陽(yáng)光房的結構要考慮到功能性與安全性互相結合匹配,它主要由主體框架、頂部系統、圍護結構及輔助組件構成。陽(yáng)光房的頂部結構要考慮兩大因素,即防水與采光。光照充足雖然可滿(mǎn)足室內的采光需求,但是太陽(yáng)光長(cháng)時(shí)間輻照難免會(huì )造成室內氣溫過(guò)熱,尤其是在夏季的“蒸籠效應”會(huì )讓居住人的舒適性大大降低。開(kāi)空調制冷和使用通風(fēng)設施治標不治本,那如何從根源上解決陽(yáng)光房的“夏熱”?今天我們就來(lái)以最核心的頂面采光為話(huà)題,以小見(jiàn)大的來(lái)測試使用真空玻璃和中空玻璃應用在陽(yáng)光房采光頂的性能對比效果。
一、實(shí)驗簡(jiǎn)介:
本次對比實(shí)驗應用了兩組不同配置的玻璃的數據進(jìn)行對比,如下表所示:
本次實(shí)驗使用尺寸大小相同的保溫箱,保溫箱外側包裹了保溫棉增強保溫效果,以減少保溫箱熱量流失。上部用真空和中空玻璃模擬陽(yáng)光房頂部,內部則是在不同位置使用測溫探頭來(lái)測量記錄不同時(shí)段溫度的變化,并使用相同的體積的冰袋來(lái)模擬制冷的內部環(huán)境(如下圖所示):
(保溫箱內部結構)
(內部使用冰塊模擬制冷裝置)
(實(shí)驗設施上方應用兩塊不同配置玻璃)
(測溫探頭分布位置)
如上圖原記錄數據所示,真空玻璃和中空玻璃在太陽(yáng)光輻照實(shí)驗中的保溫性能數據圖表。實(shí)驗數據記錄了每20分鐘的溫度讀數,時(shí)間從9:31:12開(kāi)始到16:01:12結束,共記錄21個(gè)時(shí)間點(diǎn)。
溫度探頭分布如下:
真空玻璃保溫箱:溫度探頭1、3、5、7。
中空玻璃保溫箱:溫度探頭2、4、6、8
(分別對應相同位置的對比:1 vs 2、3 vs 4、5 vs 6、7 vs 8)
二、整體溫度對比
計算每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的真空玻璃平均溫度(真空平均溫度 = (溫度1 + 溫度3 + 溫度5 + 溫度7)/4)和中空玻璃平均溫度(中空平均溫度= (溫度2 + 溫度4 + 溫度6 + 溫度8)/4),并計算差異(真空平均溫度-中空平均溫度);正值表示真空玻璃溫度更高,負值表示中空玻璃溫度更高。
對比結果如下表所示:
整體趨勢分析:從加熱階段(9:31~12:51):中空玻璃平均溫度始終高于真空玻璃,差異從-0.40°C逐漸擴大到-2.53°C(10:51),這表明在相同條件的太陽(yáng)輻照條件下,中空玻璃升溫更快,真空玻璃由于隔熱性能更好,熱量傳遞較慢,因此溫度上升較緩。
從日照輻射溫度時(shí)段來(lái)分析(12:51~16:01):中空玻璃平均溫度仍高于真空玻璃,差異可達-2.78°C(14:11),也說(shuō)明了真空玻璃降溫更慢;
所有位置可顯示真空玻璃保溫優(yōu)勢,尤其在溫度位置7(差異變化較大)。位置5和6因可能更暴露于輻照,但整體趨勢一致;實(shí)驗數據可靠,但未來(lái)可增加重復實(shí)驗或控制輻照強度以進(jìn)一步驗證不同配置玻璃的差異性。
三、結論
在太陽(yáng)光輻照下,真空玻璃表現出更優(yōu)的隔熱和保溫特性。具體體現為在加熱升溫階段,真空玻璃升溫較慢,平均溫度比中空玻璃低1.0~2.5°C(整體平均差異峰值-2.53°C),表明了真空玻璃的隔熱性能更好;
在太陽(yáng)輻照降低時(shí)和降溫時(shí)段,真空玻璃降溫較慢,整體平均溫度下降幅度比中空玻璃小1.35°C,也表明了真空玻璃的保溫性能好;進(jìn)一步的說(shuō)明了真空玻璃全實(shí)驗過(guò)程溫度波動(dòng)更小,變化幅度減少約8%,可以提供更穩定的環(huán)境。
該對比實(shí)驗也表現了中空玻璃的局限性和劣勢,比如中空玻璃在加熱階段升溫更快,表明其隔熱性較差,更多太陽(yáng)熱量傳入內部的環(huán)境;在冷卻階段中空玻璃熱量損失更快,保溫性能不如真空玻璃。真空玻璃更適合應用在陽(yáng)光房和綠色節能建筑,能有效減少加熱和冷卻能耗,可以從源頭上更好地解決“夏熱”問(wèn)題,增加居住舒適性。
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