建筑围护结构传热系数现场检测装置及检测方法

摘要

本发明涉及到一种建筑围护结构传热系数现场检测装置及检测方法，该装置包括设置在待测围护结构上的温差产生装置和用来测试、接收所述待测围护结构内外两侧的温度和热流的数据采集装置，其特征在于所述的温差产生装置设置在桶状的壳体内，该壳体与待测围护结构围护形成圆柱状空腔，并且所述壳体内设置有用于强制对流的风扇。所述的温差产生装置包括加热设备和制冷设备。本发明所提供的检测装置能使热量进行一维传导，大大降低测量误差。利用该装置进行现场检测，安装、使用方便，并且测试时间不受季节限制。

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑围护结构传热系数现场检测装置及检测方法。

背景技术

在能源危机已经成为世界关注焦点的今天，建筑节能作为从生活源头抓节能的重要方面受到世界各国政府和社会的高度重视。为了把好建筑节能关，要解决的主要问题之一就是加强建筑建造过程的监督，确保建筑节能效果。除了进一步完善节能设计技术标准外，要特别加强节能检测和验收的技术手段研究工作。其中，建筑材料和围护结构的导热系数或热阻是决定建筑节能效果的关键性内容之一，是验收标准的核心内容之一，其有效的测试方法和设备研究具有深远的社会意义。

关于节能建筑围护结构传热系数的测试方法，从上世纪80年代以来，国内外很多科研机构和管理部门做了大量的研究工作，提出和研制了多种测试方法和测试设备。但是随着地理位置和当地气候条件以及建筑形式的不同，这些测试手段只能适用于某些地区，或者在使用过程存在诸多限制，例如测试地点、测试季节的限制等，而且检测设备体积庞大或者价格昂贵，不利于大规模的推广使用。所以，国内的许多专家和研究机构在90年代就开始着手研究快速、准确、便捷的现场测试方法和设备。

目前，现场检测建筑围护结构传热系数的方法主要有以下几种：热流计法、热箱法和非稳态法，以及红外热像仪法等。国内外行业专家探索并研制了多种墙体传热系数测试设备，特别是现场测试设备，这些设备大多数是基于标定热箱法和热流计法的原理。如华南理工大学建筑系的王珍吾、孟庆林改进了传统的热流计法，应用双面热流计法对广州市汇景新城墙体构造热阻进行了现场测试；北京中建建筑科学技术研究院应用热箱法的原理研制开发了RX-H型传热系数检测仪；中国建研院建筑物理研究所的钱美丽老师详细的分析了实验室内检测建筑待测墙体传热系数的热箱法以及现场检测建筑待测墙体传热系数的热流法。以上方法仍旧没有克服安装不方便、受季节限制等缺点。

ZL200620066046.4提出了一种用于建筑围护结构传热系数现场检测的冷箱，利用人工温差使检测可以在多数天气下进行。但是冷箱仅适用于夏季和部分地区春秋季，在冬季使用则受到限制。ZL200620043848.3提出了一种建筑墙体传热系数现场检测装置，利用加热产生温差和辅助加热消除热源侧向和背离墙体向的热流，但是不能解决热流流过墙体的侧向热流，也就是不能保证墙体的一维传热，导致测量误差增加。ZL200820158854.2提出了一种建筑墙体传热系数检测装置的热箱，可在三维情况下对墙体传热系数进行检测，通过间接测量墙体的热流量从而得到较为准确的传热系数。但是热箱各个侧向热流的测量复杂，造成间接测量误差增加，且没有解决现场测量需要简单方便的问题。后两个专利提出的装置都只有加热功能，使用受到季节的限制。上述后两个专利都是针对建筑墙体的安装特点进行设计，对于屋面、楼板等建筑围护结构则安装不便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种热量能够进行一维传导、测量误差大大降低的建筑围护结构传热系数现场检测装置。

本发明所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状提供一种安装方便、不受季节限制的建筑围护结构传热系数现场检测装置。

本发明所要解决的再一个技术问题是提供一种建筑围护结构传热系数现场检测方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该建筑围护结构传热系数现场检测装置，包括设置在围护结构上的温差产生装置和用来测试、接收所述围护结构内外两侧的温度和热流的数据采集装置，其特征在于所述的温差产生装置设置在桶状的壳体内，该壳体与待测墙体围护形成圆柱状空腔，并且所述壳体内设置有用于强制对流的风扇。

壳体与待测墙体围护形成圆形截面的空腔，同时采用风扇强制对流，使空腔内截面上各点温度均匀分布，该截面作为墙体的加热热源可以认为是一对称的圆形平面热源，热流以截面中心法线为轴，对称的沿垂直墙体和墙体侧向发射出去，由于对称性，沿截面中心的热流一定是垂直于墙体沿一维方向由热面传向冷面，或者冷流由冷面传向热面，所以，该圆柱形空腔可以使建筑待测墙体圆形受热面中心的热传导近似一维；从而使测量误差大大降低。

较好的，为了达到更好的均匀传热的效果，在所述壳体内平行于壳体的底面在靠近所述待测墙体表面的位置可以设有均热板，所述的均热板上均布有多个孔。

同样，所述温差产生装置设置在所述壳体底面的中部，以保证冷、热源热传递的对称性和截面上温度分布更均匀，进一步确保冷、热流沿墙体传导的对称性和中心点的一维传热。

为了减少能量的损失，降低能耗，所述的壳体可以包括内壳体和外壳体，内、外壳体之间填充有保温材料。

所述的数据采集装置可以包括温度传感器、热流传感器和连接所述温度传感器和热流传感器的数据记录处理模块；其中所述的温度传感器和所述的热流传感器设置在对应所述空腔中心位置的建筑围护结构表面。将温度传感器和热流传感器设置在对应空腔圆心位置的建筑围护结构表面，能够减小测量误差。

较好的，所述的热流传感器可以采用0.1-0.3毫米厚的薄片热流计，以减小经过热流计热流的侧向热损失，确保测量精度，同时，该类型的热流计方便粘贴。

所述的温差产生装置连接能控制所述空腔内温度的温控装置，以达到自动控制空腔内温度稳定的效果。

为了使本发明所提供的建筑围护结构传热系数现场检测装置能够在任何季节和温度条件下使用，所述的温差产生装置可以包括制冷器和制热设备以及控制该二者工作与否的温度控制系统。所述的温度控制系统可采用继电器原理控制，也可以采用单片机原理控制；所述的制冷器和制热设备可以集成安装在一起，根据温度控制系统发出的指令选择性工作，也可以分别安装，根据季节温度互换使用。

较好的，为了方便携带、便于安装，保证热传导均匀进行，所述空腔的体积越小越好，这要求温差产生装置的体积不能太大，因此，所述的制冷器可以为半导体制冷片，所述的加热器可以为圆环状电热管；所述壳体的底面上可以设有可拆卸的安装板，制冷器和加热器分别安装在各自的安装板上。这样，使用时，可根据测试时的季节和温度选择性的安装带有制冷器的安装板或带有制热设备的安装板。

采用上述新型建筑围护结构传热系数现场检测装置测试现场围护结构传热系数的方法，其特征在于包括下述步骤：

①将所述壳体安装到所述的待测围护结构上，壳体与待测围护结构构成圆柱状空腔，将所述的温度传感器和热流传感器各二组分别安装到待测围护结构的两侧表面上对应于所述空腔的圆心位置；

②启动所述的温差产生装置，所述的制冷器或制热设备开始工作，同时所述的风扇转动将温差产生装置产生的热量或冷量均匀传送到待测围护结构；

③安装在待测围护结构两侧表面上的温度传感器和热流传感器将测试到的数据传导到数据处理记录模块，经数据记录处理模块存储记录，再计算得到结果。

与现有技术相比，本发明具有下述优点：

1)利用圆形对称加热面保证一维传热，将热流计粘贴于截面中心，能够准确地测量出通过建筑维护结构的热流，不存在二维传热的修正问题，大大减小测量误差；

2)经济实用，设备体积相对较小，便于现场安装；同时便于现场加热或者制冷，耗电量减少，节省检测费用；

3)温差产生设备设置了制冷和加热功能，二者互换方便，可以使现场建筑待测围护结构传热系数测量不受季节、施工条件等因素的限制；

4)数据采集系统的数据采集记录仪可以长时间连续记录温度和热流密度的数据。

附图说明

图1为本发明实施例中建筑待测墙体传热系数现场检测装置的安装示意图；

图2为实施例1中壳体的平面结构示意图；

图3为沿图2中A-A线的剖视结构示意图；

图4为本发明实施例中现场检测安装示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至图3所示，本新型建筑围护结构传热系数现场检测装置包括：

桶状壳体1，如图2和图3所示，壳体1包括内壳体16和外壳体17，内、外壳体16、17之间填充有保温材料18；壳体1的底面11上具有正方形缺口，该缺口也可以采用其它的形状；与该缺口相适配的安装板12通过螺钉可拆卸地设置在该缺口上；靠近桶口的位置、沿壳体1内侧壁周向设与壳体的底面相平行的均热板13，均热板13上均布有多个孔(图中未示出)。该均热板13可直接固定在壳体内壁上，本实施例中的均热板13嵌设在由固定在壳体内壁上的均热板挡块15和绝热垫片14所形成的凹槽内，均热板挡块15方便拆卸。壳体的底面上安装有用于强制对流的风扇4。壳体1的桶口外凸，并形成四个凸耳19，各凸耳19上设有螺孔。为减少围护腔体内热量散失，在桶口外凸面上设置保温密封垫片34。

温差产生装置，包括由圆环状电热管21和半导体制冷片22；圆环状电热管21和半导体制冷片22分别安装在各自的安装板的中心位置上。温差产生装置的制冷、制热设备连接温度控制系统23，该温度控制系统23采用现有技术中的能进行制冷、制热温度控制装置即可，其可控制空腔内的温度恒定在设定温度。

数据采集记录装置，包括二组温度传感器31、二组0.2毫米后的薄片热流计32和数据采集记录仪33，温度传感器31和薄片热流计32分别连接数据采集记录仪33的信号输入端。

使用上述建筑围护结构传热系数现场检测装置进行现场检测时，检测步骤如下：

①首先根据环境温度选择使用加热器还是制冷器，本实施例使用电热管21，将安装有电热管21的安装板12用螺丝固定到壳体1底面的缺口上。

②确定待测围护结构的位置。本实施例检测的围护结构为墙体，待测墙体宜选择在北向、东北向或西北向，测试部位不应受阳光直接照射。并且测量主体部位的传热系数时，测点位置不应靠近热桥-例如柱子、窗框、过梁等、裂缝和有空气渗透的部位，对已经启用的建筑，也不能布置在加热器、制冷器或风扇附近。对于屋面检测应设置遮阳措施和防雨措施，楼板则选择便于安装的位置即可。

③如图1所示，将二个薄片热流计32对齐分别粘贴到待测墙体5的两侧墙面上，然后在待测墙体5的两侧墙面安装二组温度传感器31。每组温度传感器包括四支一级热电偶，并采用等温线粘贴，其中一个热电偶粘贴在薄片热流计32的中心位置上，以监测中心点的温度是否与周围热电偶温度一致，判断传热是否对称。上述热流计和热电偶在使用前一定要经过标定，以控制测量误差；另外设置在室外的传感器还应在其外围设置防辐射罩。

④将各传感器接到数据采集记录仪的信号输入端，开启数据采集记录仪，检查各点是否正常。如果各点正常，进入下一步；否则重新调整各传感器，直到各点数据传输正常。

⑤温度传感器和热流计安装好并传输正常后，将壳体1扣放到待测墙体5上，使热流计32位于空腔的轴线位置。然后用螺栓穿过壳体1四个凸耳19上的螺孔，将壳体1安装到待测墙体5上，壳体1与待测墙体5构成圆柱状空腔。

⑥将电热管21连接温度控制系统23，启动温度控制系统23，温度控制系统23控制电热管21开始加热，同时风扇4开始转动，热量通过均热板13上的孔均匀传导到待测墙体5；测试过程中，温度控制系统23控制电热管21的工作情况使空腔内的温度恒定在预先设定的温度值。

⑦围护腔内温度稳定或接近稳定后，进入数据采集记录过程。安装在待测墙体两侧墙面上的温度传感器31和热流计32将测试到的数据传导到数据采集记录仪，经其配套的计算程序计算得到结果。

检测过程每隔十分钟自动记录一次数据，并自动保存，在传热接近或达到稳定状态时将每天采集的数据分别进行计算，当连续3天的计算结果接近或基本不变时，即可结束检测。

墙体传热系数的测试原理如下：

检测过程控制待测墙体内侧温度维持恒定，减小动态波动造成的误差。通过数据采集器自动采集并计算得到待测墙体两侧表面温差Δt(℃)和热流密度q(w/m²)，由公式得到待测墙体的导热系数λ，式中δ指墙体的厚度；从而得到待测墙体的导热热阻R＝δ/λ。

再通过公式R_W＝R+Ri+Re计算出墙体待测墙体的总传热阻R_W，从而得到待测墙体的传热系数为：

K＝1/R_W＝1/(Ri+R+Re)                 (1)

式(1)中Ri、Re分别为待测墙体内、外表面的对流换热热阻，根据《民用建筑热工设计规范》(GB50176)附录二附表2.2的规定Ri取0.11m²·℃/W，Re取0.04m²·℃/W。

分别在待测墙体内表面设置4只热电偶测试建筑待测墙体内表面的温度θ_Ijk，待测墙体外表面设置4只热电偶测试建筑待测墙体外表面的温度θ_Ejk，通过热流计采集通过待测墙体的热流密度q_jk，下标j代表数据采集次数，下标k代表数据传感器个数。将传热稳定后的记录数据导入电脑，根据得到待测墙体计算导热热阻，式中n是数据记录总次数，根据得到待测墙体计算传热系数。再结合事先标定好的针对附图2、3所示的具体温差产生装置和不同建筑维护结构的修正数据，最终处理分析得到维护结构的传热系数K。

本发明中未涉及到的部分与现有技术相同。