建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)現(xiàn)場檢測方法

1、惡辿下尊E本文對傳熱系數(shù)現(xiàn)場檢測方法進(jìn)行綜述，注重對熱流計法研究總結(jié)。1.引言隨著能源和環(huán)境形勢日益嚴(yán)峻，建筑節(jié)能將是我國的一項長期國策。傳熱系數(shù)是建筑熱工節(jié)能設(shè)計中的重要參數(shù)。建筑構(gòu)件（如門、窗等）的傳熱系數(shù)，可在實驗室條件下對其進(jìn)行測試。而建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)是在建造過程中形成的，其傳熱系數(shù)需要現(xiàn)場檢測才能確定。通過檢測建筑的實際傳熱性能，來判定建筑保溫隔熱系統(tǒng)的產(chǎn)品、技術(shù)是否符合節(jié)能設(shè)計要求，以此來鑒定新系統(tǒng)的產(chǎn)品、技術(shù)的優(yōu)缺點等，同時對分析建筑物實際運行中的能耗狀況和施工過程的偏差也起著非常重要的作用。本文對傳熱系數(shù)現(xiàn)場檢測方法進(jìn)行綜述，注重對熱流計法研究總結(jié)。2.圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)現(xiàn)場檢測方法

2、目前對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)現(xiàn)場檢測的方法主要有四種，即熱流計法、熱箱法、控溫箱熱流計法和常功率平面熱源法。2.1熱流計法。（1）熱流計法原理1。熱流計法是利用溫差和熱流量之間的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行傳熱系數(shù)的測定。通常的做法是用熱流計、熱電偶在現(xiàn)場檢測出被測圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱流密度以及內(nèi)、外表面溫度，通過數(shù)據(jù)處理計算得出建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部分的傳熱系數(shù)（如圖1）。計算公式如下：（2）熱流計法特點。熱流計法的核心是測量通過被測對象的熱流，并假定傳熱為一維。否則，熱流有分量，計算出的被測物的熱阻偏小，傳熱系數(shù)就偏大。該方法是國家檢測標(biāo)準(zhǔn)首選的方法，在國際上也是公認(rèn)的方法，但是這種方法用在現(xiàn)場測試有嚴(yán)重的局限性。因為使

3、用該方法的前提條件是必須在采暖期才能進(jìn)行測試，我國的現(xiàn)實情況是有些地區(qū)基本不采暖、采暖地區(qū)的有些工程又在非采暖期竣工等，這樣就限制了它的使用。在計算時所用到的內(nèi)外墻表面換熱系數(shù)受環(huán)境（溫度、風(fēng)速、輻射等）的影響顯著。如文獻(xiàn)2對實驗用房進(jìn)行了不同風(fēng)速的情況下，外墻表面換熱系數(shù)A的研究，結(jié)果表明外環(huán)境（風(fēng)速）對外墻表面換熱系數(shù)的影響很大（如表1）。文獻(xiàn)34就其它環(huán)境（如雨水和太陽輻射等）條件對圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的影響也作了研究和分析，結(jié)果表明也有較大的影響。（3）雙面熱流計法。它是改進(jìn)的熱流計法，一般的熱流計法是在墻體內(nèi)表面（環(huán)境相對較穩(wěn)定）測定熱流值，而雙面熱流計法是同時測定墻體內(nèi)外兩表面的熱流。

4、由于墻體的傳熱屬于非穩(wěn)定傳熱，在同一時刻所測得的溫度值和熱流值實際上由于溫度波的時間延遲兩者在時間上不吻合；另一方面，由于墻體的蓄熱作用，由外表面進(jìn)入墻體內(nèi)部的熱流值，與同一時刻由墻體內(nèi)部流過內(nèi)表面的熱流不一致。采用雙面熱流計法測量墻體的熱阻就可以消除這兩個影響5。但這必須在環(huán)境較為穩(wěn)定的情況下進(jìn)行，不然外墻測得熱流因受環(huán)境的影響太大而失去意義。2.2熱箱法。（1）熱箱法的基本原理6是用人工制造一個一維傳熱環(huán)境，被測部位的內(nèi)側(cè)用熱箱模擬采暖建筑室內(nèi)條件，并使熱箱內(nèi)的空氣溫度和室內(nèi)的空氣溫度保持一致，另一側(cè)為室外自然條件，維持熱箱內(nèi)溫度高于室外溫度8°C以上，這樣被測部位的熱流總是從室

5、內(nèi)向室外傳遞；當(dāng)熱箱內(nèi)的加熱量與通過被測部位的傳遞熱量達(dá)到平衡時，通過測量熱箱內(nèi)的加熱量得到被測部位的傳熱量，進(jìn)而計算出被測部位的傳熱系數(shù)。（2）熱箱法作為實驗室檢測建筑構(gòu)件熱工性能的方法使用由來已久，發(fā)展較為成熟，并頒布有國際、國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，但用來進(jìn)行現(xiàn)場檢測建筑物熱阻或傳熱系數(shù)的熱箱法還處于研究當(dāng)中。它的特點是不受季節(jié)限制，只要室外平均空氣溫度在25C以下，相對濕度在60%以下，熱箱內(nèi)溫度大于室外最高溫度8C以上就可以測試。該方法在國內(nèi)尚屬研究階段，其局限性在于熱橋部位無法測試，因設(shè)備較多而不利于現(xiàn)場測試，且尚未有關(guān)熱箱法的國際標(biāo)準(zhǔn)或國內(nèi)權(quán)威機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)，僅限于實驗室測定與研究。2.3控溫箱熱

6、流計法?？販叵錈崃饔嫹ǖ幕驹?與熱流計法相同，它利用控溫箱控制溫度，模擬采暖期建筑物的熱工狀況，用熱流計法測定被測對象的傳熱系數(shù)?？販叵錈崃饔嫹ňC合了熱流計法和熱箱法兩種方法的特點。用熱流計法作為基本的檢測方法，同時用熱箱來人工制造一個模擬采暖期的熱工環(huán)境，這樣既避免了熱流計法受季節(jié)限制的問題，又不用校準(zhǔn)熱箱的誤差，因為此熱箱僅是溫度控制裝置，不計算輸入熱箱和熱箱向各個方向傳遞的功率。因此不用龐大的防護(hù)箱在現(xiàn)場消除邊界熱損失，也不用標(biāo)定其邊界熱損失?，F(xiàn)今廣泛應(yīng)用的材料導(dǎo)熱系數(shù)平板測試法也是這個原理，從熱量傳遞的物理過程來看，材料導(dǎo)熱系數(shù)的測試過程和建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)檢測過程是相同的。這

7、種方法問世時間較短，還需要嚴(yán)密的理論推導(dǎo)和實踐檢驗。2.4常功率平面熱源法。常功率平面熱源法8是非穩(wěn)態(tài)法中一種比較常用的方法，適用于建筑材料和其它隔熱材料熱物理性能的測試。其現(xiàn)場檢測的方法是在墻體內(nèi)表面人為地加上一個合適的平面恒定熱源，對墻體進(jìn)行一定時間的加熱，通過測定墻體內(nèi)外表面的溫度響應(yīng)來辨識出墻體的傳熱系數(shù)。該系統(tǒng)一般用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法仿真求解。此方法是非穩(wěn)態(tài)法檢測物體熱性能的一種方法，可大大縮短實際檢測時間，且能減小室外空氣溫度變化給傳熱過程帶來的影響。在實驗室，用非穩(wěn)態(tài)法檢測材料的熱性能較廣泛，但是用來進(jìn)行現(xiàn)場檢測還需做大量的工作才行，包括設(shè)備開發(fā)、系統(tǒng)編程、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和訓(xùn)練效果評

8、定等工作技術(shù)性要求很高，測試結(jié)果的穩(wěn)定性、重復(fù)性都需大量的、可靠的數(shù)據(jù)來支撐。3.現(xiàn)場測試的數(shù)據(jù)處理現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)處理常用的是穩(wěn)態(tài)算法，這種方法把傳熱過程簡化為一維穩(wěn)態(tài)傳熱，在兩側(cè)溫差為At時，根據(jù)傅立葉定律來計算墻體的導(dǎo)熱熱阻。這種方法所要求的條件苛刻，需要穩(wěn)定的時間較長，所以在現(xiàn)場測試中運用時，一般得到不是很精確的結(jié)果。同時由于墻體的儲熱和側(cè)向傳熱作用始終存在，其計算誤差較大。因此有人提出了導(dǎo)熱損失和不同保溫圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)的修正9。另外，在有限元法基礎(chǔ)上提出了動態(tài)分析法，在溫度和熱流變化較大的情況下，采用動態(tài)分析方法10可從對熱流計測量數(shù)據(jù)的分析，求得建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)熱性能。目前圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱非穩(wěn)態(tài)的算法主要有反應(yīng)系數(shù)法、Z傳遞函數(shù)法、拉普拉斯變換函數(shù)法，以及國內(nèi)頻域回歸方法（FDR方法）11。針對非穩(wěn)態(tài)傳熱設(shè)計了測試系統(tǒng)，并編制了非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的程序，辨識了傳熱系數(shù)。但是這些方法都存在一些困擾和問題，如計算結(jié)果易出現(xiàn)差錯、計算收斂性、計算結(jié)果難以驗證、實現(xiàn)難度大等。4.結(jié)論建筑節(jié)能現(xiàn)場檢測技術(shù)是推行建筑節(jié)能政策、標(biāo)準(zhǔn)的重要內(nèi)容，因為我國地域廣闊，各地氣候條件和建筑特色各異，且傳熱復(fù)雜，容易受環(huán)境影響，各地都針對地方特點展開了積極而深入地研究，從測