CN101650323A - 建筑围护结构传热系数快速测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种建筑围护结构传热系数快速测试装置及测试方法，温度控制箱由夹芯保温彩钢板制成，其外表为方形而内层为圆筒形，温度控制箱内层为圆形一侧开口；被测围护结构内表面与温度控制箱圆形开口一侧紧密接触，温度控制箱内设置有制冷/加热装置，制冷/加热装置通过导线与控制面板连接；被测围护结构内表面布置热流计、温度传感器，外表面相应位置布置温度传感器，外表面用遮光布遮蔽；所有温度传感器与数据处理和显示装置连接，数据处理和显示装置与控制面板连接。通过调节温度控制箱内制冷/加热装置的工作模式和功率，得到空气温度波序列，与检测记录被测围护结构内外表面温度、热流值序列一起，利用系统辨识方法求出围护结构传热系数值。

Description

建筑围护结构传热系数快速测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种建筑围护结构保温隔热性能的检测系统，具体涉及一种建筑围护结构传热系数现场快速测试装置及测试方法。

背景技术

能源是人类文明和社会发展的物质基础。近年来，我国的能源短缺严重地制约了国民经济的发展，建筑能耗在整个社会总能耗中比例越来越大，节能减排工作已经迫在眉睫。

传热系数检测是建筑节能测试的重要内容。随着国家对建筑节能要求的规范化，建设部陆续修改了《民用建筑节能设计标准》(采暖居住部分)和《民用建筑热工设计规范》等标准。但是评定建筑是否节能，仅依据设计方案对其热工性能进行理论计算评定是不够的，它不能反映建筑物实际状况，更不能满足建筑监督管理部门的要求，因此建筑节能现场检测势在必行。建筑节能改造前对已有建筑围护结构的保温隔热性能的评估，新建或改造后建筑对围护结构(墙体、门窗、屋顶)保温性能的竣工验收，都亟需传热系数的现场检测装置。

目前，国内围护结构传热系数的现场测试一般采用热流计法、热箱法。热流计法和热箱法都是基于稳态传热理论，理想的状态是建筑围护结构内外表面的温度都保持稳定而且内外表面维持恒定的温差，但实际上由于室外空气温度、太阳辐射等环境因素的影响，内外表面的温度难以稳定不变，为了消除这些因素的影响，通常在围护结构预热后，需要至少连续测试4天。另外，建筑围护结构的热惰性很大，对于没有采暖或者制冷的房间，墙体的预热或者预冷就需要2～3天的时间，这样整个测试过程就需要6～7天。由于测试时间太长，这对于建筑节能的检测和鉴定工作十分不利，因此需要开发建筑围护结构传热系数的动态快速检测装置。

发明内容

为克服上述缺点，本发明公开了一种建筑围护结构传热系数快速测试装置和测试方法，目的是通过采用动态测试方法和系统辨识理论快速地测试出建筑围护结构的传热系数。这种动态测试方法在围护结构内表面一侧制造特定变化规律的温度波输入序列，通过对建筑围护结构内外侧温度及热流值的测量得到实验数据，再结合相应的数学模型、算法，辨识出围护结构的传热系数，大大缩短了建筑围护结构传热系数测试时间和对环境条件的要求。

一种建筑围护结构传热系数快速测试装置及测试方法，其特征在于：

A)所述的建筑围护结构传热系数快速测试装置，包括温度控制箱、制冷/加热装置、温度传感器、热流计、数据处理装置、遮光布，温度控制箱由夹芯保温彩钢板制成，其外表为方形而内层为圆筒形，温度控制箱内层为圆形一侧开口；被测围护结构内表面与温度控制箱开口一侧紧密接触，温度控制箱内设置有制冷/加热装置，制冷/加热装置通过导线与控制面板相连接；被测围护结构内表面布置热流计、温度传感器，外表面相应位置布置温度传感器，外表面用遮光布遮蔽；所有温度传感器与数据处理和显示装置连接，数据处理和显示装置与控制面板连接。

B)所述的建筑围护结构传热系数快速测试装置的测试方法是：由控制面板调节温度控制箱内制冷/加热装置的工作模式(加热或者制冷两种模式)和功率，得到一组空气温度波序列，同时检测记录了一组被测围护结构内外表面温度、热流值序列，把空气温度波序列和检测的外表面温度差ΔT(k)作为输入，检测的热流Q(k)序列作为输出，利用公式(1)和(2)计算出围护结构的传递函数G：

$G\left(z^{-1}\right)=\frac{Q\left(k\right)}{\mathrm{\ΔT}\left(k\right)}---\left(1\right)$

其中：

$G\left(z^{-1}\right)=\frac{(b_1{z}^{-1}+b_2{z}^{-2}+...+b_{n_b}{z}^{-n_b})z^{-n_k}}{(a_1{z}^{-1}+a_2{z}^{-2}+...+a_{n_a}{z}^{-n_a})}---\left(2\right)$

式中：

Q(k)：实验测得经过滤波后的围护结构热流序列；

ΔT(k)：实验测得经过滤波后的围护结构内外温差序列；

a₁，a₂，a₃，…，b₁，b₂，b₃，…：辨识得出的传递函数G中的系数；

z^-1：时间延迟算子；

n_a、n_b、n_k：模型阶次；

得到了传递函数G，则围护结构传热系数可用公式(3)计算：

K＝G(z^-1)|_z＝1    (3)

本发明的优点和积极效果是：

1、采用动态测试方法，温度控制箱内设置制冷加热装置，根据不同气候条件和现场实际工况，在温度控制箱内制造特定变化规律的空气温度波序列，利用系统辨识技术计算出围护结构的传热系数，测试时间大幅缩短。

2、设置了温度控制箱以及水冷加热装置，对环境条件的要求低，测试不受季节的限制，通过调节制冷/加热装置均可测试。

附图说明

图1为传热系数快速测试装置结构示意图；

图2为被测围护结构外表面温度传感器布置示意图；

图3为被测围护结构内表面温度传感器布置示意图；

图4为各种特定的温度波输入序列。

图5为温度控制箱内空气的温度变化

图6为被测围护结构外表面温度变化

图7为被测围护结构热流变化

1.热流计，2.温度控制箱，3.制冷/加热装置，4.被测围护结构内表面，5.数据处理和显示装置，6.控制面板，7.遮光布。

T1、T2、T3、T4为被测围护结构内表面温度传感器，T5、T6、T7、T8、T9为被测围护结构外表面温度传感器，Ta1、Ta2、Ta3依次为被测围护结构外侧、温度控制箱内侧及空气温度传感器。

图4(a)为阶跃波序列，图4(b)为方波序列，图4(c)为正弦波序列。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构、方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

一种建筑围护结构传热系数快速测试装置及测试方法，所述的建筑围护结构传热系数快速测试装置如图1所示，包括温度控制箱2、制冷/加热装置3、温度传感器、热流计1、数据处理和显示装置5、控制面板6和遮光布7，温度控制箱2由夹芯保温彩钢板制成，其外表为方形而内层为圆筒形，温度控制箱内层为圆形一侧开口；被测围护结构内表面4与温度控制箱开口一侧紧密接触，温度控制箱内设置有制冷/加热装置3，制冷/加热装置通过导线与控制面板6相连接；被测围护结构内表面4布置热流计1、温度传感器T1、T2、T3、T4，外表面相应位置布置温度传感器T5、T6、T7、T8、T9，外表面用遮光布7遮蔽；所有温度传感器与数据处理和显示装置5连接，数据处理和显示装置5与控制面板6连接。Ta1、Ta2、Ta3依次为被测围护结构外侧、温度控制箱内侧及空气温度传感器。

本实施例中，温度控制箱的大小为60cm×60cm×40cm，开口为50cm直径的圆，外壳采用5cm厚的聚氨酯夹芯彩钢板，温度传感器全部采用热电偶温度传感器，待测围护结构为普通240mm砖+20mm抹灰层。

制冷/加热装置3，采用半导体制冷装置和电加热装置，功率从0～300W可渐调。

遮光材料采用遮光布，减少太阳辐射和室外风速对被测围护结构外表面的影响。

使用时，将温度控制箱的开口一侧紧靠被测围护结构内表面4，依照图1、图2、图3所示布置各个温度传感器测点和热流计1，并将各个传感器探头接入数据检测和显示部件5中，使用遮光布7将被测围护结构外表面遮蔽。根据气候条件和被测围护结构具体情况调节制冷/加热装置3的工作模式和功率，使温度控制箱2内产生特定变化的温度波输入序列，温度波可以是方波如图4(b)所示、阶跃波如图4(a)所示，也可以是正弦波如图4(c)所示等特定变化规律的输入波形。本实施例中，调节制冷/加热装置，使得温度控制箱内的空气温度按照如图5中所示的规律变化，检测的被测围护结构外表面温度变化如图6中所示，检测的被测围护结构的热流变化如图7所示。

检测记录被测围护结构外表面温度、热流值；把空气温度波序列和检测的内外温度差ΔT(k)作为输入，检测的热流Q(k)序列作为输出，利用公式(1)和(2)计算出围护结构的传递函数G：

$G\left(z^{-1}\right)=\frac{Q\left(k\right)}{\mathrm{\ΔT}\left(k\right)}---\left(1\right)$

其中：

$G\left(z^{-1}\right)=\frac{(b_1{z}^{-1}+b_2{z}^{-2}+...+b_{\mathrm{nb}}{z}^{-n_b}{z}^{-n_b})z^{-n_k}}{(a_1{z}^{-1}+a_2{z}^{-2}+...+a_{n_a}{z}^{-n_a})}---\left(2\right)$

式中：

Q(k)：实验测得经过滤波后的围护结构热流序列；

ΔT(k)：实验测得经过滤波后的围护结构内外温差序列；

a₁，a₂，a₃，…，b₁，b₂，b₃，…：辨识得出的传递函数G中的系数；

z^-1：时间延迟算子；

n_a、n_b、n_k：模型阶次；

得到了传递函数G，则围护结构传热系数可用公式(3)计算：

K＝G(z^-1)|_z＝1    (3)

根据上述数据，计算出被测围护结构的传热系数K＝2.1W/m².K，与热流计法测试的结果相同，而热流计法测试的时间为168小时，本测试只用了36小时，因此采用本测试装置可以大幅缩短测试时间。

Claims (1)

1、一种建筑围护结构传热系数快速测试装置及测试方法，其特征在于：

A)所述的建筑围护结构传热系数快速测试装置，包括温度控制箱、制冷/加热装置、温度传感器、热流计、数据处理装置、遮光布，温度控制箱由夹芯保温彩钢板制成，其外表为方形而内层为圆筒形，温度控制箱内层为圆形一侧开口；被测围护结构内表面与温度控制箱开口一侧紧密接触，温度控制箱内设置有制冷/加热装置，制冷/加热装置通过导线与控制面板相连接；被测围护结构内表面布置热流计、温度传感器，外表面相应位置布置温度传感器，外表面用遮光布遮蔽；所有温度传感器与数据处理和显示装置连接，数据处理和显示装置与控制面板连接。

B)所述的建筑围护结构传热系数快速测试装置的测试方法是：由控制面板调节温度控制箱内制冷/加热装置的工作模式和功率，得到一组空气温度波序列，同时检测记录了一组被测围护结构内外表面温度、热流值序列，把空气温度波序列和检测的内外温度差ΔT(k)作为输入，检测的热流Q(k)序列作为输出，利用公式(1)和(2)计算出围护结构的传递函数G：

$G\left(z^{-1}\right)=\frac{Q\left(k\right)}{\mathrm{\ΔT}\left(k\right)}---\left(1\right)$

其中：

$G\left(z^{-1}\right)=\frac{(b_1{z}^{-1}+b_2{z}^{-2}+...+b_{n_b}{z}^{-n_b})z^{-n_k}}{(a_1{z}^{-1}+a_2{z}^{-2}+...+a_{n_a}{z}^{-n_a})}---\left(2\right)$

式中：

Q(k)：实验测得经过滤波后的围护结构热流序列；

ΔT(k)：实验测得经过滤波后的围护结构内外温差序列；

a₁，a₂，a₃，…，b₁，b₂，b₃，…：辨识得出的传递函数G中的系数；

z^-1：时间延迟算子；

n_a、n_b、n_k：模型阶次；

得到了传递函数G，则围护结构传热系数可用公式(3)计算：

K＝G(z^-1)|_z＝1                            (3)。

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