墙体材料当量导热系数测定方法及其测定设备

摘要

本发明公开了一种墙体材料当量导热系数测定方法，按照以下步骤实施：将填充体置于一密封环境内，密封环境为填充体的一侧提供热环境，另一侧提供冷环境，待密封环境内温度达到平衡后，测量通过填充体的热流量Q

说明书

技术领域

本发明属于墙体材料技术领域，涉及墙体材料当量导热系数测定方法及其测 定设备。

背景技术

多年来，墙体材料产品从单一的粘土实心砖发展成有多孔砖、空心砖、空心 砌块、保温砖、保温空心砌块、复合保温砖、复合保温空心砌块、装饰砖、路面 砖及装饰瓦等。这些不同原料的墙体砌筑材料其性能根据生产工艺不同也有所不 同，材料的导热系数作为衡量产品保温性能重要指标之一，其对建筑节能的影响 是非常关键的。大多数建筑构件的试件都是非均质的，试件的非均质性将会影响 热流密度的模式，它既不是一维的、也不是均均的；试件厚度的变化也会引起试 件热流密度模式重大的局部变化，这些对温度和局部传热方式的影响也是不一致 的，导致对于表面积平均温度的确定，计量面积变化影响性以及测量结果的误差 分析显得极为困难甚至不可能。

在我国建筑材料导热系数检测领域，当量导热系数的测量方法主要是根据被 测样品砌筑墙体测得的热阻R值进行计算得到当量导热系数λe值。这种方法需 要将样品砌筑成墙体，待墙体砌筑砂浆养护好、样品含水率达到基本恒定时才能 够进行墙体R值的测试(养护放置时间最少为28天)，同时换算出样品当量导热 系数。这种测定方法检测周期长，人为及环境因素影响较大，不能真实、有效的 直观反应样品的节能效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种墙体材料当量导热系数测定方法及其测定设备，以 解决现有墙体材料当量导热系数的测量方法检测周期长，人为及环境因素影响较 大，不能真实、有效的直观反应样品的节能效果的问题。

本发明所采用的第一种技术方案是，墙体材料当量导热系数测定方法，按照 以下步骤实施：

步骤1、将填充体置于一密封环境内，密封环境为填充体的一侧提供热环境， 另一侧提供冷环境，待密封环境内温度达到平衡后，测量通过填充体的热流量 Q_T；

步骤2、将待测试件密封镶嵌于填充体中，并将镶嵌有试件的填充体再置于 步骤1中密封环境内，待密封环境内温度达到平衡后，测量得通过镶嵌有试件的 填充体的热流量Q_S；

步骤3、将测量得到的热流量Q_T和Q_S代入下式，得到加热器热流量Q：

Q₂＝Q_T-Q_S  (1)，

Q＝Q₁+Q₂  (2)，

式中，Q₂为两次试验的热流量差值，Q₁为与待测试件同等面积的填充体所 产生的热流量；

步骤4、将加热器热流量Q代入下式，得到当量导热系数λe：

${\lambda }_e=\frac{Q\times d}{S\times \left(T_2-T_1\right)}\times k---\left(3\right),$

式中，d为被测试件的厚度，T₂为热环境平均温度，T₁为冷环境平均温度， k为修正系数，根据待测试件的面积大小来选择。

进一步的，热环境温度为24℃～26℃，冷环境温度为-14℃～-16℃。

进一步的，密封环境内温度达到平衡的判断方法为，如果逐时测量得到冷环 境和热环境的空气平均温度变化的绝对值分别不大于0.1K和0.3K，且上述温度 和温差的变化不是单向变化，则表示传热过程已达到稳定过程。

进一步的，填充体的材质为聚苯板。

进一步的，密封环境包括中空计量箱，计量箱的一侧设有作为测试区域的开 口部，计量箱的箱体外密封罩有用于提供热环境的防护热箱，计量箱的开口部一 侧紧密设置有用于提供冷环境的冷箱，计量箱、防护热箱和冷箱内均设置有温度 控制系统，温度控制系统均连接至控制系统。

本发明所采用的第二种技术方案是，墙体材料当量导热系数测定设备，包括 中空计量箱，计量箱的一侧设有作为测试区域的开口部，计量箱的箱体外密封罩 有用于提供热环境的防护热箱，计量箱的开口部一侧紧密设置有用于提供冷环境 的冷箱，计量箱、防护热箱和冷箱内均设置有温度控制系统，温度控制系统均连 接至控制系统。

进一步的，计量箱内靠近开口一侧设置有导流屏，冷箱靠近计量箱开口侧位 置处也设置有导流屏。

进一步的，冷箱、计量箱和防护热箱内温度控制系统均包括位于对应箱体内 部的空调、电加热器、温度控制仪表和若干个温度传感器，若干个温度传感器位 于对应箱体的各个内壁上，若干个温度传感器均通过数据采集仪表连接至计算机。

进一步的，电加热器上设置有稳压器和电流表。

进一步的，计量箱、防护热箱和冷箱的材质均为聚氨酯发泡彩钢板，其传热 热阻值>3.5㎡K/W。

本发明的有益效果是，将待测区域两侧分别设置为冷、热环境，在稳定状态 下，分别测定安装板状填充体和安装镶嵌有试件的填充体这两种情况下的热流量， 通过两次热流量的差值来体现出试件的热性质，根据温度和功率的变化情况，通 过试件面积与两侧环境空气温差可换算出当量导热系数值。该当量导热系数的检 测方法基于稳定传热原理，使检测周期变短，降低了人为及环境因素对测量结果 的影响，真实有效的直观反应样品的节能效果，可以准确高效的推算出非均质类 墙体材料当量导热系数。同时，本发明提供的测定设备的结构简单，使用方便。

附图说明

图1为本发明墙体材料当量导热系数测定设备的结构示意图。

图中，1.防护热箱，2.温度传感器，3.试件，4.填充体4，5.冷箱，6.稳压器， 7.电流表，8.导流屏，9.空调，10.计量箱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种墙体材料当量导热系数测定方法，按照以下步骤实施：

步骤1、将已知导热系数的填充体4置于密封环境内，密封环境为填充体4 的一侧提供热环境，另一侧提供冷环境，待密封环境内温度达到平衡后，测量通 过填充体4的热流量Q_T；

步骤2、将待测试件3密封镶嵌于填充体4中，并将镶嵌有试件3的填充体 4再置于步骤1中密封环境内，待密封环境内温度达到平衡后，测量得通过镶嵌 有试件3的填充体4的热流量Q_S；

步骤3、将测量得到的热流量Q_T和Q_S代入下式，得到加热器热流量Q：

Q₂＝Q_T-Q_S  (1)，

Q＝Q₁+Q₂  (2)，

式中，Q₂为两次试验的热流量差值，Q₁为与待测试件3同等面积的填充体4 所产生的热流量；

步骤4、将加热器热流量Q代入下式，得到当量导热系数λ_e：

${\lambda }_e=\frac{Q\times d}{S\times \left(T_2-T_1\right)}\times k---\left(3\right),$

式中，d为被测试件3的厚度，T₂为热环境平均温度，T₁为冷环境平均温 度，k为修正系数，k＝0.85～1.15，根据待测试件3的面积大小来选择。

其中，热环境温度为24℃～26℃，冷环境温度为-14℃～-16℃。

密封环境内温度达到平衡的判断方法为，如果逐时测量得到冷环境和热环境 的空气平均温度变化的绝对值分别不大于0.1K和0.3K，且上述温度和温差的变 化不是单向变化，则表示传热过程已达到稳定过程。

测定过程中需要注意的是，试验装置不应放置在风口和强光直接照射的环境 中，试验环境温度变化不应大于±2℃，试验环境相对湿度≤80％；试验前，待测 的填充体4以及镶嵌有试件3的填充体4均应在试验环境下放置24h。

本发明将待测区域两侧分别设置为冷、热环境，在冷热环境稳定状态下，分 别测定安装板状填充体4和安装镶嵌试件3的填充体4这两种情况下的热流量， 通过两次热流量的差值来体现出试件3的热性质。根据温度和功率的变化情况， 通过试件面积与两侧环境空气温差可换算出当量导热系数值。该当量导热系数的 检测方法基于稳定传热原理，使检测周期变短，降低了人为及环境因素对测量结 果的影响，真实有效的直观反应样品的节能效果，可以准确高效的推算出非均质 类墙体材料当量导热系数。

本发明还提供了一种墙体材料当量导热系数测定设备，见图1，包括中空计 量箱10，计量箱10的一侧设有作为测试区域的开口部，计量箱10的箱体外密封 罩有用于提供热环境的防护热箱1，计量箱10的开口侧紧密设置有用于提供冷环 境的冷箱5，计量箱10、防护热箱1和冷箱5内均设置有温度控制系统，温度控 制系统均连接至控制系统。其中，热环境温度为24℃～26℃，冷环境温度为-14℃ ～-16℃。

整体设备由四部分组成，分别为冷箱5、防护热箱1、计量箱10、控制与数 据采集处理系统组成。待测试件3安装在计量箱10开口处，冷箱5和防护热箱1 内均分布温度传感器2监控实验过程。温度控制方面，在冷箱5中安装加热装置 和制冷机组，以模拟恒定冷室温度效果的实验条件，利用温度传感器2对各个箱 体内进行数据监控采集。在计量箱10外侧放置防护热箱1，其中也配备控温装置， 以达减少试件3箱温度损失的目的，一般将防护热箱1的温度设定为等于计量箱 10中的温度值，利用控制防护热箱1的温度来减少实验室环境温度对计量箱10 的温度影响。

其中，温度传感器2采用T型热电偶，直径1mm，测量精度0.5级，用铝 箔纸把热电偶测量端粘在各个箱体的内壁上，形成良好的热接触，传感器分布放 置在每个箱体内壁面上，保证每个内壁面上至少有一只温度传感器2采集，放置 位置为各个面的中心处。

冷箱5由聚氨酯发泡彩钢板组成，结构不产生冷桥且具有良好的密封性能， 传热热阻不小于3.5㎡K/W。里面放置加热管和制冷机来平衡温度控制，用冷箱 5来模拟自然条件下的温差变化情况，冷箱5配有加热装置和制冷机组，通过冷 热调节来达到对冷箱5的控温效果。冷箱5中温度传感器2布置至少5只，分别 放在冷箱5的内表面，采集测量其平均温度。

冷箱5内温度控制系统包括位于冷箱5内部的空调9、电加热器、温度控制 仪表和若干个温度传感器2，若干个温度传感器2位于冷箱5的各个内壁上，若 干个温度传感器2均通过数据采集仪表连接至计算机。温度传感器2的测量不确 定度不大于0.25K。安装位于导流屏8与试件3的间隙中的温度传感器2，测量 点不少于两点，且应沿着水平方向布置。冷箱5温度设定范围在-20℃到-10℃之 间。

计量箱10由聚氨酯发泡彩钢板组成，要求结构不能产生冷桥且具有良好的 密封性能，传热热阻不小于3.5㎡K/W，其容积应能容纳下加热装置和导流装置， 计量箱10中放置试件3，通过温度传感器2实时采集计量箱10的温度变化，表 征温度情况，当整体系统达到温度循环稳定时，实时显示冷箱5和防护热箱1中 温度功率变化情况。计量箱10内部至少使用5只温度传感器2，测量采集平均温 度。

计量箱10内靠近开口一侧设置有导流屏8，冷箱5靠近计量箱10开口侧位 置处也设置有导流屏8。计量箱10内温度控制系统包括位于计量箱10内的电加 热器、温度控制仪表和若干个温度传感器2，若干个温度传感器2位于计量箱10 的各个内壁上，若干个温度传感器2均通过数据采集仪表连接至计算机。温度传 感器2的测量不确定度不大于0.25K，测量点位于计量箱10内壁表面，每个内壁 面不少于一个测量点。计量箱10的温度设定值与防护热箱1的温度一致。

防护热箱1由聚氨酯发泡彩钢板组成，结构不产生冷桥且具有良好的密封性 能，传热热阻不小于3.5㎡K/W，内壁与计量箱10外壁的距离大于等于150mm。 防护热箱1放置在计量箱10外，将计量箱10包裹住，通过防护热箱1中的控温 系统来平衡计量箱10和防护热箱1的温差变化，利用防护热箱1来减少计量箱 10中的温度损失，稳定实验过程。防护热箱1内部至少使用5只温度传感器2， 测量采集平均温度。

防护热箱1内温度控制系统包括位于防护热箱1内部的空调9、电加热器、 温度控制仪表和若干个温度传感器2，若干个温度传感器2位于防护热箱1的各 个内壁上，若干个温度传感器2均通过数据采集仪表连接至计算机。温度传感器 2的测量不确定度不大于0.25K，防护热箱1温度设定范围在20℃到30℃之间。

电加热器上设置有稳压器6和电流表7。电流表7用于采集显示实验工况功 率值，量程500V，0.5A；精度0.5级。

数据采集处理系统由计算机和数据采集仪表组成，数据采集仪表可以与温度 控制仪表共用，也可以单独使用。用于数据采集的温度传感器2不得使用数字温 度传感器，建议采用热电偶和铂电阻。软件利用曲线反应箱体内温度变化情况， 软件可实时显示实验过程中各个温度均值的变化情况，利用曲线直观的反应出来， 有着友好的操作界面。

实施例

制备已知导热系数且规格为500mm×500mm×d的填充体4，d表示被测材料 在传热方向的厚度，填充体4一般选择聚苯板。被测试件3的尺寸超过 500mm×500mm时，按500mm×500mm×d来制备，被测试件3的材料为烧结多孔 砖或保温砌块等，当被测试件3的尺寸小于500mm×500mm时，则取单一样品进 行试验，材料需提前烘干至恒质状态。

填充体4通常选择聚苯板，把填充体4安装在本发明的墙体材料当量导热系 数测定设备的计量箱10作为测试区域的开口部，利用耐候胶对填充体4周边进 行密封，安装完毕后把冷箱5和防护热箱1进行连接密封，开启控制程序，设定 试验温度，当冷箱5温度稳定在设定温度值±0.2℃；防护热箱1温度稳定在设定 温度值±0.3℃；功率值变化不超过5％，此状态保持30分钟即可确认为稳定状态， 试验采集数据周期为30分钟，待试验温度稳定后，累计采集3小时，试验过程 记录温度和功率变化。

再将镶嵌有待测试件3的填充体4安装在本发明的墙体材料当量导热系数测 定设备的计量箱10作为测试区域的开口部，重复上述的试验过程，记录温度和 功率变化。将两次试验记录的结果代入本发明墙体材料当量导热系数测定方法中 的公式1～3中，进行相关计算，即可得到当量导热系数λ_e。