一种模拟自然光变化的方法与流程

本发明涉及一种用于遮阳产品隔热性能检测的模拟自然光变化的方法，它属于检测技术领域，用于提供一种接近自然光变化的人工模拟光。

背景技术：

建筑遮阳技术是建筑节能技术的重要组成部分，是我国大部分地区夏季建筑节能的关键措施。目前越来越多的建筑工程应用建筑遮阳，而我国评价建筑遮阳隔热性能的标准主要为自然光检测法和人工模拟光检测法，自然光检测法测试数据更接近实际，但受外界环境影响大，测试数据不稳定、可重复性低和效率低；国内相关检测机构主要都采用人工模拟光检测法，人工模拟光检测法不受天气影响，测试数据稳定，若采用与自然光光谱接近的人工模拟光，测试数据也相对接近实际。

但现有的人工模拟光源在检测中只能提供垂直于外窗方向的模拟光，且模拟光的辐照强度值一般为恒定值，虽然可以在实验室中稳定测试数据，但不能真实模拟自然光变化，测试的数据不能准确反映遮阳试件在自然光照射下的隔热性能，也不能测试具有光感应变化的智能遮阳系统的隔热性能。

此外，现有的人工模拟光源在使用中可调光范围小，不能满足多种情况的检测需求，例如安装的人工模拟光源辐照强度设置为800W/m²，其光强调整一般在5%以内，而在建筑遮阳产品隔热性能检测中，有的情况只需要500W/m²，有的情况需要连续变化的光照强度，要降低辐照强度，需另外安装调光单元，该调光单元通过改变模拟光源的电压值来改变其辐照强度，且每个模拟光源等需配置调光单元，目前市场上调光单元的价格约在1-2万元，而建筑遮阳隔热性能检测装置的模拟光源要在4个以上，成本较高。另外，虽然通过调光单元可实现模拟光源辐照强度的转化，但在使用中只能通过事先设定光照强度进行使用，在某些情况下，一些遮阳产品需要在连续变化光照强度的情况下进行隔热性能测试，此时，安装调光单元的人工模拟光源也不能满足要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于建筑遮阳隔热性能检测的模拟自然光变化的方法，使到达遮阳试件表面的模拟光变化与自然光接近并可根据测试要求进行辐照强度连续变化，满足建筑遮阳产品多种检测的需求。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种模拟自然光变化的方法，包括以下步骤：

1）测试需要模拟的自然光照射到遮阳试件表面各个时刻的太阳高度角及辐照强度；

2）将上述自然光各个时刻的辐照强度根据太阳高度角分解为垂直于遮阳试件表面方向的辐照强度与平行于遮阳试件表面方向的辐照强度；

3）在建筑遮阳隔热性能检测装置内设置横向调光百叶机构、竖向调光百叶机构、横向百叶转角机构、竖向百叶转角机构、转角机构控制装置；所述建筑遮阳隔热性能检测装置包括热箱、冷箱、防护箱、模拟光源系统；所述光源箱放置在热箱内，并设有透光口；所述横向调光百叶机构为多个等间距水平设置在热箱内的黑色横向百叶；所述竖向调光百叶机构为多个等间距竖直设置在热箱内的黑色竖向百叶；所述横向百叶转角机构与横向调光百叶机构的两端转动连接，用于控制横向百叶的转动角度；所述竖向百叶转角机构与竖向调光百叶机构的两端转动连接，用于控制竖向百叶的转动角度；所述转角机构控制装置用于通过控制横向百叶转角机构和竖向百叶转角机构使横向百叶和竖向百叶转动形成不同的光照遮挡面积，使透过横向调光百叶机构和竖向调光百叶机构到达遮阳试件表面的模拟光变化与自然光相近并可根据测试要求进行辐照强度连续变化；

4）根据热箱透光口的尺寸、横向百叶的尺寸、竖向百叶的尺寸、横向百叶数量、竖向百叶数量、横向百叶转动角度、竖向百叶转动角度，得出模拟光透过横向调光百叶机构和竖向调光百叶机构到达遮阳试件表面的透光率公式；

5）在横向调光百叶机构靠近模拟光源一侧的外表面中心位置设置太阳辐照仪，通过太阳辐照仪测得模拟光照射到横向调光百叶机构表面的辐照强度，并根据上述自然光各个时刻垂直于遮阳试件方向的辐照强度与模拟光透过横向调光百叶机构和竖向调光百叶机构到达遮阳试件表面的透光率公式，得出各个时刻横向百叶的转动角度和竖向百叶的转动角度；

6）将上述得出的各个时刻横向百叶转动角度和竖向百叶转动角度设置在转角机构控制装置中，转角机构控制装置根据各个时刻的横向百叶转动角度和竖向百叶转动角度控制横向百叶转角机构和竖向百叶转角机构将横向百叶和竖向百叶转到设置的转动角度，使该时刻模拟光照射到遮阳试件表面的辐照强度与自然光相近。

进一步，所述横向百叶转角机构包括联动杆、电动推杆，所述联动杆与每片横向百叶的一端活动连接，所述电动推杆的执行端与联动杆活动连接。

进一步，所述竖向百叶转角机构包括联动杆、电动推杆，所述联动杆与每片竖向百叶的一端活动连接，所述电动推杆的执行端与联动杆活动连接。

进一步，所述转角机构控制装置包括单片机模块，所述单片机模块内设置控制百叶转角的控制程序。

进一步，所述转角机构控制装置包括计算机、控制软件，所述计算机的控制软件内设置控制百叶转角的控制程序。

本发明提供了用于建筑遮阳隔热性能检测的模拟自然光变化的方法，通过在光源箱透光口设置横向调光百叶机构和竖向调光百叶机构，并通过转角控制装置控制横向百叶转角机构和竖向百叶转角机构使横向百叶和竖向百叶转动形成不同的光照遮挡面积，使透过横向调光百叶机构和竖向调光百叶机构到达遮阳试件表面的模拟光变化与自然光相近并可根据测试要求进行连续变化，满足建筑遮阳产品多种检测的需求。

附图说明

图1为本发明实施例的建筑遮阳隔热性能检测装置结构示意图。

图2为本发明实施例的百叶转动角度为45°的横向调光百叶机构和竖向调光百叶机构的结构示意图。

图3为本发明实施例的百叶转动角度为0°的横向调光百叶机构和竖向调光百叶机构的结构示意图。

图4为本发明实施例的横向调光百叶机构与竖向调光百叶机构尺寸图。

图5为本发明实施例的横向百叶转动角度示意图。

图6为本发明实施例的竖向百叶转动角度示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图1、附图2、附图3、附图4、附图5、附图6对本发明做进一步的详细阐述。

如图1、图2所示，建筑遮阳隔热性能检测装置包括热箱1、冷箱4、防护箱5、模拟光源系统，所述模拟光源系统包括光源箱2、人工模拟光源3、横向调光百叶机构10、竖向调光百叶机构11、横向百叶转角机构6、竖向百叶转角机构12、转角机构控制装置9；所述光源箱2放置在热箱内，并设有透光口；所述横向调光百叶机构10为多个等间距水平设置在热箱1内的黑色横向百叶；所述竖向调光百叶机构11为多个等间距竖直设置在热箱1内的黑色竖向百叶；所述横向百叶转角机构6与横向调光百叶机构10的两端转动连接，用于控制横向百叶的转动角度；所述竖向百叶转角机构12与竖向调光百叶机构11的两端转动连接，用于控制竖向百叶的转动角度；所述转角机构控制装置9用于通过控制横向百叶转角机构6和竖向百叶转角机构12使横向百叶和竖向百叶转动形成不同的光照遮挡面积，使模拟光透过横向调光百叶机构10和竖向调光百叶机构11到达遮阳试件表面的光照强度满足测试要求。

所述横向百叶和竖向百叶的间距距离和大小可根据系统对光照强度的调整范围的要求设置。

所述横向百叶转角机构6包括联动杆7、电动推杆8，所述联动杆7与每片横向百叶的一端活动连接，所述电动推杆8的执行端与联动杆7活动连接。所述竖向百叶转角机构12采用的结构与横向百叶转角机构6相同。

所述转角机构控制装置9可采用单片机模块，在单片机模块内设置控制百叶转角的控制程序，也可采用安装转角控制软件的计算机，在计算机的控制软件内设置控制百叶转角的控制程序。

由于建筑遮阳隔热性能检测标准中要求只要到达遮阳试件表面的辐照强度满足要求就行，在光源箱透光口设置横向调光百叶机构10和竖向调光百叶机构11可遮挡部分照射的模拟光，使其到达遮阳试件表面的辐照强度减小，通过调节横向调光百叶机构10和竖向调光百叶机构11的转动角度就可形成不同的光照遮挡面积，起到连续调整到达遮阳试件表面模拟光的辐照强度的目的。

模拟光源系统的辐照强度调整以百叶转角45°和以百叶转角0°为例进行说明。

以百叶转角45°为例，如图2所示，通过转角控制装置9控制将横向百叶和竖向转角转到45°时，横向百叶和竖向百叶为黑色，反射率几乎为0，模拟光照射到百叶上时，透光部分直接照射到遮阳试件上，照射到横向百叶和竖向百叶的模拟光被横向百叶和竖向百叶完全吸收，没有任何反射，起到遮挡模拟光的作用，为了确保达到遮阳试件表面光照的均匀性，在横向百叶和竖向百叶上设置多个等间距的圆孔，此时横向百叶和竖向百叶的遮挡面积为多个横向百叶和竖向百叶的面积在垂直于遮阳试件方向的投影面积。

以百叶转角0°为例，如图3所示，通过转角控制装置9控制将横向百叶和竖向转角转到0°时，横向百叶和竖向百叶为黑色，反射率几乎为0，这种情况下遮挡面积最小，遮挡面积为百叶的长度乘以百叶厚度；模拟光照射到横向百叶和竖向百叶上时，大部分透过直接照射到遮阳试件上，极小部分照射到横向百叶和竖向百叶上被完全吸收，没有任何反射。为了尽量扩大调光范围，百叶厚度应尽量小，厚度可设为0.2~1mm。

由于横向百叶和竖向百叶的转角角度由横向百叶转角机构6和竖向百叶转角机构12控制，通过一些自动控制装置如单片机模块、安装控制软件的计算机可连续控制百叶转角机构来使百叶转角角度连续变化，从而产生连续变化的遮挡面积，模拟光透过横向百叶和竖向百叶照射到遮阳试件表面的辐照强度可连续变化。

采用上述所述的可连续变化照射到遮阳试件表面模拟光辐照强度的建筑遮阳隔热性能检测装置，本发明所述的模拟自然光变化的方法，包括以下步骤：

1）测试需要模拟的自然光照射到遮阳试件表面各个时刻的太阳高度角及辐照强度；

2）将上述自然光各个时刻的辐照强度根据太阳高度角分解为垂直于遮阳试件表面方向的辐照强度与平行于遮阳试件表面方向的辐照强度；

3）采用上述所述的建筑遮阳隔热性能检测装置，通过控制横向百叶转角机构6和竖向百叶转角机构12使横向百叶和竖向百叶转动形成不同的光照遮挡面积，使透过横向调光百叶机构10和竖向调光百叶机构11到达遮阳试件表面的模拟光变化与自然光相近并可根据测试要求进行辐照强度连续变化；

4）根据热箱1透光口的尺寸、横向百叶的尺寸、竖向百叶的尺寸、横向百叶数量、竖向百叶数量、横向百叶转动角度、竖向百叶转动角度，得出模拟光透过横向调光百叶机构10和竖向调光百叶机构11达到遮阳试件表面的透光率公式；

5）在横向调光百叶机构10靠近模拟光源一侧的外表面中心位置设置太阳辐照仪，通过太阳辐照仪测得模拟光照射到横向调光百叶机构10表面的辐照强度，并根据上述自然光各个时刻垂直于遮阳试件方向的辐照强度与模拟光透过横向调光百叶机构10和竖向调光百叶机构11达到遮阳试件表面的透光率公式，得出各个时刻横向百叶的转动角度和竖向百叶的转动角度；

6）将上述得出的各个时刻横向百叶转动角度和竖向百叶转动角度设置在转角机构控制装置9中，转角机构控制装置9根据各个时刻的横向百叶转动角度和竖向百叶转动角度控制横向百叶转角机构6和竖向百叶转角机构12将横向百叶和竖向百叶转到设置的转动角度，使该时刻模拟光照射到遮阳试件表面的辐照强度与自然光相近。

如图4，图5、图6所示，横向调光百叶机构为6片横向百叶，竖向调光百叶机构为6片竖向百叶，横向百叶的长度为H1，竖向百叶的长度为S1，热箱1透光口的宽为L1，高为L2。

为了简便准确计算横向调光百叶机构和竖向调光百叶机构的遮挡面积，在使用时将横向百叶和竖向百叶的厚度设置相同，其值为d，并将横向调光百叶机构和竖向调光百叶机构中的百叶同步转动，使其在各个时刻转动角度相同，横向百叶转角角度设为ω，竖向百叶转角角度设为Φ，横向调光百叶和竖向调光百叶机构的遮挡面积可S分为两种情况进行计算：

（1）ω=0°，Φ=0°

横向调光百叶机构和竖向调光百叶机构的遮挡面积S的计算公式为：

S=6*d*H1+6*d*S1-36d² 式（1）

（2）ω> 0°，Φ >0°

横向调光百叶机构和竖向调光百叶机构的遮挡面积S的计算公式为：

S=6*H1*K1*sinω+6*S1*K2*sinΦ-36*(K1*sinω)* (K2*sinΦ) 式（2）

模拟光透过横向调光百叶和竖向调光百叶机构到达遮阳试件表面的透光率Y计算公式为：

Y=(L1*L2-S)/(L1*L2) 式（3）

通过上述计算公式得出透光率Y的计算公式，再根据太阳辐照仪测得模拟光照射到横向调光百叶机构10表面的辐照强度W1，透光横向调光百叶和竖向调光百叶机构照射到遮阳试件表面的辐照强度W2计算公式为：

W2=W1*Y 式（4）

将测得的需要模拟的自然光各个时刻的辐照强度根据太阳高度角分解为垂直于遮阳试件方向的辐照强度A1与平行于外窗方向的辐照强度A2，根据各个时刻的垂直于遮阳试件方法的辐照强度A1（将A1值代入式4中的W2中）和式（4）计算其相应的透光率Y，再根据透光率公式计算各个时刻使横向调光百叶机构10和竖向调光百叶机构11满足所需透光要求所要设置的百叶转角ω 和Φ，并将各个时刻的ω 和Φ值设置在转角机构控制装置9中，转角机构控制装置9根据各个时刻的转动角度控制横向调光百叶机构10和竖向调光百叶机构11将横向百叶和竖向百叶转动设置的转动角度，使该时刻模拟自然光照射的遮阳试件表面的辐照强度与自然光相近。

本发明的保护范围并不局限于上述描述，任何在本发明的启示下的其它方法，不论在形状或结构上作任何改变，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均在本发明的保护范围之内。