CN101078699A - 围护结构整体隔热性能的检测方法 - Google Patents

Abstract

围护结构整体隔热性能的检测方法是一种针对于围护结构整体隔热性能检测的方法和装置，涉及建筑围护结构隔热性能检测的建筑热工技术，该方法采用室内外温度动态数据关联性的方法来检测和评价建筑围护结构的隔热性能或监测建筑物的能耗水平，具体的方法为：1.)分别将若干个测量室内温度的室内温度传感器(2)和测量室外温度的室外温度传感器(1)与数据采集和处理器(3)相连接，2.)由键盘(4)输入采样间隔、总采样时间和启动指令，3.)由数据采集和处理器(3)内置的室内外温度相关系数的计算程序进行比较和分析，所得的相关系数介于0与1之间，其室内、外温度时间序列的相关系数的数值就表征了围护结构整体的隔热性能。

Description

围护结构整体隔热性能的检测方法

技术领域

本发明是一种针对于围护结构整体隔热性能检测的方法和装置，涉及建筑围护结构隔热性能检测的建筑热工技术领域。

背景技术

在建筑热工领域，对建筑围护整体隔热性能的测试和评价是建筑节能效果检测亟需解决的难题之一。

关于建筑围护结构的隔热性能检测一般是指两个方面的问题，其一是对建筑围护结构中某些构件(如墙体、门、窗)的隔热性能进行检测，其二是对建筑中的围护结构的整体隔热性能进行检测。

建筑围护结构中构件的隔热性能测试可以在实验室进行。根据传热理论，按照标准的实验方法，在稳态的人工环境下可以获得准确的构件隔热性能指标(如热阻)。

对于实际建筑，由于无法提可控的测试环境，实验室中采用的测试方法不能应用于围护结构的整体隔热性能测试。以往经常用于建筑能耗的方法都存在着各自的缺陷。例如热流计法中热流传感器在较小的温差下会有很大的误差，并且还受到贴片位置等不确定因素的干扰；而红外热像法仅能够获得局部围护结构表面瞬间的温度分布，并不能获得实际的能耗指标和隔热性能指标。

另外，由于环境、建设和安装等方面的因素使建筑构件在实际使用中的条件与实验室中有很大的不同，因此根据每个构件的隔热性能推算出来的围护结构的整体隔热性能指标与实际情况往往有很大的差距。

目前还没有公认的成熟方法能够用于实际建筑围护结构整体隔热性能检测的方法和装置或系统。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种根据室内、外温度时间序列关联性的围护结构整体隔热性能的检测方法。

技术方案：用温度传感器和数据采集处理装置获得一段时间内室内、外温度的动态数据，通过统计分析的方法来计算出室内、外温度数据的相关系数，用相关系数的数值来表征围护结构的隔热性能。

本发明的理论依据是传热学理论和数理统计学理论。根据传热学理论可知，在排除了室内人为干扰的条件下，建筑围护结构内、外的温度时间序列的相关性仅与围护结构本身的隔热性能有关。理论上存在两种极限的情况。如果围护结构是完全隔热的，即热阻为无限大，则室内温度与室外温度的变化是独立，根据统计学理论，二者的相关系数为0；而如果围护结构是完全不隔热的，即热阻为0，则室内温度将完全随室外温度变化，根据统计学理论，二者的相关系数为1。因为实际建筑围护结构的隔热性能一定介于两者之间，所以其室内、外温度时间序列的相关系数的数值恰好表征了它的整体隔热性能。

本发明的围护结构整体隔热性能的检测方法是采用室内外温度动态数据关联性的方法来检测和评价建筑围护结构的隔热性能或监测建筑物的能耗水平，具体的方法为：

1.)分别将若干个测量室内温度的室内温度传感器和测量室外温度的室外温度传感器与数据采集和处理器相连接，

2.)由键盘输入采样间隔、总采样时间和启动指令，

3.)由数据采集和处理器内置的室内外温度相关系数的计算程序进行比较和分析，具体方法如下：

假设在某个测试周期内测得的室内外温度的时间序列分别为{t₁，t₂，…，t_n}和{T₁，T₂，…，T_n}，则可计算出其平均值分别为 $E\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_i/n$ 和 $E\left(T\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{T}_i/n,$ 方差分别为 $D\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{[t_i-E\left(\text{t}\right)]}^2/n$ 和 $D\left(T\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{[T_i-E\left(T\right)]}^2/n,$ 二者的协方差为 $\mathrm{Cov}(t,T)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[t_i-E\left(t\right)][T_i-E\left(T\right)]/n,$ 相关系数 ${\mathrm{\ρ}}_{t,T}=\mathrm{Cov}(t,T)/\sqrt{D\left(t\right)D\left(T\right)},$ 该相关系数介于0与1之间，其数值就表征了围护结构整体的隔热性能。

其工作过程为：将至少一个温度传感器置于室外通风阴凉处或百叶箱中，至少一个温度传感置于被测房间内，将温度传感器与数据采集处理器连接，通过键盘设定采样时间间隔和总采样时间并发出启动测试指令，数据采集处理器开始按照设定的采样间隔工作，记录来自于室外温度传感器和室内温度传感器上的温度数据，并在显示屏显示得到的数据。当采样时间超过总采样时间后数据采集处理器停止采样，按照相关系数的算法计算出所测得的室内、外温度时间序列的相关系数并在显示器上显示结果。

本发明可用于建筑节能效果的检测和评价、建筑实际能耗的动态监测以及建筑围护结构热动态特性的分析等。

有益效果：本发明提出的建筑围护结构隔热性能的检测方法可靠、算法简单，测试结果能直观反映建筑围护结构的整体隔热性能；装置制造成本低廉，所采用硬件均属于市场上常见的器件，极易获得。

根据本发明提出的方法和装置在实用中无需对室内提供热源，因而没有附加能耗，测试成本低；完全实现了建筑围护结构能耗检测的自动化，在传感器安装和装置参数设定后就无需人工干预。

根据本项发明提出的方法所制造的测试装置具有数据量小、占用资源少、算法简单、计算快捷的优点，极便于制成实现小型化、微型化的便携式仪器；可以在扩充了总线通信功能后实现远程分布式系统，可以用于同时检测多个房间围护结构的隔热性能；在扩充了网络通讯功能后还可以实现网络化分布式检测和监测。

附图说明

图1是本发明的系统示意图。

以上的图中有：室外温度传感器1、室内温度传感器2、数据采集和处理器3、键盘4、显示屏5、打印机6。

具体实施方式

本发明的围护结构整体隔热性能的检测方法采用室内外温度动态数据关联性的方法来检测和评价建筑围护结构的隔热性能或监测建筑物的能耗水平，具体的方法为：

1.)分别将若干个测量室内温度的室内温度传感器2和测量室外温度的室外温度传感器1与数据采集和处理器3相连接，

2.)由键盘4输入采样间隔、总采样时间和启动指令，

3.)由数据采集和处理器3内置的室内外温度相关系数的计算程序进行比较和分析，具体方法如下：

假设在某个测试周期内测得的室内外温度的时间序列分别为{t₁，t₂，…，t_n}和{T₁，T₂，…，T_n}，则可计算出其平均值分别为 $E\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_i/n$ 和 $E\left(T\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{T}_i/n,$ 方差分别为 $D\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{[t_i-E\left(\text{t}\right)]}^2/n$ 和 $D\left(T\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{[T_i-E\left(T\right)]}^2/n,$ 二者的协方差为 $\mathrm{Cov}(t,T)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[t_i-E\left(t\right)][T_i-E\left(T\right)]/n,$ 相关系数 ${\mathrm{\ρ}}_{t,T}=\mathrm{Cov}(t,T)/\sqrt{D\left(t\right)D\left(T\right)},$ 该相关系数介于0与1之间，其数值就表征了围护结构整体的隔热性能。

典型的实施方案之一如图1所示。用数字式半导体感温芯片作为室外温度传感器1，室内温度传感器2(如Dallas公司的DS18B20)分别安装在室外和室内，采用基于单片计算机(如Intel公司的8051系列，Microchip公司的PIC16F877)构成的数据采集和处理器3与室外温度传感器1、室内温度传感器2通信，通过键盘4设定采样间隔和总采样时间和发出指令，连续监测室内外温度数据，测试周期结束时在数据采集和处理器3内计算出相关系数，通过液晶显示屏5(如12864汉字液晶模块)显示出来亦可通过微型打印机6打印出来。本方案特别适用于制造检测建筑围护结构隔热性能的便携式设备。

典型的实施方案之二如图1所示。用数字式半导体感温芯片作为室外温度传感器1，室内温度传感器2(如Dallas公司的DS18B20)分别安装在室外和室内，采用基于数字信号处理器(DSP，如Microchip公司的dsPIC30F6014)构成的数据采集和处理器3与室外温度传感器1，室内温度传感器2通信，通过键盘4设定采样间隔和总采样时间和发出指令，连续监测室内外温度数据，测试周期结束时在DSP内计算出相关系数，通过液晶显示屏5(如12864汉字液晶模块)显示出来亦可通过微型打印机6打印出来。本方案特别适用于制造检测建筑围护结构隔热性能的便携式设备。

典型的实施方案之三如图1所示。用热敏电阻作为室外温度传感器1、室内温度传感器2分别安装在室内和室外，采用基于单片计算机(Microchip公司的PIC16F877，内置A/D转换功能)构成的数据采集和处理器3采集室外温度传感器1，室内温度传感器2上的电压信号并转换成温度数据，通过键盘4设定采样间隔和总采样时间和发出指令，连续监测室内外温度数据，测试周期结束时在单片机内计算出相关系数，通过液晶显示屏5(如12864汉字液晶模块)显示出来亦可通过微型打印机6打印出来。本方案特别适用于制造检测建筑围护结构隔热性能的廉价便携式设备。

典型的实施方案之四如图1所示。用热敏电阻作为室外温度传感器1、室内温度传感器2分别安装在室内和室外，采用基于数字信号处理器(DSP，如Microchip公司的dsPIC30F6014)构成的数据采集和处理器3采集热敏电阻即室外温度传感器1，室内温度传感器2上的电压信号并转换成温度数据，通过键盘4设定采样间隔和总采样时间和发出指令，连续监测室内外温度数据，测试周期结束时在DSP内计算出相关系数，通过液晶显示屏5(如12864汉字液晶模块)显示出来亦可通过微型打印机6打印出来。本方案特别适用于制造检测建筑围护结构隔热性能的廉价便携式设备。

Claims (1)

1.一种围护结构整体隔热性能的检测方法，其特征在于采用室内外温度动态数据关联性的方法来检测和评价建筑围护结构的隔热性能或监测建筑物的能耗水平，具体的方法为：

1.)分别将若干个测量室内温度的室内温度传感器(2)和测量室外温度的室外温度传感器(1)与数据采集和处理器(3)相连接，

2.)由键盘(4)输入采样间隔、总采样时间和启动指令，

3.)由数据采集和处理器(3)内置的室内外温度相关系数的计算程序进行比较和分析，具体方法如下：

假设在某个测试周期内测得的室内外温度的时间序列分别为{t₁，t₂，…，t_n}和{T₁，T₂，…，T_n}，则可计算出其平均值分别为 $E\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_i/n$ 和 $E\left(T\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{T}_i/n,$ 方差分别为 $D\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{[t_i-E\left(t\right)]}^2/n$ 和 $D\left(T\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{[T_i-E\left(T\right)]}^2/n,$ 二者的协方差为 $\mathrm{Cov}(t,T)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[t_i-E\left(t\right)][T_i-E\left(T\right)]/n,$ 相关系数 ${\mathrm{\ρ}}_{t,T}=\mathrm{Cov}(t,T)/\sqrt{D\left(t\right)D\left(T\right)},$ 该相关系数介于0与1之间，其数值就表征了围护结构整体的隔热性能。

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