CN103323487B - 墙体局部区域体积比热容测定系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的墙体局部区域体积比热容测定系统，包括单向发热装置、数据采集控制装置、多个测量节点，特征在于：外墙面测量节点与内墙面测量节点的位置相对应；单向发热装置固定于墙体内表面的中央位置处。本发明的实现方法包括：a).选定待测区域；b).划分待测区域；c).布设内墙面测量节点；d).布设外墙面测量节点；e).安放单向发热装置；f).对待测区域进行加热；g).数据采集；h).求取小区域体积比热容；i).求取待测区域的体积比热容。本发明的系统和方法，首先根据温度、热流密度计算每个小区域的体积比热容，再计算待测区域的体积比热容。布设简单、可操控性强、数据采集准确、计算公式合理，可准确地测量出体积比热容。

Description

墙体局部区域体积比热容测定系统及方法

技术领域

 本发明涉及一种墙体局部区域体积比热容测定系统及方法，更具体的说，尤其涉及一种将待测区域等体积地划分为若干小区域进行测量的墙体局部区域体积比热容测定系统及方法。

背景技术

随着全球政府部门对节能环保和绿色经济的重视，建筑物节能设计和施工越来越受到重视，各政府正在强制推行建筑物节能设计和加大对新建筑物进行节能检测和对老建筑物进行节能改造工作。

对于建筑物的能耗评估，墙体自身的吸放热能也是一个不可忽视的参数。墙体是由不同材质的物料按相应结构次序组合形成，墙体的质量难以测量，但墙体的体积可以准确的测出，因此可以采用墙体的体积比热容来表征墙体的保温性能，以评估其能耗是否符合节能标准。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种将待测区域等体积地划分为若干小区域进行测量的墙体局部区域体积比热容测定系统及方法。

本发明的墙体局部区域体积比热容测定系统，包括单向发热装置、数据采集控制装置以及用于温度和热流密度信息测量的多个内墙面测量节点和多个外墙面测量节点，其特别之处在于：所述内墙面测量节点均匀设置于墙体的内表面上，外墙面测量节点均匀设置于墙体的外表面上，且外墙面测量节点与内墙面测量节点的位置相对应；单向发热装置固定于墙体内表面的中央位置处，内墙面测量节点、外墙面测量节点的信号线以及单向发热装置的控制线均与数据采集控制装置相连接。

单向发热装置可定向发热，以便实现对墙体的加热。数据采集控制装置具有信号采集、数据运算和控制输出的作用；测量节点用于墙体内外表面温度、热流密度数据侧测量。内墙面测量节点、外墙面测量节点所处的位置应相对应，以便实行对该区域的体积比热容的测量。

本发明的墙体局部区域体积比热容测定系统，所述内墙面测量节点、外墙面测量节点在墙面上呈规则分布，每个内墙面测量节点所占墙体内表面的面积相等。测量节点可以在内外墙面上呈圆形等规则形状分布。

本发明的墙体局部区域体积比热容测定系统的实现方法，其特别之处在于，包括以下步骤：

a).选定待测区域，在待测墙体区域上选取用于布设测量节点的待测区域；设墙体的厚度为                                               ，待测区域的体积为；b).划分待测区域，将待测区域等体积地划分为个小区域，则每个小区域的体积为，=1、2、3、……、，≥10；c).布设内墙面测量节点，在划分的每个小区域的内墙面上安放内墙面测量节点，以便实现对每个小区域内表面的温度和热流密度信息的测量；d).布设外墙面测量节点，在每个小区域的外墙面上与内表面测量节点相对应的位置上安放外墙面测量节点，以实现对每个小区域外表面的温度和热量密度信息的测量；e).安放单向发热装置，在待测区域内墙面的中心位置上安放单向发热装置，以实现对待测区域的加热；f).对待测区域进行加热，在数据采集控制装置的控制作用下，利用单向发热装置对墙体的待测区域进行加热；g).数据采集，数据采集控制装置通过内墙面测量节点和外墙面测量节点，以时间为周期，采集时间段内每个小区域内外墙面的温度、热流密度，设时间段内采集数据的次数为，=/；在数据采集的过程中，数据采集控制装置采集次数据后，控制单向发热装置加热，当数据采集次数达到次后停止加热，其中50≤＜＜；h).求取小区域体积比热容，次数据采集中，第个小区域第次采集的内墙面的热流密度和温度分别为、，采集的外墙面的热流密度和温度分别为、，0≤≤，0≤≤；

     （1）

     （2）

     （3）

首先利用公式（1）、（2）分别计算出第个小区域的平均热流密度差和平均温度差，再利用公式（3）计算出第个小区域的体积比热容；i).求取待测区域的体积比热容，根据公式（4）计算出墙体待测区域的体积比热容；

     （4）

其中，为第个小区域的权重系数，0.8≤≤1.2。

本发明的墙体局部区域体积比热容测定系统的实现方法，步骤f)中数据采集控制装置根据加热电压控制曲线控制单向发热装置进行发热，步骤i)中的确定包括以下步骤：i-1).计算发热量，数据采集控制装置根据加热电压控制曲线计算出发热曲线，以便获取单向发热装置的发热量；同时单向加热装置还采集加热时间、加热电流和加热电压信息，并计算每个数据采集周期内的加热量；i-2).计算温度梯度，根据步骤g)中采集的温度数据，计算出内墙面和外墙面的温度梯度；i-3).求取导热散发热量曲线，根据步骤g)中采集的热流密度数据，计算出内墙面和外墙面的导热散发热量曲线；i-4).权重系数确定，对于处于温度梯度越大和导热散发热量曲线数值越大的小区域，其权重系数也越大，反之愈小。

本发明的有益效果是：本发明的墙体局部区域体积比热容测定系统和实现方法，首先将待测区域等体积地划分为若干个小区域，通过在每个小区域的内外表面设置测量节点，实现了对小区域内外表面的温度、热流密度数据的测量；然后再根据测得的温度、热流密度信息，计算出每个小区域的体积比热容；最后根据小区域的体积比热容计算出待测区域的体积比热容。同时还可根据求取的温度梯度和导热散发热量曲线来确定权重系数，使得求取的体积比热容数值更加精确。本发明的体积比热容测定系统，布设简单、可操控性强、数据采集准确、计算公式合理，可准确地测量出墙体区域的体积比热容。

附图说明

图1为本发明的体积比热容测定系统的结构示意图；

图2为本发明的体积比热容测定系统墙体内表面的结构示意图。

图中：1内墙面测量节点，2外墙面测量节点，3单向发热装置，4数据采集控制装置，5墙体。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示，分别给出了本发明的体积比热容测定系统的结构示意图以及内表面的结构示意图，其包括内墙面测量节点1、外墙面测量节点2、单向发热装置3以及数据采集控制装置4，单向发热装置3可向单一方向发出热量，以便实现对墙体5的加热。测量过程中，待测区域被等体积地划分为多个小区域，每个小区域的内表面上均布设有内墙面测量节点1，小区域的外表面上均布设有外墙面测量节点2，以便实现对每个小区域内外表面的温度、热流密度数据的测量。内墙面测量节点1、外墙面测量节点2的信号线以及单向发热装置的控制线均与数据采集控制装置4相连接，以便数据采集控制装置4进行数据采集、数据运算和控制输出。

本发明的墙体局部区域体积比热容测定系统的实现方法，包括以下步骤：

a).选定待测区域，在待测墙体区域上选取用于布设测量节点的待测区域；设墙体5的厚度为，待测区域的体积为；

例如待测区域选为半径为R的圆形区域，以此圆形内的墙体作为该墙体体积比热容的待测区域，设墙体厚度为H，则待测区域体积。

b).划分待测区域，将待测区域等体积地划分为个小区域，则每个小区域的体积为，=1、2、3、……、，≥10；

c).布设内墙面测量节点，在划分的每个小区域的内墙面上安放内墙面测量节点，以便实现对每个小区域内表面的温度和热流密度信息的测量；

d).布设外墙面测量节点，在每个小区域的外墙面上与内表面测量节点相对应的位置上安放外墙面测量节点，以实现对每个小区域外表面的温度和热量密度信息的测量；

e).安放单向发热装置，在待测区域内墙面的中心位置上安放单向发热装置（3），以实现对待测区域的加热；

f).对待测区域进行加热，在数据采集控制装置4的控制作用下，利用单向发热装置对墙体的待测区域进行加热；

g).数据采集，数据采集控制装置通过内墙面测量节点和外墙面测量节点，以时间为周期，采集时间段内每个小区域内外墙面的温度、热流密度，设时间段内采集数据的次数为，=/；在数据采集的过程中，数据采集控制装置采集次数据后，控制单向发热装置加热，当数据采集次数达到次后停止加热，其中50≤＜＜；

h).求取小区域体积比热容，次数据采集中，第个小区域第次采集的内墙面的热流密度和温度分别为、，采集的外墙面的热流密度和温度分别为、，0≤≤，0≤≤；

     （1）

     （2）

     （3）

首先利用公式（1）、（2）分别计算出第个小区域的平均热流密度差和平均温度差，再利用公式（3）计算出第个小区域的体积比热容；

当达到一定数量时，区域内的温度和热流密度可以认为是均匀的，其比热容可由下式表示：

       =1、2、3、……、

   其中，是第小区域的内外表面热流差的微分，是第i小区域的内外表面温度差的微分；由于可以用热流传感器、温度传感器检测内外表面的热流差和温度差，因此可以用、分别代替微分值、。因此，待测区域的比热容可以用这些小区域比热容的加权平均值求得。

i).求取待测区域的体积比热容，根据公式（4）计算出墙体待测区域的体积比热容；

     （4）

其中，为第个小区域的权重系数，0.8≤≤1.2。

步骤f)中数据采集控制装置4根据加热电压控制曲线控制单向发热装置3进行发热，步骤i)中的确定包括以下步骤：

i-1).计算发热量，数据采集控制装置根据加热电压控制曲线计算出发热曲线，以便获取单向发热装置的发热量；同时单向加热装置还采集加热时间、加热电流和加热电压信息，并计算每个数据采集周期内的加热量；

i-2).计算温度梯度，根据步骤g)中采集的温度数据，计算出内墙面和外墙面的温度梯度；

i-3).求取导热散发热量曲线，根据步骤g)中采集的热流密度数据，计算出内墙面和外墙面的导热散发热量曲线；

i-4).权重系数确定，对于处于温度梯度越大和导热散发热量曲线数值越大的小区域，其权重系数也越大，反之愈小。

本发明的墙体局部区域体积比热容测定系统和实现方法，首先对小区域内外表面的温度、热流密度数据的测量；再计算出每个小区域的体积比热容；最后计算出待测区域的体积比热容，布设简单、可操控性强、数据采集准确、计算公式合理，可准确地测量出墙体区域的体积比热容。

Claims (2)

1.一种墙体局部区域体积比热容测定系统的实现方法，所述比热容测定系统包括单向发热装置（3）、数据采集控制装置（4）以及用于温度和热流密度信息测量的多个内墙面测量节点（1）和多个外墙面测量节点（2），所述内墙面测量节点均匀设置于墙体（5）的内表面上，外墙面测量节点均匀设置于墙体的外表面上，且外墙面测量节点与内墙面测量节点的位置相对应；单向发热装置固定于墙体内表面的中央位置处，内墙面测量节点、外墙面测量节点的信号线以及单向发热装置的控制线均与数据采集控制装置相连接；

所述内墙面测量节点（1）、外墙面测量节点（2）在墙面上呈规则分布，每个内墙面测量节点所占墙体（5）内表面的面积相等；

其特征在于，所述的墙体局部区域体积比热容测定系统的实现方法，包括以下步骤：

a).选定待测区域，在待测墙体区域上选取用于布设测量节点的待测区域；设墙体（5）的厚度为H，待测区域的体积为V；

b).划分待测区域，将待测区域等体积地划分为n个小区域，则每个小区域的体积为Vi＝V/n，i=1、2、3、……、n，n≥10；

c).布设内墙面测量节点，在划分的每个小区域的内墙面上安放内墙面测量节点，以便实现对每个小区域内表面的温度和热流密度信息的测量；

d).布设外墙面测量节点，在每个小区域的外墙面上与内表面测量节点相对应的位置上安放外墙面测量节点，以实现对每个小区域外表面的温度和热流密度信息的测量；

e).安放单向发热装置，在待测区域内墙面的中心位置上安放单向发热装置（3），以实现对待测区域的加热；

f).对待测区域进行加热，在数据采集控制装置（4）的控制作用下，利用单向发热装置对墙体的待测区域进行加热；

g).数据采集，数据采集控制装置通过内墙面测量节点和外墙面测量节点，以时间T为周期，采集时间段t₁内每个小区域内外墙面的温度、热流密度，设时间段t₁内采集数据的次数为m，m=t₁/T；在数据采集的过程中，数据采集控制装置采集r次数据后，控制单向发热装置加热，当数据采集次数达到m次后停止加热，其中50≤r＜＜m；

h).求取小区域体积比热容，m次数据采集中，第i个小区域第j次采集的内墙面的热流密度和温度分别为Q_ij内、K_ij内，采集的外墙面的热流密度和温度分别为Q_ij外、K_ij外，0≤i≤n，0≤j≤m；

$C_{Vi}=\frac{\▿{\stackrel{\‾}{Q}}_i}{Vi*\▿{\stackrel{\‾}{K}}_i}---\left(3\right)$

首先利用公式（1）、（2）分别计算出第i个小区域的平均热流密度差和平均温度差，再利用公式（3）计算出第i个小区域的体积比热容；

i).求取待测区域的体积比热容，根据公式（4）计算出墙体待测区域的体积比热容；

$C_V=\frac{1}{n}\underset{i=0}{\overset{n}{\Σ}}{W}_i*C_{Vi}---\left(4\right)$

其中，W_i为第i个小区域的权重系数，0.8≤W_i≤1.2。

2.根据权利要求1所述的墙体局部区域体积比热容测定系统的实现方法，其特征在于：步骤f)中数据采集控制装置（4）根据加热电压控制曲线控制单向发热装置（3）进行发热，步骤i)中W_i的确定包括以下步骤：

i-1).计算发热量，数据采集控制装置（4）根据加热电压控制曲线计算出发热曲线，以便获取单向发热装置的发热量；同时单向加热装置还采集加热时间、加热电流和加热电压信息，并计算每个数据采集周期T内的加热量Qt；

i-2).计算温度梯度，根据步骤g)中采集的温度数据，计算出内墙面和外墙面的温度梯度；

i-3).求取导热散发热量曲线，根据步骤g)中采集的热流密度数据，计算出内墙面和外墙面的导热散发热量曲线；

i-4).权重系数确定，对于处于温度梯度越大和导热散发热量曲线数值越大的小区域i，其权重系数W_i也越大，反之愈小。