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    新聞資訊
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    電致變色玻璃對辦公建筑室內光熱環境的控制
    將電致變色玻璃實物安裝于上海閔行一實驗臺進行測試。這個實驗臺包括2個幾乎相同的辦公建筑會議室,南側是玻璃窗。其中一個會議室安裝電致變色玻璃,可見光透過率為0.01~0.59,另一個會議室安裝Low-e玻璃。2個房間均安裝了內遮陽簾。研究中分析了電致變色玻璃對室內光環境和熱環境的控制效果,同時,與安裝Low-e玻璃和內遮陽的會議室的光、熱效果進行對比。結果表明,非空調工況時,電致變色玻璃能夠提供更均勻、穩定和舒適的室內熱環境;同時,電致變色玻璃能夠控制室內照度在一定范圍內,特別適用于辦公建筑室內光環境的舒適性。
    電致變色玻璃是―種新型智能玻璃窗。與白玻璃和 Low-e玻璃相比,它提供了可動態變化.感應控制的光譜透過率。一方面減少玻璃窗的太陽輻射得熱,調節室內熱環境,改善熱舒適,降低建筑能耗;另一方面通過調節玻璃的可見光透過率,控制照度水平,降低炫光,改善室內光環境。
    隨著電致變色玻璃相應產品的開發及其在建筑中的應用,現階段國際上著重于分析電致變色玻璃對建筑能耗和室內光熱環境的影響,且多為軟件模擬、小型實驗室模型,國內尚沒有對電致變色玻璃的深入研究47。因此,有必要對這一新型智能玻璃窗在建筑中的實際應用進行長期、全面的效果監測,也為其在國內的推廣應用提供數據支撐。
    本研究占用上海閔行區某辦公樓的兩間會議室搭建實驗臺,分別安裝電致變色玻璃和Low-e玻璃,對各項參數進行長期監測,對比分析電致變色玻璃對室內光,熱環境和能耗的影響。
    實驗方法
    實驗平臺位于上海市1棟辦公樓3層(31°N,12123'E),南偏東18°。它于2014年4月搭建完成,用來檢測、評價電致變色玻璃應用于辦公建筑所產
    生的節能情況和光熱環境。實驗設施由兩個相鄰,結構、材料﹑布置幾乎完全相同的會議室組成。每一個會議室為5.7 m(寬)×5.8 m(深)x3 m(高),南向窗戶5.7 m(寬)x3 m(高)。窗戶盡量不被遮擋。其中東邊的會議室(房間A)安裝電致變色玻璃(SAGEglass , Saint-Gobain Group),可見光透過率調節范圍為59%~1%。西邊的會議室(房間B安裝Low-e玻璃和內遮陽簾。在這個測試中,房間A為實驗組,房間B為對照組。2個會議室的室內布置如圖1所示。圖1(a)是房間A上午11:30拍攝的照片。圖1(b)是2個房間的平面布局圖。房間玻璃墻一面,由三排四列共12塊大小幾乎相等的玻璃構成。房間A中,電致變色玻璃上.中、下每一排由相同的控制器調節玻璃狀態。
    自動記錄類數據的收集從2014年5月1日開始。手持式儀器的數據采集和實驗分階段進行。測試期間,2個房間都為正常使用狀態.使用者可以對房間A的電致變色玻璃、房間B的內遮陽簾,以及2個房間的燈光開關進行調節。其中電致變色玻璃的調節分四檔,1、2、3、4檔玻璃光譜透過率分別為59%、18%.6%、1%。如果不對其進行調節,玻璃處于自動控制模式。
    實驗的測試數據包括室內外干球溫度和相對濕度、室外輻照度、室內照度﹑壁溫、玻璃溫度、室內黑球溫度、照明能耗以及電致變色玻璃控制系統。
    氣象數據每1 min記錄1次。在實驗臺會議室的屋頂搭建了小型的氣象站,用來監測記錄太陽輻照度、室外干球溫度和相對濕度。
    室內空氣溫度﹑相對濕度和照度每 15 min記錄1次(HOBO U12-012,+0.35℃,¥2.5%)。
    墻壁和玻璃的內外表面溫度使用鉑電阻溫度傳感器,每 15 min記錄1次(WZY W-1,土0.3℃)。
    照明能耗使用單相電力能量記錄表,每75 s 記錄1次(DDSD-113,分辨率0.001 kW·h)。
    2實驗結果與分析
    數據采用對比分析2個會議室的方法,圍繞電致變色玻璃使用期間對室內光熱環境的影響,以及會議室使用者對其的評價。具體包括電致變色玻璃對室內照度的影響,非空調工況下對室內空氣溫度、各壁面溫度﹑黑球溫度及操作溫度產生的效果等。
    2.1電致變色玻璃對室內溫度環境的影響
    選取測試期間非空調工況下3個典型天氣分析,天氣分別為晴(D1)、多云轉陰(D2)、陰(D3),3 d的室外氣象參數如表1所示。
    圖2為3種天空狀況下房間A和房間B的圍護結構溫度在1d中的變化情況。從圖2可以看出,房間各內壁面溫度比較接近,而與玻璃溫度有明顯差異。同時,各內壁面溫度1 d中的波動較小,而玻璃溫度發生劇烈的波動。主要是由于玻璃的比熱容小,同時,得到更多的太陽直射輻射得熱。
    對比圖2中(a).(b).(c)3圖可以發現,3種天氣狀
    車專陰,輻照度降低,不僅玻璃和墻壁溫度不同程度地

    降低,而且波動變緩,房間三面墻壁的溫度差異性也
    A和房間B可以發現,晴天時電致變色玻璃可以相對顯著地降低玻璃溫度和墻壁溫度,并且使墻壁間溫度
    差異性降低。而多云天和陰天時,這種效果不明顯。
    為了直接反應房間圍護結構溫度對室內溫度環境的影響,圖 3(a).(b)、(c)3圖對比了3種天氣狀況下房間A和房間B的黑球溫度差異及其在1 d中的變化。圖3(a)看出,各種天氣下,2個房間的黑球溫度波動趨勢大致相同。晴天時,房間A的黑球溫度明顯低于房間B的黑球溫度,且晌午時效果更明顯。進一步分析發現,10:00-16:00期間,電致變色玻璃平均可降低黑球溫度2.03℃;11:00-14:30期間,平均可減低黑球溫度2.19℃。同時,房間A的黑球溫度波動更平穩。圖 3(b)、3(c)顯示,多云轉陰和陰天時,2個房間的黑球溫度按照相同的規律波動,且數值接近。說明晴天時電致變色玻璃的實用效果明顯,且一定程度上起到了跟多云天相似的遮擋太陽輻射的效果。
    為了評價黑球溫度對人體熱舒適的影響,采用平均輻射溫度t,和操作溫度t。兩個描述黑球溫度熱舒適的指標。其中平均輻射溫度和黑球溫度直接相關,操作溫度則反映了環境空氣溫度和平均輻射溫度的綜合作用。計算并統計2房間3種天空狀況下工作時間(8:00-17:00)的操作溫度,結果如表2。
    根據現行標準ASHRAE55——2010圓中規定的操作溫度舒適區范圍,選這個季節衣服典型熱阻0.7 clo,不考慮空氣相對濕度,舒適的操作溫度范圍(90%的滿意率為舒適范圍)為23.66~27.54 ℃。2房間3種天空狀況下操作溫度落在舒適區的百分率見表2。對比房間B的三組數據,發現隨著天空由晴轉陰,操作溫度舒適度提高。其中多云轉陰和陰天比較舒適,而晴天時操作溫度顯著不舒適。對比房間A和房間B,晴天時,房間A的電致變色玻璃可以使操作溫度全部落于舒適區,完全彌補了該天空狀況下普通玻璃對室內操作溫度舒適性的影響。
    2.2電致變色玻璃對室內照度環境的影響
    選取測試期間兩個典型晴天D4(2014-07-29)、D5(2014-07-30)的照度數據進行分析。如圖3所示;第一行是D4的數據,第二行是D5的數據。圖4(a)是1 d中照度隨時間變化曲線圖,圖4(b)是1 d中照度的頻率分布折線圖。
    從圖4(a)可以看出,1d中房間B的照度明顯高于房間A。同時發現,房間A的照度變化很平緩,分布于400 lx ;而房間B的照度變化較大。說明電致變色玻璃通過調節可見光透過率,很好地控制了室內照度水平。中午11:00-13:00時,房間B的照度有所降低,可能因為會議室有人占用且使用者拉下了內遮陽簾。
    2001年,Escuyer和 Fontoynont的研究結果顯示,用電腦工作的人,喜好的照度水平是100~300 lx,對于較少使用電腦工作的人,最喜歡的照度是300~600 1x%??紤]到100 lkx 的水平照度偏低,選擇照度范圍200~600 lx 為本研究的照度舒適度范圍。統計結果如表3所示。
    從表3可見,房間A的照度均值在300 lx左右,房間B的照度均值為800 lx 多。同時,房間A的照度標準差遠小于房間B,說明電致變色玻璃使室內光環境更穩定。還可以看出,電致變色玻璃提高照度落于舒適區范圍近3倍,也顯著提高了辦公建筑光環境舒適度。
    3結論
    通過對比,分析了電致變色玻璃對辦公建筑會議室內光﹑熱環境的影響。得到如下結論:
    (⑴晴天時電致變色玻璃可以相對顯著地降低玻璃溫度和墻壁溫度,并且使墻壁間溫度差異性降低。

    10:00-16:00期間,平均可降低室內黑球溫度2.03℃。玻璃和墻壁的溫差降低,也可減低室內輻射溫度不對稱度。在上海一個典型的秋季非空調工況,可以提高操作溫度舒適率66.06%。對室內熱環境起到顯著的改善效果。
    而在多云天和陰天,電致變色玻璃對室內熱環境的改善效果不明顯。因為多云天和陰天,天空輻照度降低,室內輻射溫度環境相對較好,電致變色玻璃的作用不顯著。

    (2)晴天時電致變色玻璃可以顯著提高室內光環境穩定性。同時,它使照度水平落于舒適區的范圍提高了近3倍,顯著挺高了辦公建筑光環境舒適性。

    light and Thermal Control Performance of Electrochromic Windows
    in a Meeting Room
    LI Zheng-rong,JU Jun-ling
    (Mechanical and Energy Engineering College, Tongji University, Shanghai 200092,China)
    Abstract: Electrochromie(EC)uindous are initiated at a window syste ms test bedin Minhang, Shanghai.The new fucility consists of tuo same meeting rooms uith entire-area uindowus that face south.In one room,EC windows uith a visible transmitance 'To range of 0.01~0.59 were installed. In the other room,Low-eglass windous were installed. There were inside shades installed in both rooms.The study analyses theperformance of ele ctrochromic uindous in daylighting and thermal enuironment control. It also comparesthe effects uith Lou-e glass uwindows and inside shade.The results show that electrochromic windous canprovide more uniform, stable and comfortable indoor thermal enuironment when it is not in air conditioningcondition.What 's more, electrochromic uindous can control indoor illumination within a certain range,uwhich is especially suitable for the office building.
    Keywords: electrochromic windows; office building, daylighting; operating temperature

    參考文獻:
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