數(shù)降低到0.275；高反射高遮蔽活動中置百葉遮陽試件總得熱量比普通中置百葉遮陽可降低130.7 W，相當于遮陽降低輻射得熱58.1 W/m2，綜合遮陽系數(shù)降低到0.231，節(jié)能效果明顯。高反射高遮蔽活動中置百葉遮陽完全可以符合GJ 134—2010規(guī)定的大窗墻比、小框窗比時綜合遮陽系數(shù)≤0.25的最高要求，同樣也可以符合JGJ 75—1012《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》窗墻比≤0.45、小框窗比的綜合遮陽系數(shù)≤0.3的要求，為南方地區(qū)高層建筑和臺風地區(qū)建筑的外窗遮陽提供了可應用的節(jié)能技術。

2.3 高反射高遮蔽活動中置折疊簾遮陽的得熱對比試驗

活動中置折疊布遮陽簾得熱量的測試程序及環(huán)境要求與活動中置百葉遮陽試件的測試相同。4組試件分別為普通可透光活動中置折疊簾遮陽、高反射活動中置可透光折疊簾遮陽、普通活動中置不透光折疊簾遮陽及高反射活動中置不透光折疊簾遮陽。利用上述測試設備，在模擬太陽光輻射下，每組試件測試2次，各試件的得熱量及以基準得熱量1686.8 W計算的綜合遮陽系數(shù)見表3。

由表3可知，與普通中置可透光折疊簾相比，高反射中置可透光折疊簾的外表面太陽光反射比提高24.3%，試件得熱降低36.9%，降低的得熱量為278.1 W，相當于外窗得熱降低了123.6 W/m2，降低能耗較大，遮陽系數(shù)也由0.45降低到0.28。

與普通中置不透光折疊簾相比，高反射中置不透光折疊簾的外表面太陽光反射比提高，試件得熱降低54.2%，提高表面反射比的節(jié)能效果明顯優(yōu)于活動中置百葉簾遮陽和活動中置可透光折疊簾遮陽，較普通中置可透光折疊簾降低的得熱量為484.9 W，相當于外窗得熱降低了215.5 W/m2，降低能耗效果非常明顯。遮陽系數(shù)也降低到0.16，其遮陽效果已經(jīng)達到外遮陽的效果，完全符合JGJ 134—2010及JGJ 75—2012對所有不同體型系數(shù)建筑、大窗墻比、小框窗比的西向、東向外窗綜合遮陽系數(shù)分別≤0.25及≤0.2的要求。為南方地區(qū)高層建筑和臺風地區(qū)建筑的大窗墻比的西向、東向外窗遮陽提供了可應用的節(jié)能技術。

表3 不同反射比折疊布遮陽簾的得熱試驗結果

3 結語

（1）我國民用建筑節(jié)能標準不斷提高外窗遮陽隔熱性能要求，是對南方建筑夏季節(jié)能重要性逐步認識的必然結果。但是南方地區(qū)高層建筑和臺風地區(qū)建筑缺乏可采用的相應的高隔熱中置遮陽產(chǎn)品。

（2）試驗研究表明，提高中置遮陽簾外表面的反射比和遮陽簾的遮蔽性能，是改善隔熱、降低中置遮陽輻射得熱的主要技術措施，透射比越低的遮陽簾通過提高反射比得到的節(jié)能效果越好，高反射不透光中置折疊簾試件得熱降低可達到54.2%。

（3）采用高反射、高遮蔽的活動中置百葉遮陽技術，可明顯降低建筑外窗輻射得熱，使綜合遮陽系數(shù)由0.309降低到0.231，可符合夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準對大窗墻比、小框窗比的外窗綜合遮陽系數(shù)≤0.25要求，推廣應用節(jié)能效果明顯。

（4）采用高反射的活動中置不透光折疊簾遮陽技術，降低輻射得熱效果更大，使綜合遮陽系數(shù)降低到0.16，可以滿足夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)民用建筑節(jié)能設計標準，對大窗墻比、小框窗比外窗綜合遮陽系數(shù)分別≤0.25及≤0.2的要求，推廣應用節(jié)能效果非常明顯。

[1]李磊，張立杰，張小麗，等.地理特征、人口分布及用電負荷對深圳城市熱島效應的影響分析[J].環(huán)境科學學報，2012，32（12）：3073-3077.

[2]曹毅然，張小，金星，等.透過遮陽系統(tǒng)的室內(nèi)太陽輻射得熱量實驗研究[J].東南大學學報，2009（6）：1169-1173.