一种夏热冬冷地区热响应速度测试方法

摘要

本发明公开了一种夏热冬冷地区热响应速度测试方法，包括有防护箱体、测试箱体、冷水机组、风机盘管、电加热器和保温系统，所述测试箱体被置于所述的防护箱体内，所述的测试方法包括标定步骤，第一种工况为自然通风工况，两个测试箱体在自然通风状态下内表面温度和室内空气温度保持一致，第二种工况为空调工况，将对比测试的两个测试箱体分别安装外保温系统和内保温系统，启动空调测控系统，确保测试箱体和防护箱体内温度保持在设定温度，各测量点温差在0.5℃以内，同时控制测试箱体内表面风速小于0.3m/s，比较2个测试箱体的内保温系统外保温系统的内表面温度和测试箱体内空气温度对设定温度的响应速度。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑节能测试技术领域，特别涉及一种夏热冬冷地区热响应速 度测试方法。

背景技术

夏热冬冷地区建筑空调负荷中墙体负荷占的比例较大，减少墙体负荷成为建 筑节能的关键。目前常用的建筑墙体保温方式有外保温、中间保温、内保温和自 保温等多种方式。在非稳态条件下，由于不同保温方式在室内侧材料热物性上的 差异，围护结构的热动态特性被改变，将导致空调期间室内的温度响应有很大的 不同，对于采用间歇空调模式建筑而言，保温方式的选择就显得非常重要。

此外，建筑空调设备的运行方式对于热响应速度也有很大影响。夏热冬冷地 区建筑空调设备多为分散式或半集中式，采用间歇式空调运行模式的居多。

探索适宜在这一地区合理的建筑保温方式具重要的意义，但是现有技术中 还没有一种成熟的所述的热响应速度测试方法，可以进行实验对比分析间歇空 调模式下，在其它条件一致的情况下，外保温和内保温系统内表面温度和室内 空气温度响应设定温度速度的区别。

发明内容

本发明的目的是提供一种夏热冬冷地区热响应速度测试方法，用以解决建 筑保温系统的热响应速度的测试问题。

本发明的技术方案是，一种夏热冬冷地区热响应速度测试方法，用于测试 夏热冬冷地区建筑保温系统在空调作用下达到设定温度的反应时间以比较分析 不同保温系统内表面温度和室内空气温度的响应速度，该测试方法基于一种专 用的测试装置，该测试装置被放置在一个可360度旋转的转盘上，所述测试装 置包括有防护箱体、测试箱体、冷水机组、计算机台、控制柜、风机盘管、电 加热器和保温系统，所述保温系统安装于所述测试箱体的采光面，所述测试箱 体被置于所述的防护箱体内，所述的风机盘管和电加热器用于调节测试箱体内 的温度，所述的防护箱体内包括2个测试箱体，所述的测试方法包括标定步骤，

所述的标定步骤，按照2种工况对所述的测试箱体进行标定，

第1种工况为自然通风工况，即关闭空调系统，2个测试箱体在自然通风 状态下内表面温度和室内空气温度保持一致，

第2种工况为空调工况，将对比测试的2个测试箱体分别安装外保温系统 和内保温系统，启动空调测控系统，确保测试箱体和防护箱体内温度保持在设 定温度，各测量点温差在0.5℃以内，同时控制测试箱体内表面风速小于0.3m/s，

所述的测试方法还包括测试步骤，比较2个测试箱体的内保温系统外保温 系统的内表面温度和测试箱体内空气温度对设定温度的响应速度。

本发明基于特定的测试装置提供了一种成熟的夏热冬冷地区建筑保温系统 的热响应速度的测试方法。

附图说明

图1是本发明实施例中测试装置结构俯视图。

图2是本发明实施例中测试装置结构俯视图。

图3是本发明实施例中测试装置的空调组成示意图。

其中，1——冷水机组，2——计算机台，3——控制柜，4——风机盘管，5 ——电加热器，6——测试箱体，7——防护箱体，8——玻璃窗，9——水平移 动门，10——风管。

图4是运用本发明测试方法的制热工况的热响应速度表。

图5是运用本发明测试方法的制冷工况的热响应速度表。

图6是运用本发明测试方法的先制冷后加热工况的热响应速度表。

具体实施方式

如图1和2所示，本发明的装置可以位于建筑物的楼顶，该楼房附近没有 建筑物遮挡太阳光，从日升到日落太阳光都能照射到测试台。整个测试台放置 于一个转盘上，转盘由电机带动可以360°旋转，测试过程中，测试台可以跟 踪太阳使试件始终正对太阳。测试台由两个测试箱体、一个防护箱体、一台风 冷冷水机组、测量和控制设备以及其它辅助设备组成。测试台系统平面图和实 景图如下所示，其中系统平面图中1为冷水机组、2为计算机控制台、3为控制 柜、4为风机盘管、5为电加热器、6为测试箱体、7为防护箱体、8为保温系 统的一种，可以为玻璃窗。

防护箱体主要用来将测试箱体和环境隔离，从而减少测试箱体和环境的传 热。箱体材料选用保温性能较好的聚氨酯。在测试箱体前壁及顶面分别留有两个 1.5m×1.5m的洞口，用于垂直面保温系统及屋面保温系统测试。测试期间，防护 箱体和测试箱体温度共同保持在设定温度，由传热学理论可知除安装保温系统一 面，测试箱体其余各面与外界的传热量很小。

两个测试箱体长、宽、高尺寸均为2m。它们的箱体材料及厚度与防护箱体 相同。前壁及顶面也留有和防护箱体一样的两个洞口。每个测试箱体内分别安装 有一台风机盘管机组和电加热器，风机盘管机组用来带走房间内的热量，电加热 器用于平衡房间内的热量。同时为了使测量结果更加精确，在测试箱体每个壁面 贴有两块热流计来测量通过壁面的微量传热。

风冷冷水机组位于测试台的一角，机组制冷量为20kW。如图3所示，为满足 试验在不同天气条件下运行，风冷冷水机组选用两台并联的压缩机，一般情况下 只需运行一台压缩机，当太阳辐射得热量较多而箱体内温度不能控制在设定值 时，两台压缩机同时运行。风冷冷水机组同样适用于冬季试验的运行，只需先运 行风机盘管机组和电加热器，将冷水机组的循环水温度提高到8℃以上，机组便 可自动运行。由于测试进行过程中，回水温度基本保持不变，因此机组不会因低 温保护而停机。

测试台主要测量仪表数量及其精度如表1、2所示。

表1测试台主要测量仪表及其数量

  铂电阻   热电偶   电磁流量计   热流计   太阳辐射计   三相电参数综合测量仪   功率变送器   防护箱体   1   3   0   0   0   0   0   测试箱体1   3   9   1   12   3   1   1   测试箱体2   3   9   1   12   3   1   1

表2测试台主要测量仪表精度

  铂电阻   热电偶   电磁流量计   热流计   太阳辐射计   三相电参数综合测量仪   功率变送器   测量误差   0.1℃   0.1℃   0.5%   5%   1%   1%   0.5%

三相电参数综合测量仪的精度是指电能量累计到1kWh时的误差。

其中防护箱体和每个测试箱体内都放置一个铂电阻用于测量箱体温度，然 后将温度信号传给控制器，控制器通过比较测量温度值和设定温度值来控制固 态继电器通断，从而控制电加热器开停来达到稳定房间温度的目的。每个测试 箱体中另外两个铂电阻用于测量风机盘管的进出口水温。同时在测试箱体风机 盘管进口管路上安装电磁流量计测量水流量。在每个测试箱体内部选取9个不 同的测试点放置热电偶，用于在测试的进行过程中确保箱体内部温度均匀。由 于对防护箱体温度均匀性要求相对较低，故只放置3个热电偶来保证防护箱体 内温度均匀。为提高测试的精度，每个测试箱体内壁共贴有12片热流计用于测 量测试箱体与防护箱体及环境的微量传热。三相电参数综合测量仪和功率变送 器分别测量电加热累计耗能和风机的功率。另外，室外也放置一整套便携式自 动气象站，用于测量室外温湿度、风速、风向、水平面太阳辐射强度、水平面 太阳散射辐射强度。通过水平面太阳散射辐射强度测试数据可计算出垂直面太 阳散射辐射强度。

实验测试台是基于测试到达设定温度时间来比较分析不同保温系统内表面 温度和室内空气温度的响应速度。对于每个测试箱体，在密闭的情况下，箱体 内的设定温度可由下列热平衡方程来保证得以实现：

Q_s＝Q_fc-Q_f-Q_e-Q_wall-Q_window-Q_l                    （1）

式中，Q_fc为风机盘管换热量，W；Q_f为风机功率，W；Q_e为电加热量，W；Q_wall为墙体传热量，W；Q_window为测试箱体通过玻璃窗向环境的传热量，W；Q_l为各 壁面漏热量，W。

Q_fc＝cρL(t_o-t_i)                                  （2）

式中c为水的比热，J/（kgK）；ρ为水的密度，kg/m³；L为水的流量，m³/s；(t_o-t_i) 为风机盘管进出水温差，K。

$Q_{\mathrm{wall}}=\underset{i=1}{\overset{6}{\Sigma }}{q}_i{A}_i---\left(3\right)$

式中q_i为热流密度，W/m²；A_i为单个壁面面积，m²。

Q_bw＝UF(t_e-t_r)                                    （4）

式中U为保温系统的传热系数，W/（m²K）；F为洞口面积，m²；(t_e-t_r)为测试 箱内外温差，K。

试验的基本方法为对比分析法：试验开始前先对测试箱体按两种工况进行 标定，第一种为自然通风工况，即关闭空调系统，两个箱体在自然状态下箱内 温度和热流的变化情况，主要使得在空调开启前，两个箱体内的内表面温度和 室内空气温度保持一致。第二种为空调工况，主要是将对比测试箱分别安装外 保温系统和内保温系统。然后启动测控系统，使测试进行过程中确保测试箱体 和防护箱体内温度保持在设定温度，各点热电偶测量温差在0.5℃以内。同时控 制保温系统内表面风速小于0.3m/s。在现场状态下比较两个测试箱内保温系统 内表面温度和箱内空气温度对设定温度的响应速度。

实验采用两种保温墙体方式，分别为内保温：多孔粘土砖+30mmEPS；外保 温：30mmEPS+多孔粘土砖。实验过程中，白天室外温度较高时开启制冷模式， 室内温度设定22℃，夜晚室外温度较低时开启加热模式，室内温度设定为30℃。 实验中所需测试参数为两实验箱体中每个箱体所嵌的保温墙体内外表面温度， 两箱体内空气温度及室外空气温度。实验目的是为了比较两种保温墙体，测试 制冷、加热模式时保温墙体内表面温度和室内空气温度对设定温度的响应。测 试结果如下。

图4所示是制热工况：箱体内设定温度30℃，室外空气平均温度19.8℃。 加热时间17:30—8:00。从保温墙体内表面温度可看出，初始加热阶段，内保 温内表面温度升温速率明显大于外保温墙体内表面温度，近90分钟后，内保温 内表面温度稳定。经过近12个小时的波动后外保温和内保温内表面温度温度达 到一致。

图5所示是制冷工况：10:30—16:30为制冷模式，室内温度设定为22℃， 室外空气平均温度为29℃。制冷前，两箱体温度随着空气的温度升温而升高， 制冷开始时，内保温墙体内表面温度降温速率明显大于外保温墙体内表面温度 速率，经过近6个小时，两者温度达到一致。

图6所示是先制冷后加热工况：13:40-17:00为制冷模式，空调温度设定 为22℃，室外空气平均温度为27℃;17:00以后为加热模式，空调温度设定为 30℃，室外空气平均温度为18℃。制冷加热工况两种模式先后开启，实验结果 显示两种模式下，内保温墙体内表面温度升温速率都明显大于外保温墙体内表 面温度。