熱流計法在夏熱冬冷地區圍護結構傳熱係數現場檢測中的應用

控溫箱-熱流計法在夏熱冬冷地區圍護結構傳(chuan) 熱係數現場檢測中的應用

範凱  張宏春

（南京市建築安裝工程質量檢測中心  江蘇·南京  210017）

【摘要】 對目前夏熱冬冷地區建築圍護結構傳(chuan) 熱係數現場檢測方法及其局限性進行了分析和思考，結合實例敘述了控溫箱-熱流計法的檢測過程，對於(yu) 夏熱冬冷地區而言，該方法有較好的適應性。

關(guan) 鍵詞：夏熱冬冷  圍護結構  傳(chuan) 熱係數  現場檢測

1、概述

夏熱冬冷地區的氣候特點為(wei) 夏季悶熱、冬季寒冷、環境潮濕、日照率低、靜風率高以及夏天和冬天室內(nei) 外的溫差較小. 該地區夏天主要依靠通風和空調降低室內(nei) 溫度，而冬天主要依靠人體(ti) 溫度或使用暖空調升高室內(nei) 溫度. JGJ132-2009《居住建築節能檢驗標準》規定，建築節能現場檢測所用的熱流計法應在采暖期進行，這給夏熱冬冷地區的現場檢測工作帶來諸多的不便. 夏熱冬冷地區的居住建築室內(nei) 基本沒有采暖和供暖設施，即使到了采暖期，室內(nei) 外的溫差也同樣不具備可供檢測的溫差. 並且使用熱流計法進行居住建築圍護結構傳(chuan) 熱係數測定時，無法在被測牆體(ti) 上建立一個(ge) 理想的一維的穩態傳(chuan) 熱條件.

建築圍護結構傳(chuan) 熱係數是建築節能檢測的一個(ge) 重要參數，各地根據地方氣候特點都在研究適應當地特點的檢測方法。目前圍護結構傳(chuan) 熱係數檢測方法中具備代表性的有熱流計法、熱箱法和控溫箱－熱流計法。筆者經過比較，認為(wei) 控溫箱－熱流計法在夏熱冬冷地區有較好的適應性。控溫箱－熱流計法利用控溫箱人工控溫、模擬采暖熱環境，采用熱流計法進行數據采集和處理，得到被測牆體(ti) 的傳(chuan) 熱係數。下麵分別對熱流計法、熱箱法、控溫箱－熱流計法的檢測原理及操作方法進行比較。

2、目前傳(chuan) 熱係數檢測方法簡介

2.1 熱流計法

目前國內(nei) 用於(yu) 實踐的砌體(ti) 熱阻/傳(chuan) 熱係數檢測方法以熱流計法為(wei) 普遍。這種方法是以一維穩態傳(chuan) 熱原理為(wei) 基本前提的。如圖1( 箭頭所示為(wei) 熱流方向及分布)熱流計法是在一維穩態傳(chuan) 熱的前提下, 通過檢測熱流計的熱流密度和砌體(ti) 兩(liang) 麵的溫差, 根據公式: R=△t/q 來計算砌體(ti) 的熱工性能( 熱阻、傳(chuan) 熱係數) 。但這種方法在實際應用中有很多缺陷。

     *, 熱流計適用於(yu) 相對均質的材料。而現有建築砌體(ti) 材料的多樣性很難滿足這個(ge) 要求, 特別是空心砌塊、空心磚等空心砌體(ti) 材料, 空心的尺寸對於(yu) 熱流計來說遠夠不上均質, 所以, 直接用熱流計法來檢測這樣的砌體(ti) , 誤差就會(hui) 很大, 一般采用加大熱流計粘貼數量、通過測試數據的平均值來減小誤差, 但數據的差別對其科學性和真實性的影響是比較明顯的。

     第二, 熱流計在砌體(ti) 表麵粘貼時, 為(wei) 了使粘貼平整且沒有氣孔, 需用外力擠壓, 而且是經常性的, 經常性的擠壓很可能破壞熱流計的工況, 但熱流計的工況是否正常一般情況下是很難覺察的, 因為(wei) 熱流計的標定很不容易操作, 所以, 數據的可靠性很難保證。

     第三, 檢測時室內(nei) 外要求有一定的溫差, 自然環境下隻有冬季采暖期才基本滿足要求, 但滿足溫差要求的時期並不多, 其他時期如果采用加熱所測環境溫度實現溫差要求, 在方法上有很大的難度。熱流計法規定了在采暖期供熱係統正常運行後進行檢測，檢測持續時間不應小於(yu) 96 h. 但是，如果按規定至少連續檢測96 h，整個(ge) 檢測周期偏長，在夏熱冬冷地區沒有供暖係統的情況下就無法進行檢測.具備供暖係統一般情況也無法能很好的控製內(nei) 外表麵溫差達到標準GB/T23483-2009《建築物圍護結構傳(chuan) 熱係數及采暖供熱量檢測方法》規定的要求（見表1）。而且有些建築工程在非采暖季竣工，如果要等到冬季采暖後進行檢測，必然給工程的竣工驗收造成影響。此外，由於(yu) 全年的檢測工作都將集中到冬季，勢必造成工作量集中，也會(hui) 給檢測工作帶來很大的困難。熱流計法檢測如圖2 所示。

                           表1

2.2 熱箱法

熱箱法作為(wei) 實驗室檢測建築構件熱工性能的方法使用由來已久, 發展較為(wei) 成熟, 並頒布有、國內(nei) 的標準, 但用來進行現場檢測建築物熱阻或傳(chuan) 熱係數的熱箱法還處於(yu) 研究當中。熱箱法也是基於(yu) 一維穩態傳(chuan) 熱原理,通過測量計量箱為(wei) 維持一定的設定溫度而需要的加熱功率和砌體(ti) 兩(liang) 麵的溫差, 通過公式R=(A△t) /Q 來計算砌體(ti) 的熱工性能( 熱阻和傳(chuan) 熱係數) 。熱箱法檢測裝置由恒溫箱、計量箱、溫度傳(chuan) 感器、數據采集儀(yi) 等組成。它的主要特點是不受季節限製。熱箱法的被測部位是" 麵", 避免了被測圍護結構的局部熱工缺陷導致測試數據的較大誤差, 且其自動化程度較高。但是在現場如何消除誤差是一個(ge) 不容回避的問題, 因為(wei) 環境在變, 采用標定熱箱法就不適宜;如果采用防護熱箱法就要把整個(ge) 被測房間加熱或用一個(ge) 大防護箱,目前現場檢測中，一般是將現場的一間房子當作恒溫箱, 將其內(nei) 溫度加熱到和計量箱相同的溫度, 這在操作中有時是很不現實。同時若要達到一維傳(chuan) 熱假定, 所規定的加熱麵的高和寬至少為(wei) 牆體(ti) 厚度8～10 倍的要求, 僅(jin) 熱箱加熱麵的高與(yu) 寬就必須達到至少2 m 以上, 這在現場檢測中難以實現, 且在實際使用中存在較大誤差。該方法在國內(nei) 尚屬研究階段,其局限性在於(yu) 熱橋部位無法測試, 因設備較多而不利於(yu) 現場測試, 且尚未有關(guan) 熱箱法的標準或國內(nei) 機構的標準, 於(yu) 實驗室測定與(yu) 研究。熱箱法檢測如圖3 所示。

2.3 控溫箱- 熱流計法

控溫箱- 熱流計法是將熱流計法和熱箱法相結合, 用熱流計測量通過砌體(ti) 的熱流密度, 用恒溫箱來保證砌體(ti) 內(nei) 外溫差, 根據熱流計法的計算原理來計算砌體(ti) 的熱工性能, 能夠做到檢測不受檢測環境溫度條件的限製,在任何季節都能開展工作。溫控箱- 熱流計法檢測如圖4 所示。

控溫箱－熱流計法的測試原理和數據計算方法與(yu) 熱流計法相同，主要區別是測試環境。熱流計法測試時牆體(ti) 兩(liang) 端均是自然采暖時的室內(nei) 外溫度環境；控溫箱－熱流計法測試時用控溫箱控製溫度， 模擬采暖期建築物的熱工狀況，一端是人工控溫溫度環境，另一端是自然溫度環境。控溫箱是一套自動控溫裝置, 可以根據檢測者的要求設定溫度, 來模擬采暖期建築物的熱工特征。采用先進的PID 調節方式控製箱內(nei) 溫度, 實現穩定的控溫。能夠滿足GB/T23483-2009《建築物圍護結構傳(chuan) 熱係數及采暖供熱量檢測方法》中測試牆體(ti) 時對內(nei) 外表麵溫差的要求（見表1）。

在這個(ge) 熱環境中測量通過牆體(ti) 的熱流量、箱體(ti) 內(nei) 的溫度、牆體(ti) 被測部位的內(nei) 外表麵溫度、室內(nei) 外環境溫度，也可根據式（1）、（2）計算被測部位的熱阻和傳(chuan) 熱係數。現場檢測示意圖見圖5。

式中:K為(wei) 圍護結構傳(chuan) 熱係數,W/(m²·℃)；

R為(wei) 圍護結構熱阻,(m²·℃)/W；

R_e為(wei) 圍護結構外表麵對流換熱熱阻,(m²·℃)/W；

R_i為(wei) 圍護結構內(nei) 表麵對流換熱熱阻,(m²·℃)/W；

T_ij為(wei) 圍護結構內(nei) 表麵溫度的第j次測量值，℃；

T_oj為(wei) 圍護結構外表麵溫度的第j次測量值，℃；

q_j為(wei) 熱流密度的第j次測量值，W/ m²。

溫度由溫度傳(chuan) 感器( 通常用銅- 康銅熱電偶或熱電阻) 測量, 熱流由熱流計測量, 熱流計測得的值是熱電勢, 通過測頭係數轉換成熱流密度。溫度值和熱電勢值由與(yu) 之相連的溫度、熱流自動巡回檢測儀(yi) 自動記錄, 可以設定巡檢的時間間隔。根據GB/T23483-2009《建築物圍護結構傳(chuan) 熱係數及采暖供熱量檢測方法》中要求記錄時間間隔不應大於(yu) 30min。

3．控溫箱- 熱流計法檢測實例

3.1工程概況

所測工程為(wei) 南京市某別墅，檢測的圍護結構為(wei) 該工程二樓一朝東(dong) 牆體(ti) ， 牆體(ti) 保溫形式采用膠粉聚苯顆粒保溫砂漿，其熱工性能計算見表2。

                                  表2

3.2儀(yi) 器設備

根據控溫箱-熱流計法的要求，選用WQCJ無線式牆體(ti) 傳(chuan) 熱係數現場檢測裝置，其主要特點：1.實時采集3個(ge) 通道多點溫度及熱流值數據；2.全麵顯示實時數據；3.動態顯示實驗過程曲線；4.可連續存儲(chu) 多達300小時實驗數據；5.可人工控製箱內(nei) 溫度25-60℃；6. 控溫裝置的控溫麵積是熱流計傳(chuan) 感麵積的10 倍，消除了邊界效應.

在該設備投入使用前，為(wei) 驗證設備的準確性，用已知導熱係數的保溫板作為(wei) 標準試件，模擬現場外牆檢測其傳(chuan) 熱係數，保溫板換算傳(chuan) 熱係數為(wei) 0.51 00W/(m²·℃)，設備第3通道兩(liang) 次檢測結果為(wei) ：0.4871 W/(m²·℃).（偏差為(wei) -4.49%）和0.4907 W/(m²·℃)（偏差為(wei) -3.78%）；2通道1次檢測結果為(wei) 0.5200 W/(m²·℃)（偏差為(wei) +2.00%），偏差均低於(yu) 5%，表明該設備準確性可以接受。

3.3.檢測要點

3.3.1 選擇檢測部位的原則

現場檢測宜在已充分幹燥的牆體(ti) 或主體(ti) 結構進行。限於(yu) 客觀條件，無法對每棟竣工的建築的所有保溫結構都進行檢測，因此，隻能抽取代表性建築的代表性房間進行檢測。當測試主體(ti) 部位的傳(chuan) 熱係數時，為(wei) 了使傳(chuan) 熱過程接近一維傳(chuan) 熱，檢測牆麵長度和寬度越大越好，一定程度上檢測房間越大越好。

由於(yu) 建築物耗熱量指標是由圍護結構的傳(chuan) 熱係數和傳(chuan) 熱麵積決(jue) 定的，因此，根據熱工計算要求，在建築節能現場檢測中，必須選擇建築物的屋頂、外牆、熱橋、樓梯間隔牆和地下室頂板等部位作為(wei) 檢測部位，無熱橋或地下室頂板的部位除外。但在現場檢測時，還要考慮設備的安裝，選擇適合設備箱體(ti) 大小的、帶有保溫係統的外牆，且對應的外牆應便於(yu) 安裝設備外機。

測點位置應盡量選擇在檢測部位的中央，當測量圍護結構主體(ti) 部位的傳(chuan) 熱係數時，應根據檢測目的采用紅外熱像儀(yi) 協助確定，測點不應靠近熱橋、裂縫和有空氣滲漏的部位，不應受加熱、製冷裝置和風扇的直接影響，且應避免陽光直射。圍護結構被測區域的外表麵應避免雨雪侵襲和陽光直射。

3.3.2 熱流計和溫度傳(chuan) 感器的安裝方法

熱流計應直接安裝在被測圍護結構的內(nei) 表麵；溫度傳(chuan) 感器應在被測圍護結構兩(liang) 側(ce) 表麵安裝。內(nei) 表麵溫度傳(chuan) 感器應靠近熱流計安裝，外表麵溫度傳(chuan) 感器宜在與(yu) 熱流片相對應的位置安裝。WQCJ無線式牆體(ti) 傳(chuan) 熱係數現場檢測裝置的內(nei) 箱體(ti) 上配備有3塊熱流計，旁邊有6塊溫度傳(chuan) 感器，安裝時須將外機上的溫度傳(chuan) 感器直接對應於(yu) 內(nei) 箱的熱流計上，緊貼牆麵，該過程需要測量確定位置。

3.3.3 測量時間的控製

檢測時待牆體(ti) 蓄熱穩定後方可進行正式測試，檢測時間應≥96 h。采用累積式測法，每15 min 自動記錄數據1 次。對於(yu) 輕型圍護結構：單位麵積比熱容< 20kJ/(kg·K)，宜使用夜間采集數據(日落後1 h 至日出)計算圍護結構的熱阻。當經過連續4 個(ge) 夜間測量之後，相鄰2 次測量的計算結果相差≤5%時即可結束測量。對於(yu) 重型圍護結構：單位麵積比熱容≥20kJ/(kg·K)，應使用全天采集數據(24 h 的整數倍)計算圍護結構的熱阻，且隻有在下列條件得到滿足時方可結束測量：

(1)末次熱租R 計算值與(yu) 24 h 之前的R 計算值相差≤5%；

(2)檢測期間內(nei) 第1 個(ge) INT(2 ×DT/ 3)天數內(nei) 與(yu) 後一個(ge) 同樣長的天數內(nei) 的R 計算值相差≤5%(注：DT 為(wei) 檢測持續天數，INT 表示取整數部分)。

3.4 檢測數據與(yu) 結果分析

檢測周期為(wei) 七天，時間是2010年4月27日12：21至2010年5月4 日17：33  ，共記錄1097條數據。達到穩定狀態時為(wei) 2010年4月30日17：38至2010年5月4 日17：33，共記錄602條數據，結果分析其偏差見表3。

表3

通過以上表格數據可以看出檢測數據能很好的將計算值控製在≤5%。檢測數據符合規範要求，根據2.3節式（1）：

為(wei)   7266.7K ， 為(wei)   6926.2 W/ m² ，R=  1.0492 (m²·K)/W，

根據2.3節式（2）： ，K=0.8339 W/（m²·K）≤設計值0.8913 W/（m²·K），符合設計要求。

5 結語

5.1 綜合牆體(ti) 熱工傳(chuan) 熱係數三種檢測方法比較：熱流計法基本適應於(yu) 北方地區的現場傳(chuan) 熱係數檢測，熱箱法適應於(yu) 實驗室的牆體(ti) 檢測，而控溫箱-熱流計法可用於(yu) 夏熱冬冷地區的現場傳(chuan) 熱係數檢測。控溫箱- 熱流計法綜合了熱流計法和熱箱法兩(liang) 種方法的特點。用熱流計法作為(wei) 基本的檢測方法, 同時用熱箱來人工製造一個(ge) 模擬采暖期的熱工環境, 這樣既避免了熱流計法受季節限製的問題, 又不用校準熱箱的誤差, 熱箱僅(jin) 是溫度控製裝置, 不計算輸入熱箱和熱箱向各個(ge) 方向傳(chuan) 遞的功率。因此不用龐大的防護箱在現場消除邊界熱損失, 也不用標定其邊界熱損失。

5.2 針對目前的一些檢測方法受環境溫度和季節的限製問題，本文認為(wei) 保證檢測部位內(nei) 外溫差15 ℃以上的條件下測試是可行的，使用控溫箱-熱流計法檢測時不受季節氣候的影響，在夏熱冬冷地區有較好的適應性和可操作性，使得這種方法能滿足節能工程的質量控製和節能工程竣工驗收.

5.3 由於(yu) 本方法采用人為(wei) 控製溫差的方法，能夠顯著提高檢測效率，使檢測周期縮短，通過近來的實踐應用表明，控溫箱-熱流計法切實可行，檢測數據準確可靠，完夠滿足夏熱冬冷地區建築節能現場檢測的要求。

參考文獻

[1] JGJ132-2009. 居住建築節能檢驗標準.

[2] 吳玉傑，趙誌願，李玉娜  熱流計法在建築節能現場檢測中的應用  2007

[3] 田斌守   控溫箱-熱流計法現場檢測圍護結構傳(chuan) 熱係數研究   2008

[4] 彭昌海. 關(guan) 於(yu) 建築節能現場測試的幾點思考[J]. 暖通空調, 2005, 35

[5]林雲(yun) ，閆成文，姚建  綜合熱流計法在夏熱冬冷地區的應用  2008

[6]GB/T23483-2009  建築物圍護結構傳(chuan) 熱係數及采暖供熱量檢測方法

[7] 王灃浩 姚建波 王東(dong) 洋 王新軻 孟祥兆    既有建築圍護結構傳(chuan) 熱係數現場檢測方法研究  2008

產(chan) 品型號：我司新品——GPRS傳(chuan) 熱係數檢測儀(yi) JXJ-I
產(chan) 品名稱：建築圍護結構傳(chuan) 熱係數現場檢測儀(yi) /溫度熱流巡檢儀(yi)
 

北京鴻鷗儀(yi) 器（bjhoyq）推薦無線式牆體(ti) 傳(chuan) 熱係數現場檢測裝置/無線熱箱式傳(chuan) 熱係數檢測儀(yi)
關(guan) 鍵詞：建築圍護結構傳(chuan) 熱係數檢測儀(yi) /傳(chuan) 熱係數檢測儀(yi) /圍護結構傳(chuan) 熱係數現場檢測儀(yi) /圍護結構傳(chuan) 熱係數檢測儀(yi) /圍護結構傳(chuan) 熱係數測定儀(yi) /圍護結構傳(chuan) 熱係數現場檢測儀(yi) /溫度熱流巡檢儀(yi) /熱箱式圍護結構傳(chuan) 熱係數測試裝置/熱箱式圍護結構傳(chuan) 熱係數檢測儀(yi) /無線式牆體(ti) 傳(chuan) 熱係數現場檢測裝置/GPRS傳(chuan) 熱係數檢測儀(yi) 、無線熱箱式傳(chuan) 熱係數檢測儀(yi)