实地检测！建筑外遮阳系统节能保温隔热性能

2022 - 05 - 30

    1. 建筑外遮阳概述

    建筑物使用外遮阳产品，在夏季能有效改善室内热环境，减少空调用能。建筑遮阳在欧洲已经有130多年的历史，而在中国是从2009年开始在江苏省试点推广。根据“欧洲遮阳组织The European Solar Shading Organization”于2015年12月发表的研究报告，总体上使用建筑遮阳产品，夏季可以节约空调用能25%以上，冬季节约采暖用能10%以上。

    2. 建筑外遮阳产品节能实测数据

    国内在建筑遮阳工程设计和投标中多采用该数据，缺少国内实测数据。

    本文通过在北京（冬冷夏热地区）对两个使用了建筑外遮阳产品（金属卷闸窗和玻璃顶户外天幕系统）的项目进行两个月的降温节能跟踪实测，得出了在夏季使用建筑外遮阳产品可有效降低室内温度10℃以上，节电量超过30%的初步结论。

    为了得到北京（冬冷夏热地区）采用建筑外遮阳产品实际可以降低室内温度和节约空调用能的实测数据，依据《居住建筑节能检测标准》JGJ/T132-2009，对两款常用建筑外遮阳产品——金属卷闸窗和玻璃顶户外天幕系统进行降温节能效果实测。

    以下就以这两个实测项目为例，对建筑外遮阳产品降温和节能效果进行探究。

    2.1. 北京建筑节能实测

    2.1.1. 项目概况

    该建筑位于北京市海淀区，西南向房间外窗使用电机驱动金属卷闸窗进行遮阳。该项目使用的金属卷闸窗是由一次性辊轧成型的双层铝合金，中间填充聚氨酯绝热发泡材料，表面经多层烤漆的帘片，片片相扣组合而成，在窗户两侧的导轨内运行，收回时藏于窗户顶部的罩壳内，伸展后可以遮阳、帘片间的透光孔可以透光、通风，完全伸展，关闭帘片间的透光孔时遮阳、隔热和保温效果优异。
图1 使用金属卷闸窗外遮阳系统的西南向房间外观图

    2.1.2. 检测依据

    《居住建筑节能检测标准》JGJ/T132-2009。

    2.1.3. 检测方案

    为检测金属卷闸窗外遮阳系统（以下称卷闸窗）的遮阳效果，在别墅三层的西南向房间内均匀布置温度测点，同时在别墅屋顶外布置室外温度测点、太阳辐照度测点进行测试：布点示意图如图2。

图2 西南向房间室内温度测点布置

    （1）室内外温度测试：西南向房间，测点布置于室内中线及靠近外窗部位如图2），垂直方向分别布置顶部测点（离地1.5m）、底部测点（离地0.75m），每个测点放置2个温度采集记录器；同时在房间室外布置两个室外温度测点，作为室内温度分析的参考。

    （2）太阳辐照度测试：在三层屋顶上放置太阳辐射计，测试太阳辐照度，为温度测试及计算提供参考。

    （3）空调用电量测试：西南向房间安装有空调，在卷闸窗伸展或收回时均进行空调制冷；安装并使用电功率计对空调的用电量进行测试。

    （4）遮阳效果对比方式：相邻两天，在室外平均温度、太阳辐照度基本一致的情况下，一天卷闸窗全部伸展且关闭透光孔，另一天卷闸窗全部收回；对比房间室内温度变化和空调用电量变化。为保证测试准确性，每天上午7:30关闭所有门窗，保证室内温度变化不受影响，每天晚间19:30打开全部门窗通风，保证第二天室内温度变化不受当天室内蓄热影响。

    （5）测试时间：8月12日-8月25日，

    数据分析时剔除断电时间、卷闸窗开启关闭错误时间、阴雨天数据，最后确定以8月19日-8月21日和8月25日-8月26日两组对比测试数据作为遮阳效果分析依据。

    （6）检测设备：温度采集记录器、太阳辐射计（TT-11-03）、数据采集仪。

    2.1.4. 检测结果与评价

    （1）检测结果

    在室外平均温度、室外辐照度基本一致的情况下选择相邻两天卷闸窗分别伸展且关闭透光孔、完全收回时的数据，对遮阳效果进行分析，室内温度对比，时间段为8:00-19:00，结果见表1。
 
表1各房间卷闸帘不同状态下室内平均温度和用电量
 
房间 时间 卷闸窗
状态		 室内
平均
温度
（℃）		 温差
（℃）		 室内
平均
温度
最高值
（℃）		 温差
（℃）		 室外
平均
温度
（℃）		 平均/
最高
太阳
辐照
度
（W/m2）		 空调
用电
（整个
住宅）
西南向
房间		 2014.
8.19		 收回
（关
闭）		 27.30 2.92 38.13 11.88 32.47 545/
914.9		 3.14
2014.
8.20		 伸展
（开
启）		 24.38 26.25 32.01 606/
973.5		 1.78
2014.
8.25		 收回
（关
闭）		 29.50 4.27 43.13 14.75 32.09 597/
996.3		 4.44
2014.
8.26		 伸展
（开
启）		 25.23 28.38 32.92 509/
986.4		 2.16
注：1，室内平均温度逐时温度曲线见图2-图9。
2，节电量计算：直接使用用电量差值进行保守计算，不考虑平均温度差异。
 
    （2）综合评价
    西南向房间使用硬卷帘，在室外相同天气条件下，室内平均温度降低幅度明显，靠近外窗部位最高温度可降低12℃；从两组数据比较情况看，平均温度可降低3℃左右；实际节电量分别为43%和51%。室内各测点检测温度见表2，温度、辐照度对比图详如图3~图8。
 
表2西南向房间对比时间内各测点平均温度
8月19日，卷闸窗收回时不同部位室内温度
部位 1上 1下 1下 2上 2上 2下 3上 3上
仪器
编号		 cf050 cf025 kt240 qq1 kt101 kt216 n015 lj054
日平均
温度		 30.73 29.84 30.87 28.76 29.26 28.50 25.29 25.63
部位 3下 3下 4上 4上 4下 4下 室外 ——
仪器
编号		 cf044 kt198 cf069 kt195 cf082 n050 kt010 ——
日平均
温度		 25.63 25.88 25.94 25.42 25.43 25.44 32.47 ——
8月20日，卷闸窗伸展时不同部位室内温度
部位 1上 1下 1下 2上 2上 2下 3上 3上
仪器
编号		 cf050 cf025 kt240 qq1 kt101 kt216 n015 lj054
日平均
温度		 25.66 22.81 25.55 25.36 25.35 25.02 23.38 23.72
部位 3下 3下 4上 4上 4下 4下 室外 ——
仪器
编号		 cf044 kt198 cf069 kt195 cf082 n050 kt010 ——
日平均
温度		 23.92 24.10 24.13 24.17 24.19 23.95 32.01 ——
8月25日，卷闸窗收回时不同部位室内温度
部位 1上 1下 1下 2上 2上 2下 3上 3上
仪器
编号		 cf050 cf025 kt240 qq1 kt101 kt216 n015 lj054
日平均
温度		 33.16 32.71 33.40 30.69 31.51 30.87 26.80 27.18
部位 3下 3下 4上 4上 4下 4下 室外 ——
仪器
编号		 cf044 kt198 cf069 kt195 cf082 n050 kt010 ——
日平均
温度		 28.21 28.40 27.56 27.54 27.54 27.39 32.09 ——
8月26日，卷闸窗伸展时不同部位室内温度
部位 1上 1下 1下 2上 2上 2下 3上 3上
仪器
编号		 cf050 cf025 kt240 qq1 kt101 kt216 n015 lj054
日平均
温度		 26.48 23.13 26.28 26.18 26.18 25.93 24.07 24.42
部位 3下 3下 4上 4上 4下 4下 室外 ——
仪器
编号		 cf044 kt198 cf069 kt195 cf082 n050 kt010 ——
日平均
温度		 25.02 25.20 25.11 25.20 25.14 24.90 32.92 ——

 

图3 西南向房间8.19-8.20室内平均温度对比


图4 西南向房间8.25-8.26室内平均温度对比


图5 8.19-8.20室外平均温度变化


图5 8.19-8.20室外平均温度变化


图7 8.19-8.20室外太阳辐照度变化


图8 8.25-8.26室外太阳辐照度变化

    3. 示范工程-北京大兴梨园

    3.1. 项目概况

    北京大兴梨园是位于北京市大兴区梨花桥附近的生态别墅，包含户外种植区、阳光房及住宿区，外遮阳天幕帘系统应用在阳光房顶面外部，该阳光房面积为150㎡。

    3.2. 检测依据

    《公共建筑节能检测标准》JGJ/T177-2009。

    3.3. 检测方案

    为检测外遮阳天幕帘系统（以下称天幕帘）的遮阳效果，分别在该阳光房内顶部、中部、底部均匀布置温度测点，同时在阳光房外顶面布置室外温度测点、太阳辐照度测点进行测试；布点示意图如图9和图10

图9 外遮阳天幕帘系统外观图，图10 室内温度测点布置

    测试方式如下：

    3.3.1 室内外温度测试：

    室内将长度中线五等分，在每个等分点的垂直方向布置顶部、中部、底部三个温度测点，距地面距离分别为2.25m、1.5m、0.75m，每个测点放置2个温度采集记录器；测点实景图如图10；同时在阳光房外坡屋面底部位置的地方测试室外温度，作为室内温度分析的参考。

    3.3.2 太阳辐照度测试：

    在坡屋面最高位置上放置太阳辐射计，测试太阳辐照度，为温度测试及计算提供参考，实景图如图10。

    3.3.3 遮阳效果对比方式：

    相邻两天，在室外平均温度、辐照度基本一致的情况下，一天天幕帘全部开启，一天天幕帘全部关闭；对比室内温度变化。为保证测试准确性，每天上午7:30关闭所有门窗，保证室内温度变化不受影响，每天晚间19:30打开全部门窗通风，保证第二天室内温度变化不受当天室内蓄热影响。

    3.3.4 测试时间：

    7月16日~8月12日，数据分析时剔除断电时间、阴雨天数据，最后确定7月20日~7月21日和7月27日~7月28日测试数据为遮阳效果分析依据。

    3.3.5 检测设备：

    温度采集记录器、太阳辐射计（TT-11-03）、数据采集仪。
表3室内平均温度对比表
 
时间 天幕帘
状态		 室内
平均
温度
（℃）		 温差
（℃）		 室内
平均
温度
最高值
（℃）		 温差
（℃）		 室外
平均
温度
（℃）		 平均/
最高
太阳辐
照度
（W/
m2）
2014.
7.20		 关闭 42.45 9.95 56.31 20.25 33.88 580.81/
1175.8
2014.
7.21		 开启 32.50 36.06 32.72 589.97/
1187.8
2014.
7.27		 关闭 42.09 10.26 54.81 19.12 33.06 770.49/
1282.9.
2014.
7.28		 开启 31.83 35.69 33.27 731.79/
1517.6
注：室内平均温度逐时温度曲线见图4、图5。
 
表4室内垂直高度平均温度对比表
 
测
试
部
位		 2014
.7.20		 2014
.7.21		 温差
（℃）		 2014
.7.28		 2014
.7.27		 温差
（℃）
关闭 开启 关闭 开启
上 43.45 35.26 8.19 43.20 32.42 10.78
中 42.51 32.51 10.00 42.16 31.84 10.32
下 41.29 32.02 9.27 40.77 31.17 9.60
注：1.表中测试部位温度为同高度五个测点的平均值；2.室外温度条件与表1相同；3.测点布置详见图2、3。

表5  7月20日，天幕帘关闭时不同部位室内平均温度(时间段为7:30-20:00)
 
部位 1上 1上 1中 1中 1下 1下 2上 2上
仪器
编号		 n008 zy026 cf077 cf078 zy031 zy017 kt120 cf033
日平均
温度		 43.14 42.95 42.04 42.40 39.60 39.40 43.62 43.11
部位 2中 2中 2下 3上 3上 3中 3中 3下
仪器
编号		 zy002 kt162 lj083 zy059 cf100 lj094 tt-3-134 n026
日平均
温度		 42.18 43.41 41.93 43.74 44.22 42.19 42.20 41.67
部位 3下 4上 4上 4中 4中 4下 4下 5上
仪器
编号		 cf064 lj100 kt249 lj073 n045 lj085 zy058 lj072
日平均
温度		 41.97 42.40 43.03 42.85 42.08 41.38 41.61 43.60
部位 5上 5中 5中 5下 5下 室外
仪器
编号		 lj067 cf098 cf109 cf071 kt142 tt-3-132 qq2 ——
日平均
温度		 44.72 42.95 42.77 41.90 42.12 34.08 33.67 ——

表6  7月21日，天幕帘开启时不同部位室内平均温度(时间段为7:30-20:00)
 
部位 1上 1上 1中 1中 1下 1下 2上 2上
仪器
编号		 n008 zy026 cf077 cf078 zy031 zy017 kt120 cf033
日平均
温度		 32.93 32.99 32.47 32.40 31.81 31.79 33.02 32.78
部位 2中 2中 2下 3上 3上 3中 3中 3下
仪器
编号		 zy002 kt162 lj083 zy059 cf100 lj094 tt-3-134 n026
日平均
温度		 32.36 32.55 32.18 32.71 32.99 32.53 32.44 31.88
部位 3下 4上 4上 4中 4中 4下 4下 5上
仪器
编号		 cf064 lj100 kt249 lj073 n045 lj085 zy058 lj072
日平均
温度		 31.95 32.77 32.82 32.52 32.38 31.94 32.04 32.95
部位 5上 5中 5中 5下 5下 室外
仪器
编号		 lj067 cf098 cf109 cf071 kt142 tt-3-132 qq2 ——
日平均
温度		 33.19 32.62 32.81 32.27 32.32 32.85 32.58 ——

表7  7月27日，天幕帘开启时不同部位室内平均温度(时间段为7:30-20:00)
 
部位 1上 1上 1中 1中 1下 1下 2上 2上
仪器
编号		 n008 zy026 cf077 cf078 zy031 zy017 kt120 cf033
日平均
温度		 32.52 32.58 31.88 31.94 31.03 30.96 32.68 32.43
部位 2中 2中 2下 3上 3上 3中 3中 3下
仪器
编号		 zy002 kt162 lj083 zy059 cf100 lj094 tt-3-134 n026
日平均
温度		 31.83 32.12 31.58 32.30 32.59 31.83 31.80 31.22
部位 3下 4上 4上 4中 4中 4下 4下 5上
仪器
编号		 cf064 lj100 kt249 lj073 n045 lj085 zy058 lj072
日平均
温度		 31.26 32.18 32.16 31.79 31.58 30.82 31.13 32.18
部位 5上 5中 5中 5下 5下 室外
仪器
编号		 lj067 cf098 cf109 cf071 kt142 tt-3-132 qq2 ——
日平均
温度		 32.53 31.72 31.89 31.21 31.31 33.31 32.81 ——
 
表8  7月28日，天幕帘关闭时不同部位室内平均温度(时间段为7:30-20:00)
 
部位 1上 1上 1中 1中 1下 1下 2上 2上
仪器
编号		 n008 zy026 cf077 cf078 zy031 zy017 kt120 cf033
日平均
温度		 43.06 42.28 41.83 41.99 39.55 39.38 43.96 43.39
部位 2中 2中 2下 3上 3上 3中 3中 3下
仪器
编号		 zy002 kt162 lj083 zy059 cf100 lj094 tt-3-134 n026
日平均
温度		 42.07 43.31 41.76 43.33 44.08 42.02 41.63 41.39
部位 3下 4上 4上 4中 4中 4下 4下 5上
仪器
编号		 cf064 lj100 kt249 lj073 n045 lj085 zy058 lj072
日平均
温度		 41.43 42.06 42.41 42.33 41.59 39.59 40.85 42.95
部位 5上 5中 5中 5下 5下 室外
仪器
编号		 lj067 cf098 cf109 cf071 kt142 tt-3-132 qq2 ——
日平均
温度		 44.49 42.45 42.42 41.33 41.67 33.50 33.04 ——
 
    3.4. 检测结果与评价

    3.4.1. 检测结果

    在室外平均温度、室外辐照度基本一致的情况下选择相邻两天天篷帘分别开启、关闭时的数据，对遮阳效果进行分析，室内温度对比，时间段为7:30-20:00，结果见表3~表4。

    3.4.2. 综合评价

    （1）阳光房用天幕帘后，在相同天气条件下，室内平均温度降低10℃左右，平均温度30℃左右；室内最高温度降低20℃左右，室内各测点检测温度见表5~表8，温度、辐照度对比图详如图12~图15。
 

图12 7.20-7.21天篷帘不同状态，室内外平均温度变化对比


图13 7.27-7.28天幕帘不同状态，室内外平均温度变化对比

    由图12~图15可看出，天幕帘开启和关闭两种状态变化，在室外温度条件、太阳辐照条件基本相同的情况下，室内温度降低明显，遮阳效果较好。
 

图14 7.20-7.21天幕帘不同状态，太阳辐照度变化


图14 7.20-7.21天幕帘不同状态，太阳辐照度变化

    （2）阳光房用天幕帘后，室内顶部、中部、底部

    温度均低于不使用遮阳时，其中顶部温度降低幅度最大，温度对比详如图16~图17。

    （3）阳光房用天幕帘后，室内垂直方向不同部位

    温度均匀度增加，室内温度均匀度较好，遮阳帘不但起到了遮阳效果，还大大改善了室内热环境；详见不同部位温度对比图16、图17。


图16 7.20-7.21天幕帘不同状态，室内不同部位温度变化

    由图16~图17可看出，天幕帘开启时室内不同部位的温度均低于关闭时；室内顶部温度降低幅度最大。天幕帘开启时室内不同部位的温度变化较为平缓，室内温度均匀度较好，遮阳帘不但起到了遮阳效果，还大大改善了室内热环境。


图17 7.27-7.28天篷帘不同状态，室内不同部位温度变化
 
    4. 结论

    通过北京（寒冷地区）这两个项目的实测数据采集和分析，获得了以下数据：使用建筑外遮阳产品后，在相同天气条件下（室外太阳辐射度和温度基本一致），室内平均温度降低10℃左右；室内最高温度降低20℃左右。同时，在使用建筑外遮阳产品后室内垂直方向不同部位温度均匀度增加，室内温度均匀度较好，大大改善了室内热环境。

    通过对空调用电量的数据采集，同时通过相关节能公式的推算得出理论节能数据：节电30%，而实测得到的节电量高达51%。得出了使用建筑遮阳产品能有效降低建筑能耗，提高室内热舒适度这一结论。

    参考标准：

    [1]《公共建筑节能检测标准》JGJ/T177-2009:  4.建筑物室内平均温度、湿度检测.

    [2]《居住建筑节能检测标准》JGJ/T132-2009：4.室内平均温度4.1检测方法.
绿色建筑设计发展五大趋势
高层建筑如何选择安全的建筑外遮阳产品