1、研究背景

建筑物的各種能耗中，外窗能耗占據了非常重要的地位。據測算，每年通過門窗流失的能量，占到建筑圍護結構能耗的45%～50%，約占社會總能耗的10%。

外窗的遮陽性能是影響建筑外窗節能效果的一個重要指標。在建筑外窗的能耗中，遮陽能耗占有相當可觀的比例。據統計，夏熱冬暖地區夏季透過外窗的太陽輻射得熱所消耗的空調能耗占建筑總空調能耗的30%～40%。因此遮陽性能成為評價外窗節能性能的重要指標。

近年來，隨著建筑節能工作的深入開展，人們越來越意識到遮陽在建筑節能中的地位，外窗的遮陽性能成為了外圍護結構遮陽評價的核心之一。住建部先后批準發布了多項重要的國家標準和行業標準，其中與建筑外窗遮陽要求有關的標準如下：

(1)《公共建筑節能設計標準》(GB 50189-2005)，除對嚴寒地區遮陽不作規定外，其它地區按不同的窗墻面積比對外窗的遮陽系數值進行了規定。

(2)《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》(JGJ 26-2010)中規定寒冷地區B區(2000≤HDD18<3800，100<CDD26≤200，包括北京、天津等)建筑的南向外窗(包括陽臺的透明部分)宜設置水平遮陽或活動遮陽，東西向外窗宜設置活動遮陽(3)《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》(JGJ 134-2010)中對外窗綜合遮陽系數作了詳細規定。

(4)《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》(JGJ 75-2012)中詳細規定了南、北區外窗平均綜合遮陽系數的具體設計規定，標準中規定居住建筑的東、西向外窗必須采取建筑外遮陽措施，建筑外遮陽系數不應大于0.8;居住建筑南、北向外窗應采取建筑外遮陽措施，建筑外遮陽系數不應大于0.9< p>

建筑外窗遮陽性能測試是目前建筑節能領域的熱點和難點問題。在我國現行的建筑節能設計標準中，對遮陽系數的評價方法只有簡單的計算方法和測試與計算相結合的方法。《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》(JGJ 75-2012)、《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》(JGJ 134-2010)和《公共建筑節能設計標準》(GB 50189-2005)提出了建筑外遮陽系數的簡化計算方法。《建筑玻璃（詞條“建筑玻璃”由行業大百科提供）可見光透射比、太陽光直接透射比、太陽能總透射比、紫外線透射比及有關窗玻璃參數的測定》(GB/T 2680-94)參照采用國際標準ISO 9050-1990提出了建筑玻璃的遮陽系數計算方法，通過測試單片玻璃中心點的光譜數據，然后根據相應公式計算得到，并未考慮窗框和窗扇等影響，與實際相比誤差比較大。《建筑門窗玻璃幕墻熱工（詞條“熱工”由行業大百科提供）計算規程》(JGJ/T 151-2008)規定了玻璃、窗框及玻璃幕墻遮陽系數的計算標準，它通過軟件模擬計算得到，根據測定的單片玻璃光譜數據進行計算玻璃部分的遮陽系數，不同的是該方法考慮了窗框遮陽系數的計算，理論上結果相對可靠。但是以上方法都是基于簡化計算或軟件模擬得到的結果，其合理性和有效性并沒有得到驗證。

因此，我們應加強對建筑門窗遮陽性能測試方法方面的研究，努力制定出適用于我國的準確可靠的、操作簡單的測試方法和技術標準。

2、國內外研究現狀

早在20世紀80年代，西方歐美等發達國家就開始投入大量人力物力研究建筑門窗遮陽系統熱工性能測試，形成了一系列的有關太陽得熱系數測試技術及設備。1997年美國勞倫斯伯克利國家實驗室研究開發了一套建筑外窗現場實驗測試裝置，這套裝置由兩個并排的保溫熱流測試箱組成，能同時測試兩套門窗在實際的室外條件下的性能。整個測試裝置是可移動的，可以放置到任何地點，調整到任何朝向，可以直接測試太陽輻射得熱和能夠確定多種門窗及其遮陽組合的遮陽效果，測試裝置見圖1。

1999年墨西哥國家研究技術發展中心使用1000W鹵鎢燈代替了自然光作為光源，設計了一套實驗裝置，對不同類型的玻璃遮光隔熱性能進行實驗分析，得到了不同類型玻璃的遮陽系數，測試裝置見圖2。

2006年，瑞士聯邦材料測試與研究實驗室(EMPA)研發了一套測試外遮陽系統的測試設備，整個測試系統安置在環境中，采用自然光作為輻射光源，測試外遮陽系統的動態性能，裝置見圖3。

2011年，巴西研制了一套用于室外測試建筑門窗及遮陽制品太陽得熱系數的裝置，該熱量箱有兩個獨立的得熱測試系統：第一個系統用于測試實際尺寸的外窗、遮陽構件的得熱系數，采用水冷卻系統計量得熱量;第二個系統用于較小面積樣品的測試，采用標定法測量得熱系數，設備見圖4。

新加坡太陽能研究協會采用18KW金屬（詞條“金屬”由行業大百科提供）鹵素燈作為模擬光源，研制了一套用于測量建筑外窗太陽光的得熱系數的熱計量箱，測試系統見圖5。熱計量箱體是在試件傳熱系數測量箱體基礎上改造的，包括計量箱和防護箱兩部分。

日本國土交通省綜合政策研究所建筑研究部倉山千春進行了大量關于開口部太陽光總透射比（詞條“太陽光總透射比”由行業大百科提供）測量方法的研究，研發了帶有太陽能模擬器的太陽得熱系數測量裝置，首次選用短弧氙燈作為模擬光源，測量箱體由恒溫室和測量箱等組合而成，可以測試夏季和冬季條件下同一試驗體的傳熱系數和太陽得熱系數，整套測試裝置見圖6。

基于建筑門窗遮陽性能測試方法發展趨勢，國內相關研究人員也進行了大量研究。2002年，華南理工大學的孟慶林等采用動態防護熱箱法，對廣州地區某居住建筑頂層房間西向外窗的熱阻R和遮陽系數SC進行了現場測試。采用動態測量方法可以滿足夏季室外熱擾量劇烈變化，室內、外傳遞為非穩態傳熱情況下的測試需求，見圖7。

2004年，深圳建科院田智華研制開發了動態可調式建筑遮陽（詞條“建筑遮陽”由行業大百科提供）性能測試裝置，在真實的外界環境條件下測試深圳地區南向外窗的遮陽性能。該測試系統由防護熱箱、上下兩個相同的測試箱體、溫控系統以及測試系統組成，見圖8。

2006年，天津大學與中國建筑科學研究院聯合研發了一套跟蹤太陽光的建筑遮陽測試系統，采用了標定熱箱法和太陽跟蹤系統進行了外窗的太陽得熱系數的測試，見圖 9。實驗室房間提供了一個可控的熱環境，并收集外來的太陽能，通過熱交換裝置和水循環系統來保持實驗室房間的環境要求狀態。