CN103175863A - 一种建筑门窗幕墙保温性能检测装置及系统 - Google Patents

Abstract

一种建筑门窗幕墙保温性能检测装置及系统，所述检测装置包括温度控制与数据采集系统、气囊、气囊固定结构、加热装置、风速检测装置、太阳辐射检测装置、充气装置、气压表和无线数据采集装置；所述检测系统包括主系统和通过无线通讯方式与主系统连接的无线数据采集终端。它通过气囊固定结构将气囊固定在被测物体内侧形成气囊腔室和内腔室两个恒温腔室，然后通过对相关参数进行检测来实现对建筑门窗幕墙进行在线检测，不仅便于安装和调试，智能高，成本极低，而且检测精度高，能够防止和制止不合格建筑门窗在建筑上的应用，加强对门窗安装要求规范的监督，遏制次品门窗的应用，达到加强建筑监督、保证门窗质量和实现节能减排的目的。

Description

一种建筑门窗幕墙保温性能检测装置及系统

技术领域

本发明涉及一种建筑物保温性能检测技术，具体地说是一种建筑门窗幕墙保温性能检测装置及系统。

背景技术

随着建筑节能越来越受全球的关注，建筑围护结构热工性能的在线检测也不断地受到重视。影响建筑能耗最直接的因素是建筑围护结构保温隔热性能的优劣，而围护结构热工性能最薄弱的环节是外门窗。对于建筑外门窗，与节能有关的性能指标主要是保温性能、隔热性能和空气渗透性能。与建筑节能有关的现行国家标准《建筑外门窗保温性能分级及其检测方法》和《建筑外窗孔气渗透性能分集及检测方法》中，对门窗的传热系数和空气渗透量这两项指标作了规定，提出了门窗的保温性能评价标准，该标准仅限于实验室条件下实现。

国外的门窗保温性能检测也主要是在实验室内完成，在稳定状态下检测门窗的保温性，也主要的采用标定热箱法。北美地区的门窗性能研究和检测方法包括了保温和隔热性能，特别是在有遮阳情况下复杂门窗的隔热性能检测处于世界领先水平。北美的纬度，多样的气候条件都与我国相似，因此其检测方法对我国很有借鉴意义。北美地区采用的检测方法主要有以下两种：①基于太阳辐射模拟的检测方法。该检测方法的设备是由加拿大标准及评价组织发起的，由加拿大自然资源协会资助，于1893年3月在加拿大国家太阳能实验室建成。这台原型设备可检测建筑门窗的太阳得热系数和“白天”的传热系数，目的在于在评价能耗的层面上建立标准的门窗检测方法。该方法是在内部热箱的热量平衡基础上进行，其检测的过程分为两个不同的阶段：试验确定试件的性能因子和根据试验结果计算试件的传热系数。②劳伦斯伯克利国家试验室的门窗现场检测方法：该设备是由两个并排的保温热流检测箱组成，能同时检测两个门窗在真实的室外条件下的性能。它能在门窗实际的使用环境下逐时的测量通过窗户的净热流，此检测设备能直接检测太阳辐射得热，能确定多种门窗的性能。

在建筑外门窗的测试标准方面，我国有《建筑外窗空气渗透性能分级及其检测方法》（GB710一2008），《建筑外窗保温性能分级及其检测方法》（GB/T8484一2008），《建筑玻璃可见光透射比、太阳光直接透射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关窗玻璃参数的测定》（GBT/2680一1994）等。目前窗户保温性能的检测方法主要是在实验室中进行的保护热箱法，采用保护热箱法的外窗保温性能测试系统主要由热箱、冷箱、被测试件框、电加热器、被测试件、隔风板、对流风机、加热器、空调器、控湿装置、制冷机和温度控制与数据采集系统，如图1所示。要求检测的窗户安装在分隔冷热室的专用墙体构件内，计量箱内的温度和热室保持相同，尽量使计量箱内外壁面的温差接近于零，这就意味着提供给计量箱的能量将主要通过窗户和四周的高效保温材料围护体。精确地测量计量箱内的电加热器发出的热量及其冷热侧边界层的温度，那么根据冷热侧的空气温度差和通过窗户的净热量就可确定其保温性能，算出窗户的传热系数。

但是上述保温性能的检测方法是在相对稳态条件下检测的门窗保温性，并不能真实地反映现场中门窗的保温性能，而且建筑外门窗保温性能参数现场检测还应考虑到安装规范、太阳辐射、风速和风向等因素的影响。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种建筑门窗幕墙保温性能检测装置及系统，其不仅能够实现对建筑门窗幕墙进行在线检测，而且检测精度高，能够达到节能减排的目的。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：本发明提供了一种建筑门窗幕墙保温性能检测装置，其特征是，包括温度控制与数据采集系统、气囊、气囊固定结构、加热装置、风速检测装置、太阳辐射检测装置、充气装置、气压表和无线数据采集装置，所述气囊通过气囊固定结构固定在被测物体内侧，所述气囊与被测物体形成内腔室，所述加热装置分别设置在气囊腔室和内腔室内，所述风速检测装置、太阳辐射检测装置和无线数据采集装置设置在被测物体外面，所述充气装置与气囊腔室连接，所述气压表设置在气囊上；所述温度控制与数据采集系统分别与加热装置、风速检测装置、太阳辐射检测装置、充气装置、气压表和无线数据采集装置连接。

进一步地，所述温度控制与数据采集系统包括中央处理器以及分别与中央处理器连接的显示装置、温度检测装置、无线数据接收器、加热装置控制电路和温度调节控制器，所述中央处理器分别与风速检测装置、太阳辐射检测装置、充气装置和气压表连接，所述温度检测装置分别设置在建筑物内部、气囊腔室和内腔室内，所述无线数据接收器设置在被测物体外部，所述加热装置控制电路分别与设置在气囊腔室和内腔室的加热器连接，所述温度调节控制器与加热装置控制电路连接。

进一步地，所述无线数据采集装置包括控制器以及分别与控制器连接的电源模块、无线发射装置、模拟信号采集电路和温湿度传感器；所述控制器包括STM8L单片机；所述电源模块包括电池和稳压电路，所述电池通过稳压电路与STM8L单片机连接；所述无线发射装置与无线数据接收器通过无线通讯方式连接；所述模拟信号采集电路包括依次连接的多路差分开关、滤波电路、仪表放大器和AD转换电路，所述的多路差分开关与温度检测装置连接，所述AD转换电路与STM8L单片机连接；所述温湿度传感器用以采集建筑物外部环境的温湿度。

进一步地，所述气囊固定结构包括横向支撑杆、纵向支撑杆、角固定架和气囊固定架，所述气囊固定架利用角固定架将气囊固定在被测物体内侧，所述横向支撑杆一端与气囊固定架连接，另一端与纵向支撑杆连接，所述纵向支撑杆两端分别与被测物体所处环境空间的顶部和底部固定连接。

进一步地，所述温湿度传感器采用SHT1X系列温湿度传感器。

本发明还提供了一种建筑门窗幕墙保温性能检测系统，包括主系统和无线数据采集终端，所述无线数据采集终端通过无线通讯方式与主系统连接，其特征是，

所述主系统包括中央处理器以及分别与中央处理器连接的显示装置、温度检测装置、无线数据接收器、加热装置控制电路、风速检测装置、太阳辐射检测装置、充气装置、气压表和温度调节控制器，所述温度检测装置分别设置在建筑物内部、气囊腔室和内腔室内，所述无线数据接收器通过无线通讯方式与设置在被测物体外部的无线数据采集终连接，所述加热装置控制电路分别与设置在气囊腔室和内腔室的加热器连接，所述风速检测装置和太阳辐射检测装置设置在被测物体外部，所述充气装置与气囊腔室连接，所述气压表设置在气囊上，用于检测气囊腔室内气体气压，所述温度调节控制器与加热装置控制电路连接；

所述无线数据采集终端包括控制器以及分别与控制器连接的电源模块、无线发射装置、模拟信号采集电路和温湿度传感器；所述控制器包括STM8L单片机；所述电源模块包括电池和稳压电路，所述电池通过稳压电路与STM8L单片机连接；所述无线发射装置与无线数据接收器通过无线通讯方式连接；所述模拟信号采集电路包括依次连接的多路差分开关、滤波电路、仪表放大器和AD转换电路，所述的多路差分开关与温度检测装置连接，所述AD转换电路与STM8L单片机连接；所述温湿度传感器用以采集建筑物外部环境的温湿度。

优选地，所述中央处理器通过RS485总线与温度检测装置、无线数据接收器、加热装置控制电路、风速检测装置、太阳辐射检测装置、充气装置、气压表和温度调节控制器连接。

优选地，所述温湿度传感器采用SHT1X系列温湿度传感器。

优选地，所述多路差分开关采用MAX397芯片。

优选地，所述AD转换电路采用AD1115模数转换芯片。

本发明的有益效果是，本发明通过气囊固定结构将气囊固定在被测物体内侧形成气囊腔室和内腔室两个恒温腔室，然后通过对相关参数进行检测来实现对建筑门窗幕墙进行在线检测，不仅便于安装和调试，智能高，成本极低，而且检测精度高，能够防止和制止不合格建筑门窗在建筑上的应用，加强对门窗安装要求规范的监督，遏制次品门窗的应用，达到加强建筑监督、保证门窗质量和实现节能减排的目的。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1是传统外窗保温性能测试系统的结构示意图；

图2是本发明所述检测装置的结构示意图；

图3是本发明所述检测系统的主系统的原理框图；

图4是本发明所述无线数据采集装置的原理框图；

图中，1’热箱、2’冷箱、3’被测试件框、4’电加热器、5’被测试件、6’隔风板、7’对流风机、8’加热器、10’被测物体测试环境空间、11’空调器、12’控湿装置、13’制冷机、14’温度控制与数据采集系统；

1被测物体所处环境空间、2气囊腔室、3内腔室、4横向支撑杆、5纵向支撑杆、6角固定架、7气囊固定架、8气囊、9被测物体、10气囊腔室加热装置、11无线数据采集装置、12内腔室加热装置、13风速检测仪、14太阳辐射仪、15温度控制与数据采集系统、16充气装置、17气压表。

具体实施方式

如图2所示，本发明的一种建筑门窗幕墙保温性能检测装置，它包括温度控制与数据采集系统15、气囊8、气囊固定结构、加热装置、风速检测装置、太阳辐射检测装置、充气装置、气压表17和无线数据采集装置11，所述气囊8通过气囊固定结构固定在被测物体9内侧，所述气囊与被测物体形成内腔室3，所述加热装置分别设置在气囊腔室2和内腔室3内，所述风速检测装置、太阳辐射检测装置和无线数据采集装置11设置在被测物体9外面，所述充气装置与气囊腔室2连接，所述气压表17设置在气囊上8；所述温度控制与数据采集系统15分别与加热装置、风速检测装置、太阳辐射检测装置、充气装置、气压表17和无线数据采集装置11连接。

其中，所述温度控制与数据采集系统包括中央处理器以及分别与中央处理器连接的显示装置、温度检测装置、无线数据接收器、加热装置控制电路和温度调节控制器，所述中央处理器分别与风速检测装置、太阳辐射检测装置、充气装置和气压表连接，所述温度检测装置分别设置在建筑物内部、气囊腔室和内腔室内，所述无线数据接收器设置在被测物体外部，所述加热装置控制电路分别与设置在气囊腔室和内腔室的加热器连接，所述温度调节控制器与加热装置控制电路连接。

所述无线数据采集装置包括控制器以及分别与控制器连接的电源模块、无线发射装置、模拟信号采集电路和温湿度传感器；所述控制器包括STM8L单片机；所述电源模块包括电池和稳压电路，所述电池通过稳压电路与STM8L单片机连接；所述无线发射装置与无线数据接收器通过无线通讯方式连接；所述模拟信号采集电路包括依次连接的多路差分开关、滤波电路、仪表放大器和AD转换电路，所述的多路差分开关与温度检测装置连接，所述AD转换电路与STM8L单片机连接；所述温湿度传感器采用SHT1X系列温湿度传感器，用以采集建筑物外部环境的温湿度。

所述气囊固定结构包括横向支撑杆5、纵向支撑杆4、角固定架6和气囊固定架7，所述气囊固定架7利用角固定架6将气囊8固定在被测物体9内侧，所述横向支撑杆5一端与气囊固定架6连接，另一端与纵向支撑杆4连接，所述纵向支撑杆4两端分别与被测物体所处环境空间1的顶部和底部固定连接。

本发明还提供了一种建筑门窗幕墙保温性能检测系统，它包括主系统和无线数据采集终端，所述无线数据采集终端通过无线通讯方式与主系统连接。

如图3所示，所述主系统包括中央处理器以及分别与中央处理器连接的显示装置、温度检测装置、无线数据接收器、加热装置控制电路、风速仪、太阳辐射仪、充气装置、气压表和温度调节控制器，所述温度检测装置包括分别设置在建筑物内部、气囊腔室和内腔室内的热电偶检测模块，所述无线数据接收器通过无线通讯方式与设置在被测物体外部的无线数据采集终连接，所述加热装置控制电路包括接入市电的调压器，所述调压器分别与设置在气囊腔室和内腔室的加热器连接，所述风速仪和太阳辐射仪设置在被测物体外部，所述充气装置采用充气电机，充气电机的重启口与气囊腔室连接，所述气压表采用智能气压表，智能气压表用于检测气囊腔室内气体气压，并与充气电机的调速器连接来控制气囊腔室内气体气压；所述温度调节控制器采用温度调节仪表，通过与加热装置控制电路的调压器连接来控制气囊腔室和内腔室内的温度；其中，所述中央处理器采用工业控制机，并通过RS485总线与热电偶检测模块、无线数据接收器、加热装置控制电路、风速仪、太阳辐射仪、充气装置、气压表和温度调节仪表连接。

如图4所示，所述无线数据采集终端包括控制器以及分别与控制器连接的电源模块、无线发射装置、模拟信号采集电路和温湿度传感器；所述控制器包括STM8L单片机；所述电源模块包括电池和稳压电路，所述电池通过稳压电路与STM8L单片机连接；所述无线发射装置采用SX1231无线射频芯片，与无线数据接收器通过无线通讯方式连接；所述模拟信号采集电路包括依次连接的多路差分开关、滤波电路、仪表放大器和AD转换电路，所述的多路差分开关采用MAX397芯片，与温度检测装置连接；所述AD转换电路采用AD1115模数转换芯片，与STM8L单片机连接；所述温湿度传感器采用SHT1X系列温湿度传感器，用以采集建筑物外部环境的温湿度。

本发明获取各种参数后对被测物体的保温性能进行计算并划分等级。评定门窗等被测物体保温性能的一个重要参数为门窗的传热系数K_f，即在稳定传热条件下,外窗两侧空气温差为1k单位时间内，通过单位面积的传热量，以Wm²k计。并且可以通过检测到的门窗传热系数的大小来评定门窗保温性能的合格性及等级。

因建筑外门窗保温性能现场检测的复杂性，在线门窗保温性能的检测仍然处于理论研究阶段，该算法的定义和规范基于GB/T8484-2008门窗保温性能检测标准。在线门窗是在不同温度、不同墙体下进行测量，所以应保持内外温差一定；同时检测当时的风速和太阳辐射强度，用这两个参数来修订门窗保温性能。

试件传热系数K_f值（Wm²k）按下式计算：

$K_f=f\left(x\right)\·f\left(y\right)\·\frac{Q-k_q{M}_1\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_1-M_2\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_2}{A(T_H-T_O)}$

Q—加热器的加热功率，W；

M₁—内腔墙体壁热流系数，W/K；

k_q—不同墙体的修正系数；

M₂—由标定试验确定的试件框热流系数，W/K；

Δθ₁—内腔墙体内外表面积加权平均温度之差，K；

Δθ₂—试件门窗内外表面积加权平均温度之差，K；

T_H—内腔室内空气平均温度，K；

T_O—门窗外窗体周围空气平均温度，K；

A—被测门窗的面积,m²；

f(x)—风速与温度的关系；

f(y)—太阳辐射与温度的关系。

本发明的检测过程如下：

在首次检测实验前，对其进行标定，具体方法可参考GB/T8484-2008有关规定，主要求得M₁、M₂。

一、根据门窗结构将测温点布置好，内腔内外墙体可以平均布8个测温点，内腔室空气可布8个点，外墙室空气布8个点，室内可布8个点。两个加热器一个镶嵌在气囊内，一个放在气囊与试件之间腔内；

二、将气囊充一定的气体，通过纵横支撑支架及角支撑架将气囊固定好；

三、将气囊充到一定的压力；

四、通过上位机设置好相应的温度，并开始；

五、当温度恒定一段时间后，进行热量计量；

六、持续一段时间结束；

七、在线和离线获取风速和太阳辐射强度；

八、打印报表。

Claims (10)

1.一种建筑门窗幕墙保温性能检测装置，其特征是，包括温度控制与数据采集系统、气囊、气囊固定结构、加热装置、风速检测装置、太阳辐射检测装置、充气装置、气压表和无线数据采集装置，所述气囊通过气囊固定结构固定在被测物体内侧，所述气囊与被测物体形成内腔室，所述加热装置分别设置在气囊腔室和内腔室内，所述风速检测装置、太阳辐射检测装置和无线数据采集装置设置在被测物体外面，所述充气装置与气囊腔室连接，所述气压表设置在气囊上；所述温度控制与数据采集系统分别与加热装置、风速检测装置、太阳辐射检测装置、充气装置、气压表和无线数据采集装置连接。

2.根据权利要求1所述的一种建筑门窗幕墙保温性能检测装置，其特征是，所述温度控制与数据采集系统包括中央处理器以及分别与中央处理器连接的显示装置、温度检测装置、无线数据接收器、加热装置控制电路和温度调节控制器，所述中央处理器分别与风速检测装置、太阳辐射检测装置、充气装置和气压表连接，所述温度检测装置分别设置在建筑物内部、气囊腔室和内腔室内，所述无线数据接收器设置在被测物体外部，所述加热装置控制电路分别与设置在气囊腔室和内腔室的加热器连接，所述温度调节控制器与加热装置控制电路连接。

3.根据权利要求1所述的一种建筑门窗幕墙保温性能检测装置，其特征是，所述无线数据采集装置包括控制器以及分别与控制器连接的电源模块、无线发射装置、模拟信号采集电路和温湿度传感器；所述控制器包括STM8L单片机；所述电源模块包括电池和稳压电路，所述电池通过稳压电路与STM8L单片机连接；所述无线发射装置与无线数据接收器通过无线通讯方式连接；所述模拟信号采集电路包括依次连接的多路差分开关、滤波电路、仪表放大器和AD转换电路，所述的多路差分开关与温度检测装置连接，所述AD转换电路与STM8L单片机连接；所述温湿度传感器用以采集建筑物外部环境的温湿度。

4.根据权利要求1所述的一种建筑门窗幕墙保温性能检测装置，其特征是，所述气囊固定结构包括横向支撑杆、纵向支撑杆、角固定架和气囊固定架，所述气囊固定架利用角固定架将气囊固定在被测物体内侧，所述横向支撑杆一端与气囊固定架连接，另一端与纵向支撑杆连接，所述纵向支撑杆两端分别与被测物体所处环境空间的顶部和底部固定连接。

5.根据权利要求3所述的一种建筑门窗幕墙保温性能检测装置，其特征是，所述温湿度传感器采用SHT1X系列温湿度传感器。

6.一种建筑门窗幕墙保温性能检测系统，包括主系统和无线数据采集终端，所述无线数据采集终端通过无线通讯方式与主系统连接，其特征是，

所述主系统包括中央处理器以及分别与中央处理器连接的显示装置、温度检测装置、无线数据接收器、加热装置控制电路、风速检测装置、太阳辐射检测装置、充气装置、气压表和温度调节控制器，所述温度检测装置分别设置在建筑物内部、气囊腔室和内腔室内，所述无线数据接收器通过无线通讯方式与设置在被测物体外部的无线数据采集终连接，所述加热装置控制电路分别与设置在气囊腔室和内腔室的加热器连接，所述风速检测装置和太阳辐射检测装置设置在被测物体外部，所述充气装置与气囊腔室连接，所述气压表设置在气囊上，用于检测气囊腔室内气体气压，所述温度调节控制器与加热装置控制电路连接；

所述无线数据采集终端包括控制器以及分别与控制器连接的电源模块、无线发射装置、模拟信号采集电路和温湿度传感器；所述控制器包括STM8L单片机；所述电源模块包括电池和稳压电路，所述电池通过稳压电路与STM8L单片机连接；所述无线发射装置与无线数据接收器通过无线通讯方式连接；所述模拟信号采集电路包括依次连接的多路差分开关、滤波电路、仪表放大器和AD转换电路，所述的多路差分开关与温度检测装置连接，所述AD转换电路与STM8L单片机连接；所述温湿度传感器用以采集建筑物外部环境的温湿度。

7.根据权利要求6所述的一种建筑门窗幕墙保温性能检测系统，其特征是，所述中央处理器通过RS485总线与温度检测装置、无线数据接收器、加热装置控制电路、风速检测装置、太阳辐射检测装置、充气装置、气压表和温度调节控制器连接。

8.根据权利要求6所述的一种建筑门窗幕墙保温性能检测系统，其特征是，所述温湿度传感器采用SHT1X系列温湿度传感器。

9.根据权利要求6所述的一种建筑门窗幕墙保温性能检测系统，其特征是，所述多路差分开关采用MAX397芯片。

10.根据权利要求6所述的一种建筑门窗幕墙保温性能检测系统，其特征是，所述AD转换电路采用AD1115模数转换芯片。

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