专利名称：透光围护结构太阳得热系数检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种透光围护结构的隔热及遮阳性能检测的装置，尤其涉及一种透光围 护结构太阳得热系数检测装置。
背景技术：
建筑节能面临的首要问题是建筑围护结构的节能，建筑透光围护结构的太阳得热量是影 响建筑空调能耗的一个非常重要的因素。目前我国在计算和评价透光围护结构的太阳得热性 能时使用的参数是遮阳系数(SC)，但该系数仅考虑了透光围护结构中玻璃的性能，并未将 框等其它组件由于吸收太阳辐射热量而向室内的传热考虑在内，这必然会导致建筑能耗计算 的偏差。由于框会将吸收的太阳辐射热量向室内传递，且不同类型框材料的传热能力也不尽 相同，因此准确的方法是将透光围护结构的玻璃及框作为整体来考虑其太阳得热情况。美国 国家门窗评价委员会(National Fenestration Rating Council, NFRC)引入一个新的参数——太 阳得热系数(SHGC， Solar Heat Gain Coefficient)作为评价透光围护结构太阳得热性能的指 标。这就涉及到如何测定太阳得热系数的问题，关键是要根据当地的太阳辐射情况研制开发 一种测定的设备。然而，目前我国国内并没有能够测量透光围护结构太阳得热系数的设备， 也就无法获得相关的实验检测数据，要得到某种透光围护结构的太阳得热系数值也只能是通 过国外一些软件的模拟计算，这就给透光围护结构的节能评价带来了实践上的很大障碍。随 着国家建筑节能工作的深入开展，对透光围护结构的太阳得热必将提出更为细致的要求。 发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种测量透光围护结构太阳得热系数的装置,对透 光围护结构的性能进行更客观、更准确的评价。
为解决上述技术问题，本实用新型的透光围护结构太阳得热系数测量装置的主要部件为 热计量箱及围护板、水循环及制冷系统、控制系统。热计量为近似绝热的箱体，箱壁面主体 由隔热性能良好的板材制成，以提供一个可控的热环境(模拟建筑内部的空间)，并且收集外 来的太阳能；热计量箱内设置热交换系统，热交换装置和水循环系统将箱内得到的热量带走， 以保持箱内的空气温度在一定范围内；箱体内部装有完全遮挡热计量箱壁板且悬空布置的吸 收板，以便更好的进行对流换热，同时吸收辐射热量，使热计量箱壁板不受太阳辐射的影响; 热计量箱的四个侧面和底面覆盖一层钢板作为外壳，各壁面内外表面分别设置温度传感器； 围护板置于热计量箱前侧，内外表面分别设置温度传感器，围护板中央切出一个洞口，以嵌 放被测量的试件；热计量箱进出口设置温度传感器，水循环系统中设有流量计，其上游装有
过滤器，循环管路中设有一条带有换热装置的旁通管路，加装用于调节系统的循环水量及散 热量阀门；控制系统为采用智能调节仪的循环水温度控制系统。
作为上述透光围护结构太阳得热系数测量装置的一种优选，热计量箱设计成跟踪式，在 其外侧设置钢支架并在底座和侧面分别安装水平和垂直转轴，进行角度调节以跟踪太阳从天 空经过的位置。能够减少由于太阳辐射角度的变化引起的辐射强度的波动，在一定时间内确 保试件平面上的太阳辐射强度为常量，有利于测量的准确性。
作为所述测量装置的其他优选方式，箱壁面主体为复合保温板，围护板采用复合保温板 制成，吸收板由铝箔制成，热计量箱外壳钢板为单面彩钢板。
用所述透光围护结构太阳得热系数测量装置对几个不同材质的透光围护结构进行了实测 工作，得到的实验数据重复性比较好，同一透光围护结构试件的两个检测值之间的偏差在工 程允许的范围内。实验结果与使用WINDOW和THERM软件模拟计算的结果基本一致，说 明设备的制造水平能够达到实际应用的要求，检测的流程也是合理的。实验结果表明，该设 备具有推广应用的价值。以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。
图1为透光围护结构太阳得热系数测试装置示意图。
具体实施方式
要测量透过透光围护结构的太阳辐射热量，就必须建立一个确定的、封闭的、可控的边 界，将透过透光围护结构的太阳辐射热量收集起来。本实用新型使用一个近似绝热的箱体作 为边界，称之为热计量箱。为了使热计量箱内保持一个相对稳定的环境，同时计量透过透光 围护结构的太阳辐射热量，必须在箱内设置热交换器，将箱内得到的热量取走。这就需要再 设置一套制冷和水循环系统。
透光围护结构太阳得热系数主要由以下几个测量值决定热计量箱壁面吸收的净能量； 入射太阳辐射量；周围环境与热计量箱壁的温差；透光围护结构与热计量箱壁面的传热系数 值。
本实用新型的设计原理为标定热箱法。所谓标定热箱法，就是在实验装置投入实际检测 工作之前，找出通过箱壁的热流与壁内外表面温差的函数关系式。热计量箱经过标定以后， 就可以根据测量得到的箱壁温差值求出通过箱壁的热流。为了进行热计量箱的标定，可以在 一定条件下同时测量壁面温差与箱壁热流，通过设定不同的工况，在坐标图上能够得到多个 温差与热流的对应点，经过数学处理就能整理出通过箱壁的热流与箱壁内外表面温差的函数 关系。
下面结合图1对本实用新型的透光围护结构太阳得热系数测试装置作具体的说明。使用 标定热箱法测量透光围护结构的SHGC时，主要部件包括热计量箱1及围护板2;水循环
14及制冷系统13;控制系统。
热计量箱1在进行标定时，必须要求一个稳定、可控的外部环境条件，也就是说，标定 工作必须在室内完成。所以搭建一间保温隔热性能良好的实验室。为了同时满足测量透光围 护结构太阳得热系数时装置必须暴露于室外的要求，实验室围护结构的做法与常规的房间有 所不同。实验室房间用5mm厚的彩钢板建成，地板是固定的，但是另外的四面墙和屋顶作为 一个整体是能够活动的，房间南北两面墙下装有轮子，可以在轨道上滑动。
热计量箱1壁面主体由隔热性能良好的复合保温板制成，复合保温板的两侧用lmm厚的 铝板覆盖。板外侧铝板的外表面贴上电热膜，电热膜处放置一铂电阻温度传感器6与箱体外 的PID控制器11相连，用于箱壁热流的标定。箱壁热流标定时，PID控制器11根据铂电阻 温度传感器6的信号来调整电热膜的加热功率，从而可以将箱壁外表面的温度控制在不同的 值，获得不同的壁面温差。
通过热交换装置4和水循环系统14，热计量箱l内的空气温度可以控制在一定范围。热 交换装置和水循环系统14会将箱内得到的热量带走，以保持箱内的环境在要求的状态。为了 减少或消除透过试件3进入热计量箱1的太阳辐射对箱壁内表面温度测量的影响，箱体内部 装有吸收板。吸收板是用0.3mm厚的铝箔制成，并且用哑光的黑色喷漆涂成黑色。选用铝箔 作为吸收板是因为其导热性能好、重量轻、价格适中。吸收板不是热计量箱1壁板的一部分， 而是悬空的，以便更好的进行对流换热，同时吸收辐射热量。吸收板完全遮挡热计量箱壁板， 使其不受太阳辐射的影响。
对于热计量箱1内部而言，平均空气温度定义为某特定平面的温度。该平面平行于试件 3，并且与试件3内侧表面的距离为75mm。在该平面设置了 6个T型热电偶，热电偶的端部 用铝箔制成的直径为50mm的圆筒罩住，以减少因辐射换热引起的测量误差。热计量箱l内 外壁面的温度使用热电偶并联的方式进行测量，这种方法是将多个热电偶的铜导线和康铜导 线分别连接在一起，然后各引出一根铜线和康铜线与数据采集仪相连，可以直接测量表面的 平均温度，并减少了金属导线的用量。
热计量箱1的四个侧面和底面覆盖一层单面彩钢板作为外壳。外壳具有太阳辐射吸收率 低的特点，可以保护复合保温板和设备免受太阳辐射影响并支撑热计量箱1的结构。为了具 有较低的太阳辐射吸收率，外壳的颜色选用白色。
本实用新型将热计量箱1设计成跟踪式，即可以跟踪太阳从天空经过的位置。其优点在 于能够减少由于太阳辐射角度的变化引起的辐射强度的波动，在一定时间内确保试件平面上 的太阳辐射强度为常量，有利于测量的准确性。跟踪式热计量箱1要求能够在水平和垂直两 个方向均能转动，为此，在热计量箱1的外侧设置了钢支架并在底座和侧面分别安装了水平 和垂直转轴，角度可以进行调节。
围护板2是热计量箱1前侧的壁板，采用复合保温板制成，中央切出一个洞口，可以
试件3嵌在围护板2上进行测量实验。围护板2的内外表面布置热电偶，通过测量内外两侧 的温差来计算围护板2的热流。在检测时，使用薄的软质发泡保温条填充围护板2与试件3 之间的缝隙，保证密封。热电偶是按照围护板2的面积加权来进行并联布置的，这样可以准 确测得每一侧表面的平均温度。围护板2的每一侧表面布置8个T型热电偶，每个热电偶放 置在等尺寸面积的中心。为了保护永久布置的热电偶，在热电偶上要粘贴一层胶带。
标定板与围护板2的材料完全相同，每一侧表面布置9个T型热电偶，每个热电偶放置 在等尺寸面积的中心，在进行标定实验时，将标定板放到由围护板2围成的洞口中，与围护 板2形成一个整体。
水循环系统14中设有流量计5，其上游装有过滤器，热计量箱l进出口设置铂电阻温度 传感器6对进出口水温进行测量，热计量箱l内设置热交换装置4，用于完成箱内空气与循 环水的热交换，在循环水泵7的入口点之前设置高位膨胀水箱8，水箱高度高于热计量箱1 中安装的换热装置4的高度，达到定压的目的。循环管路中设有一条带有换热装置4的旁通 管路9，加装用于调节系统的循环水量及散热量阀门；循环水在板式换热器10中与制冷剂完 成换热，放出携带的热量。
控制核心部件采用2台ANTHONE LU-906M智能调节仪。该调节仪采用模糊PID控制 方式。按照控制参数的不同，控制系统分为两个
a循环水温度控制系统
控制参数选择热计量箱1的进水温度，智能调节仪根据输入的水温信号来控制晶闸管调 整器1211的输出电压，从而控制电热水器的加热量，最终达到控制水温的目的。选择热计量 箱l的进水温度作为控制对象是因为控制对象明确，容易达到稳态。
b标定用电加热膜控制系统
该系统仅在热计量箱1壁面热流标定时使用，进行透光围护结构太阳得热系数实验时并 不启用。控制参数选择电热膜的加热温度，智能调节仪根据输入的温度信号来控制晶闸管调 整器12的输出电压，从而控制电加热膜的加热功率，最终达到控制壁面温度的目的。
可以理解，在不背离本实用新型的实质特征的前提下，本实用新型还可具有多种变形， 并不仅限于上述实施方式的具体结构，而应该在权利要求限定的范围内作广义的理解。总之， 本实用新型应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代。
权利要求1.一种测量透光围护结构太阳得热系数的装置，其特征在于包括热计量箱及围护板、水循环及制冷系统、控制系统，热计量箱为近似绝热的箱体，箱壁面主体由保温性能良好的板材制成，以提供一个可控的热环境，并且收集外来的太阳能；热计量箱内设置热交换系统，其和水循环系统将箱内得到的热量带走，以保持箱内的空气温度在一定范围内；箱体内部装有完全遮挡热计量箱壁板且悬空布置的吸收板；热计量箱的四个侧面和底面覆盖一层钢板作为外壳，各壁面内外表面分别设置温度传感器；围护板置于热计量箱前侧，内外表面分别设置温度传感器，围护板中央切出一个洞口，以嵌放被测量的试件；热计量箱进出口设置温度传感器，水循环系统中设有流量计，其上游装有过滤器，循环管路中设有一条带有换热装置的旁通管路，加装用于调节系统的循环水量及散热量阀门；控制系统为采用智能调节仪的循环水温度控制系统。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热计量箱为跟踪式，在其外侧设置钢支 架并在底座和侧面分别安装水平和垂直转轴，进行角度调节以跟踪太阳从天空经过的位置。
3. 如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，箱壁面主体为复合保温板。
4. 如权利要求3所述的装置，其特征在于，围护板采用复合保温板制成。
5. 如权利要求4所述的装置，其特征在于，吸收板由铝箔制成。
6. 如权利要求5所述的装置，其特征在于，热计量箱外壳钢板为单面彩钢板。
专利摘要一种透光围护结构太阳得热系数检测装置，涉及透光围护结构性能检测的装置。所述装置主要包括热计量箱及围护板、水循环及制冷系统、控制系统，热计量箱近似绝热，箱内吊装热交换装置，箱体内部装有遮挡箱壁板且悬空布置的吸收板；热计量箱各壁面内外表面分别设置温度传感器；围护板置于热计量箱前侧，内外表面分别设置温度传感器，其中央有一洞口，以嵌放被测的试件；热计量箱进出口设置温度传感器，水循环系统中设有流量计，控制系统为采用智能调节仪的循环水温度控制系统。用此装置进行测量，可以得到更为准确的透光围护结构隔热性能指标。
文档编号G01N25/20GK201066344SQ20072015203
公开日2008年5月28日 申请日期2007年6月22日 优先权日2007年6月22日
发明者刘月莉, 林海燕, 振 潘 申请人:中国建筑科学研究院