CN102128854B - 一种热反射屋面热性能的测试方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明一种热反射屋面热性能的测定设备及测定方法，该检测设备包括底座、计量箱、光源系统、风机和信号采集单元，使用与太阳光谱最为接近的长弧氙灯作为光源，并且可以调节辐照强度；利用变频轴流风机模拟自然风速；计量箱可以从0～45°调整角度，模拟屋面的实际坡度；在线采集试件内表板温度、内表板热流密度和计量箱内空气温度等热力学数据，综合分析评价热反射屋面的热性能。本发明能够模拟实际工况下热反射屋面的使用情况，可操作性强，所得数据全面直观，易被建筑师接受，为热反射屋面节能效果的评估提供了可行检测方案。

Description

一种热反射屋面热性能的测试方法及设备

技术领域：

本发明涉及对热反射屋面热性能的检测，具体涉及一种利用氙灯、风机、计量箱等模拟实际工况下热反射屋面热性能的测定方法和设备。

背景技术：

目前对与热反射屋面的节能效果评估主要有两种方法：表面光学参数测定-热工计算法和制品内表面隔热温差测试法。

表面光学参数测定-热工计算法是通过测定屋面制品表面的太阳光反射比和半球发射率，然后通过一系列数学建模进行热工计算。此方法的主要问题是对于不同坡度、不同表面形貌的屋面和不同气候条件对其热性能的影响难以评估，而且计算复杂，缺乏直观的检测数据，难以被建筑师接受。

制品内表面隔热温差测试法为JG/T 235-2008《建筑反射隔热涂料》中的方法，通过在统一规格的硅钙基板涂布反射隔热涂料，然后用红外灯照射，测试涂刷涂料后基本内表板温度比之前温度降低度数，以此判断涂料的反射隔热性能。此方法简便易行，但红外灯与太阳光谱差别较大，且只是针对涂料，对于不同坡度、不同表面形貌的屋面和不同气候条件对其隔热性能的影响同样难以评估。

发明内容：

本发明的主要目的在于提供一种利用氙灯、风机、计量箱等模拟实际工况下热反射屋面热性能的测定设备。

本发明的热反射屋面热性能的测定设备，至少包括底座、计量箱、光源系统、风机和信号采集单元，所述计量箱安装在底座上，试件装于计量箱朝上开放的箱口，光源系统位于计量箱上端空间并使光照对着试件，风机位于计量箱一侧并使送风抵达试件，信号采集单元包括空气温度传感器和平板热流密度计，空气温度传感器采集点在计量箱的内部空间，平板热流密度计装在试件内表面。

其中，所述计量箱装设一轴承并对应设手摇曲柄，通过手摇曲柄和轴承在-45°～45°范围内调整倾斜度。

所述试件安装在一与计量箱箱口尺寸匹配的试件框内，并通过一夹具安装在计量箱箱口并使计量箱密封。

所述计量箱壁用导热系数不大于0.030W/(m·K)，厚度不小于100mm的绝热材料制成。

所述光源系统包括氙灯和灯罩，氙灯距离试件框的距离可调。还包括与光源系统连接的一提升系统，由提升系统控制氙灯与试件框的距离。所述提升系统包括一悬梁臂、固定在悬梁臂上的定滑轮、拉线和控制拉线的卷盘，拉线端头连接光源系统。

所述测定设备还包括一热电偶，装在试件内表面；所述空气温度传感器测温点位于计量箱内部空间的几何中心。

本发明另一目的在于提供一种利用氙灯、风机、计量箱等模拟实际工况下热反射屋面热性能的测定方法。

该热反射屋面热性能的检测方法，使用前述热反射屋面热性能的测定设备，将试件装设在计量箱上后，用光源系统的氙灯模拟太阳光对试件实施照射，同时用风机模拟自然风速对试件送风，持续一段时间后，按计量箱内空气温度和对应试件内表面热流密度，通过待测试件与同样测试条件下标定试件的数值比较得到对试件热性能的评价结果。

具体包括以下步骤：

1)、设备的标定

试件的安装：以外表面涂黑的不锈钢板作为标定试件，放在试件框上并密封，将热电偶和平板热流密度计固定在试件内表面上，用夹具把试件框固定在已安装了空气温度传感器的计量箱的箱口；

试件表面辐照度的调节：通过氙灯提升系统和卷盘调整氙灯距离试件框的距离，打开氙灯，通过一放在试件上的辐照度传感器调节试件表面的辐照强度到检测所需值，移走辐照度传感器，关闭氙灯，同时固定氙灯的高度；

模拟工况：按检测所模拟角度通过手摇曲柄和轴承调整计量箱的角度，打开风机调节风速到检测所模拟值，打开氙灯，开始模拟工况；

数值记录与处理：模拟工况过程中，通过空气温度传感器、平板热流密度计在线监测记录计量箱内空气温度试件内表面热流密度；以计量箱内空气温度为26℃±0.5℃时间段对应的标定试件内表面的热流密度的平均值即平均热流密度作为参比值q_ss；

2)、待测试件的测试

用待测试件替换标定试件，重复步骤1)，得到待测试件内表面的平均热流密度q_s；

3)、待测试件的热性能评价

以节能因子EC来评价待测试件的热性能，按式(1)计算，

EC＝(1-q_s/q_ss)×100％.................................................................................(1)

节能因子EC数值越高，待测试件热性能越好；并以下述标准进行测试件热性能分级评价：EC≥75％为1级，EC≥50％为2级，50％＞EC≥25％为3级，EC＜25％为4级。

本发明使用与太阳光谱最为接近的长弧氙灯作为光源，并且可以调节辐照强度；利用变频轴流风机模拟自然风速；计量箱可以从0～45°调整角度，模拟屋面的实际坡度；在线采集试件内表板温度、内表板热流密度和计量箱内空气温度等热力学数据，综合分析评价热反射屋面的热性能。本发明科学、合理，能够模拟实际工况下热反射屋面的使用情况；本发明方法可操作性强，所得数据全面直观，易被建筑师接受。

附图说明：

图1为本发明检测设备结构示意图。

具体实施方式：

本发明主要研究建筑热反射屋面在模拟实际工况下热性能的测定方法和相关设备。

为尽可能贴近实际工况，本发明针对试件使用与太阳光谱最为接近的长弧氙灯作为光源，并且可以调节辐照强度；利用变频轴流风机模拟自然风速；用于装载试件的计量箱可以从-45°～45°调整角度，模拟屋面的实际坡度；在线采集试件内表面温度、内表面热流密度和计量箱内空气温度等热力学数据，综合分析评价热反射屋面制品(试件)的隔热性能。

本发明中使用的检测设备，参见图1所示，包括底座1、计量箱2、光源系统、风机10和信号采集单元等，其中：

底座1为一架体，用于安放计量箱2；

计量箱2为一中空的箱体，计量箱通过轴承16与底座1连接，计量箱壁采用导热系数不大于0.030W/(m·K)，厚度不小于100mm的绝热材料制成，计量箱2内空间为400mm×400mm×400mm，计量箱的角度可以通过手摇曲柄15和轴承16在-45°～45°范围内调整角度倾斜；一空气温度传感器3穿过计量箱壁伸入其内部空间，测温点最好位于计量箱2的几何中心，用以测量计量箱2内空气温度；试件S安装在与计量箱2上方洞口尺寸匹配的一试件框5上，并通过快速夹具4安装在计量箱2的上方洞口，将计量箱2上端封闭，以此使计量箱2内部形成一个封闭的环境；

氙灯6和灯罩7构成光源系统，位于计量箱2的上方对装设在计量箱2上端的试件S实施照射。光源系统通过氙灯提升系统8和卷盘12调整氙灯6距离试件框5的距离，以此在(400～1200)W/m²的范围内调节试件表面的辐照强度；提升系统8可以为常用的升降装置，比如通过固定在一悬梁臂上的定滑轮、钢索和卷盘12的方式，用钢索拉动氙灯6和灯罩7上下移动。为保持设备的整体性，提升系统8和卷盘12可以与底座1固定；

风机(带导流罩)10通过一支架11连接在底座1上，风口朝向试件S的上表面，一风速传感器9安装在支架11上位于风机10和试件S之间以测量风机(带导流罩)10所产生风速，风速可在0～10m/s范围内调节；

信号采集单元包括前述的空气温度传感器3，还包括平板热流密度计14，贴在试件内表面以测量试件内表面热流密度；还可以设一热电偶13，贴在试件S内表面以测其内表面温度；还有，设备试验过程中还需另配辐照度传感器(图上未标出)，在正式开始测试前使用，使用时放在试件S上表面用于指示氙灯6对试件的辐照度以调节到试验所需强度。这些信号采集单元将信号传输给外接显示和记录设备，以实现各自信号的实时采集、记录和显示。

按以上组合，形成本发明中使用的测试设备。

利用该测试设备进行建筑热反射屋面热性能的测定，包括以下步骤：

1、设备的标定及参考值的测定

1)试件的安装：以400mm×400mm×1.5mm的外表面涂黑(黑色涂层的太阳光反射比≤0.1，半球发生率≤0.1)的铝板作为标定试件(标准黑板)SS，放在试件框5上，试件四周与试件框的缝隙用耐候胶密封。待耐候胶凝固后把面热电偶13和平板热流密度计14用铝箔胶带固定在试件内表面上，然后用快速夹具4将把试件框5固定在计量箱2(已安装了空气温度传感器3)的箱口；

2)试件表面辐照度的调节：试验开始前需调节试件表面的辐照度符合试验要求。把辐照度传感器放在试件上，打开氙灯6，通过氙灯提升系统8和卷盘12调整氙灯6距离试件框5的距离，以此在(400～1200)W/m²的范围内调节试件表面的辐照强度，当辐照强度达到试验所需值时(宜为800W/m2)，移走辐照度传感器，关闭氙灯6，同时固定氙灯6的高度；

3)按试验所需角度通过手摇曲柄15和轴承16调整计量箱2的角度，打开风机10，调节风速到试验所需值(宜为1～2m/s)，打开氙灯6，模拟实际工况开始试验。试验过程中，通过空气温度传感器3、热电偶13、平板热流密度计14在线监测记录计量箱2内空气温度、试件内表面温度和试件内表面热流密度，直至空气温度达到实验设定的温度(如30℃)，关闭氙灯6和风机10；

4)对数据进行处理，宜以计量箱2内空气温度(空气温度传感器3记录的温度)为26℃±0.5℃时间段对应的标定试件SS内表面的热流密度(平板热流密度计14记录的数值)的平均值即平均热流密度作为参比值q_ss。

2、待测试件S测试

用待测试件S替换标定试件SS，重复上述步骤，测试待测试件S内表面的平均热流密度q_s。

3、待测试件S的热性能评价

以节能因子EC来评价热反射屋面的热性能，按式(1)计算，

EC＝(1-q_s/q_ss)×100％.................................................................................(1)

并以计算所得试件S的节能因子EC按照表1进行分级评价，节能因子EC数值越高，热性能越好。

表1热性能评价标准

测定中从热电偶13获得的试件内表面温度参数，可用以作为对试件S热性能评价的参考。也可作为其它热性能评价因子的取样参数。

检测实例1：对一白色热反射金属屋面板的隔热性能评价

试件描述：铝合金基材，尺寸400mm×400mm×2.0mm，表面喷涂白色反射隔热涂层。首先利用标准黑板按照前述步骤1进行标定，其中辐照强度为800W/m²，风速为1m/s，试件水平摆放(与光照角度垂直)。测得q_ss＝396.2w/m²；然后按步骤2对试件进行测试，测试条件不变，测得q_s＝94.6w/m²；按照式(1)计算得出EC＝76.1％按照表1标准评判，该试件隔热性能等级为1级。

检测实例2：对同一白色热反射金属屋面板的隔热性能评价

针对实例1同一白色热反射金属屋面板进行实验，调整计量箱的倾斜角度为10°(试件朝向风机方向)，其他试验条件不变，测得标准黑板q_ss＝337.6w/m²；测得试件q_s＝61.5w/m²；计算得出EC＝81.8％，按照表1标准评判，该试件隔热性能等级仍为1级，但从数值比较可见，该白色热反射金属屋面板倾斜状态节能效果比水平状态更好。

Claims (3)

1.一种热反射屋面材料试件热性能的测定设备，其特征在于，至少包括底座、计量箱、光源系统、风机和信号采集单元，所述计量箱安装在底座上，试件装于计量箱朝上开放的箱口，光源系统位于计量箱上端空间并使光照对着试件，风机位于计量箱一侧并使送风抵达试件，信号采集单元包括空气温度传感器和平板热流密度计，空气温度传感器采集点在计量箱的内部空间，平板热流密度计装在试件内表面；

所述计量箱装设一轴承并对应设手摇曲柄，通过手摇曲柄和轴承在-45°～45°范围内调整倾斜度；

所述试件安装在一与计量箱箱口尺寸匹配的试件框内，并通过一夹具安装在计量箱箱口并使计量箱密封；

所述计量箱壁用导热系数不大于0.030W/(m·K)，厚度不小于100mm的绝热材料制成；

所述光源系统包括氙灯和灯罩，氙灯距离试件框的距离可调；

还包括与光源系统连接的一提升系统，由提升系统控制氙灯与试件框的距离；

所述提升系统包括一悬梁臂、固定在悬梁臂上的定滑轮、拉线和控制拉线的卷盘，拉线端头连接光源系统；

还包括一热电偶，装在试件内表面；所述空气温度传感器测温点位于计量箱内部空间的几何中心。

2.一种热反射屋面材料试件热性能的检测方法，使用权利要求1所述热反射屋面材料试件热性能的测定设备，将试件装设在计量箱上后，用光源系统的氙灯模拟太阳光对试件实施照射，同时用风机模拟自然风速对试件送风，持续一段时间后，按计量箱内空气温度和对应试件内表面热流密度，通过待测试件与同样测试条件下标定试件的数值比较得到对试件热性能的评价结果。

3.根据权利要求2所述检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、设备的标定

试件的安装：以外表面涂黑的不锈钢板作为标定试件，放在试件框上并密封，将热电偶和平板热流密度计固定在试件内表面上，用夹具把试件框固定在已安装了空气温度传感器的计量箱的箱口；

试件表面辐照度的调节：通过氙灯提升系统和卷盘调整氙灯距离试件框的距离，打开氙灯，通过一放在试件上的辐照度传感器调节试件表面的辐照强度到检测所需值，移走辐照度传感器，关闭氙灯，同时固定氙灯的高度；

模拟工况：按检测所模拟角度通过手摇曲柄和轴承调整计量箱的角度，打开风机调节风速到检测所模拟值，打开氙灯，开始模拟工况；

数值记录与处理：模拟工况过程中，通过空气温度传感器、平板热流密度计在线监测记录计量箱内空气温度试件内表面热流密度；以计量箱内空气温度为26℃±0.5℃时间段对应的标定试件内表面的热流密度的平均值即平均热流密度作为参比值q_ss；

2)、待测试件的测试

用待测试件替换标定试件，重复步骤1)，得到待测试件内表面的平均热流密度q_s；

3)、待测试件的热性能评价

以节能因子EC来评价待测试件的热性能，按式(1)计算，

EC＝(1-q_s/q_ss)×100％    式(1)

节能因子EC数值越高，待测试件热性能越好；并以下述标准进行测试件热性能分级评价：EC≥75％为1级，EC≥50％为2级，50％＞EC≥25％为3级，EC＜25％为4级。

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