CN105891257A - 一种基于非稳态传热技术的玻璃传热系数的快速检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种基于非稳态传热技术的现场快速鉴别普通与low‑e中空玻璃及现场快速检测中空玻璃的现场传热系数检测的装置及方法，通过自主设计研发的控制装置及防护箱在中空玻璃一侧施加固定的加热功率，进而测量中空玻璃另一侧表面的温度变化及响应时间，分析温度与时间变化的曲线，找出不同组合形式的中空玻璃表面温度变化的规律，确定相关参数之间的关系及数学模型，寻找判定依据及判定指数(K_P值)，进而鉴别被测试件是否为具有节能效果的中空玻璃。该装置和方法适用于各种施工环境，可以快速准确地计算出门窗、幕墙用中空玻璃的传热系数，且检测数据精确，弥补了我国在现场检测建筑门窗、幕墙用中空玻璃传热系数的空白。

Description

一种基于非稳态传热技术的玻璃传热系数的快速检测装置及 检测方法

技术领域

本发明创造属于建筑节能检测技术领域，尤其涉及一种基于非稳态传热技术的施工现场快速区分普通与LOW-E中空玻璃的定性分析检测装置及方法与检测建筑门窗、幕墙用中空玻璃传热系数的定量分析检测装置及方法。

背景技术

目前国内关于玻璃尤其是中空玻璃或镀膜中空玻璃的检测大多为试验室检测用设备，设备体积大，因采用稳态传热原理，检测过程很长，对环境条件的控制要求很苛刻。

本发明创造基于非稳态传热的原理对建筑门窗、幕墙用中空玻璃进行现场定性分析与定量分析检测，并根据非稳态传热检测的方法及计算公式快速、准确、直观地鉴别被检中空玻璃是否具有Low-E玻璃，并准确计算出中空玻璃的传热系数，从而保证建筑门窗、幕墙的整体节能效果能够满足“四步节能”的要求。该项技术可以广泛应用于门窗及幕墙产品工程复试、进场检测、监督检查等相关检测活动中，检测时间短，便于携带，适合全国推广使用。由于此套设备用于工程现场检测，易受现场环境影响，通过防护箱的设计，最大程度减少外界影响因素并提高准确度。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种基于非稳态传热技术的玻璃传热系数的快速检测装置及方法，尤其是现场快速鉴别普通与low-e中空玻璃的定性分析方法，以解决现有技术无法现场快速检测中空玻璃传热系数以及现场快速鉴别普通与low-e中空玻璃的问题。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种玻璃传热系数的快速检测装置，包括便携式控制箱、防护箱和固定支架，所述防护箱用于提供稳定的热源并检测待测玻璃的表面温度，所述防护箱与所述便携式控制箱通过导线相连，所述便携式控制箱用于监控检测过程并处理所述防护箱的检测数据，所述固定支架用于将所述防护箱固定于待测中空玻璃上。

进一步的，所述防护箱包括两个分置于待测玻璃两侧且对称设置的半封闭箱体，箱体的各个角落均设有安装定位孔，两个所述半封闭箱体内填充有高效保温材料，其中一个半封闭箱体与待测玻璃的接触面内嵌设有加热片及温度传感器，相应的另一个半封闭箱体内在所述加热片的正对面与待测玻璃的接触面内设有温度传感器，分别用于加热待测玻璃或检测待测玻璃的表面温度；所述半封闭箱体开口处的某一侧壁上设有凹槽或通孔，用于引出导线；所述半封闭箱体的箱底背面中心处设有一中心安装孔，用于配合所述固定支架固定安装。

进一步的，所述半封闭箱体的箱底背面为中心高四周低的坡面结构。

进一步的，所述半封闭箱体内的箱体深度为10～70mm。

更进一步的，所述半封闭箱体采用尼龙作为主体材料加工制作而成，箱体内设有若干隔热板隔断，且所述隔热板隔断与所述安装定位孔、中心安装孔和所述半封闭箱体一体成型。

进一步的，所述便携式控制箱包括加热控制模块和温度检测模块，用于控制加热所述加热片并检测记录所述温度传感器的数据；所述固定支架包括一锁紧支架和位于支架两端的玻璃吸附器。

相对于现有技术，本发明创造所述的玻璃传热系数的快速检测装置具有以下优势：

按照非稳态传热原理，通过自主研发的便携式检测装置，可以准确快速检测出中空玻璃的判定指数(KP值)及传热系数，最大程度减少现场环境对检测结果的影响，提高了检测数据的准确度及稳定度；且检测设备便于携带及安装，检测过程快速，检测结果准确。

本发明创造的另一目的在于提出一种采用本发明创造的快速检测装置玻璃传热系数的快速检测方法，以解决现有技术无法现场快速检测中空玻璃传热系数的问题。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种玻璃传热系数的快速检测方法，所述检测方法是基于非稳态传热技术的玻璃传热系数的快速检测方法，包括定性和定量检测方法。

进一步的，所述定性检测方法的检测步骤为：(1)随机选定一组相同规格、传热系数符合设计及施工要求的待测玻璃，在所述待测玻璃的一侧施加固定加热功率，然后测量并记录该组待测玻璃另一侧表面的温度变化及响应时间，分析温度与时间变化的曲线，计算其线性回归曲线的斜率，记为K_n值；

(2)将误差范围在±4％的上述K_n值确定为最终的判定指数，记为K_p值；

(3)采用步骤(1)所述方法对相同规格的其余待检中空玻璃进行检测，并记录温度与时间变化的曲线及其线性回归曲线的斜率K_n，将被检样品的斜率K_n与K_p作比较，大于K_p值即为不符合设计及施工要求的中空玻璃，小于或等于K_p值即为符合设计及施工要求的中空玻璃。

进一步的，所述定量检测方法的检测步骤为：(1)选定待测玻璃记录玻璃表面初始温度，然后选择加热功率，加热片开始升温，加热一段时间，停止加热，记录停止加热时接收面的温度与对应时间；

(2)继续等待一段时间，记录加热面的温度与对应时间，结束检测；

(3)按照国家标准用热脉冲法检测材料导热系数的计算公式，计算出被测玻璃的导热系数；

(4)根据传热系数的计算公式，带入导热系数及相关参数计算出该中空玻璃的传热系数。

进一步的，所述待测玻璃为普通中空玻璃或镀膜中空玻璃。

相对于现有技术，本发明创造所述的玻璃传热系数的快速检测方法具有以下优势：

(1)该方法按照非稳态传热原理，配合自主研发的便携式检测装置或外购的检测设备，通过判定指数(KP值)，快速判定建筑门窗、幕墙用中空玻璃是否具有节能效果，能快速、准确、直观地鉴别区分普通和LOW-E中空玻璃，也能够准确计算出中空玻璃的传热系数，为我国建设工程验收提供了新的检测方法；同时可以配合检测设备与软件的开发，使之产业化，能够与DB/T 29-88-2014《天津市民用建筑围护结构节能检测技术规程》中的方法互相验证，弥补我国在非稳态传热现场检测建筑门窗、幕墙用中空玻璃传热系数的空白；

(2)该项技术可以广泛应用于门窗及幕墙产品工程复试、进场检测、监督检查等相关检测活动中，检测时间短，同时所用检测设备简单便于携带，适合全国推广使用。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的快速检测装置的剖视图；

图2为本发明创造实施例所述的快速检测装置的主视结构示意图；

图3为本发明创造所述的快速检测装置中的半封闭箱体的实施例1的背面结构示意图；

图4为本发明创造所述的快速检测装置中的半封闭箱体的实施例1的正面结构示意图；

图5为本发明创造所述的快速检测装置中的半封闭箱体的实施例2的背面结构示意图；

图6为本发明创造所述的快速检测装置中的半封闭箱体的实施例2的正面结构示意图。

附图标记说明：

1-待测玻璃；2-锁紧支架；3-半封闭箱体；4-加热片；5-温度传感器；6-高效保温材料；7-玻璃吸附器；8-便携式控制箱；9-导线；31-中心安装孔；32-安装定位孔；33-凹槽；34-通孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

实施例1

一种玻璃传热系数的快速检测装置，可适用于采用定性分析的方法检测中空玻璃传热系数是否满足施工要求，如图1和2所示，包括便携式控制箱8、防护箱和固定支架，所述防护箱用于提供稳定的热源并检测待测玻璃的表面温度，所述防护箱与所述便携式控制箱8通过导线9相连，所述便携式控制箱8用于监控检测过程并处理所述防护箱的检测数据，所述固定支架用于将所述防护箱固定于待测中空玻璃上。

其中，如图3和4所示，所述防护箱包括两个分置于待测玻璃两侧且对称设置的矩形半封闭箱体3，箱体采用尼龙作为主体材料加工制作成型，箱体的四个角均设有安装定位孔32，两个所述半封闭箱体3内填充有高效保温材料6(优选硬质发泡聚氨酯)，其中一个半封闭箱体3与待测玻璃1的接触面内嵌设有加热片4及温度传感器，相应的另一个半封闭箱体3内在所述加热片4的正对面与待测玻璃的接触面内设有温度传感器5，分别用于加热待测玻璃或检测待测玻璃的表面温度；所述半封闭箱体3开口处的某一侧壁上设有凹槽33，用于引出导线；为了增加对固定支架对防护箱的固定效果，便于施力，所述防护箱的半封闭箱体3的箱底背面设计为中心高四周低的坡面结构，箱底背面中心处设有一中心安装孔31，用于配合所述固定支架固定安装。

由于定性分析的保温效果相对要求较低，所以上述检测装置在应用到定性分析方法检测待测玻璃时，半封闭箱体内的箱体深度为10mm(此箱体深度可以根据实际保温效果要求增加厚度，增加的厚度在方便施工的基础上越厚保温越好，最低不能小于10mm)，且箱体内无需设置多余的隔热板，既能达到检测所需要的保温效果的同时结构简单方便安装与携带。

所述便携式控制箱包括加热控制模块和温度检测模块，用于加热所述加热片并检测记录所述温度传感器的数据，同时也可以根据非稳态传热检测的方法及计算公式，自主开发检测及模拟计算软件并植入便携式控制箱内，可以更加快速准确地计算出门窗、幕墙用中空玻璃的传热系数，节省时间的同时计算精确，可直接输出结果；所述固定支架包括一锁紧支架2和位于支架两端的玻璃吸附器7，用于固定锁紧所述防护箱与待测玻璃，使得检测效果更精确。

实验例与结果分析：

将实施例1所述的检测装置与定性分析的检测方法相结合用于区分工程中采用的普通中空玻璃与带LOW-E膜的中空玻璃的具体实验例及统计数据如下：

定性分析的检测方法的实验步骤：

1.首先随机选定一组相同规格、传热系数符合设计及施工要求的待测玻璃(6+12+6LOW-E玻璃)100件，并进行编号；

2.依照编号顺序对玻璃进行检测，并按照本发明实施例1中的快速检测装置结构描述安装防护箱与固定支架，使加热片及温度传感器与待测玻璃表面贴紧；

3.在所述待测玻璃的一侧施加固定加热功率，然后测量并记录该组待测玻璃另一侧表面的温度变化及响应时间，绘制并分析温度与时间变化的曲线，计算其线性回归曲线的斜率，记为K_n值，具体数值见表1；

表1

4.将误差范围在±4％的上述K_n值确定为最终的判定指数，记为K_p值；

5.采用步骤3所述方法对相同规格的其余待检玻璃进行检测，并记录温度与时间变化的曲线及斜率K，将被检样品的斜率K与K_p作比较，大于K_p值即为不符合设计及施工要求的玻璃，小于或等于K_p值即为符合设计及施工要求的玻璃。

6.数据存储：重复步骤1-4，对其他不同组合形式的中空玻璃产品进行检测，并收集记录相关的试验数据及时间-温度曲线，并将试验数据进行分析，找出并记录接收面表面温度曲线的K_P值。具体数据如下：

中空玻璃规格(mm)	斜率(KP值)
		6+12+6	0.5±0.005
6+12+6LOW-E	0.2±0.005
		6+12+6+12+6	0.10±0.005
6+12+6+12+6LOW-E	0.05±0.005

通过分析比对，6+12+6与6+12+6LOW-E斜率(K_P值)相差约2.5倍，6+12+6+12+6与6+12+6+12+6LOW-E斜率(K_P值)相差约2倍，区别很明显。所以通过比较温度与时间变化曲线斜率(K_P值)的方法能快速、准确地区分普通中空玻璃与LOW-E中空玻璃。

实施例2

一种玻璃传热系数的快速检测装置，如图1和2所示，包括便携式控制箱、防护箱和固定支架，所述防护箱用于提供稳定的热源并检测待测玻璃的表面温度，所述防护箱与所述便携式控制箱通过导线相连，所述便携式控制箱用于监控检测过程并处理所述防护箱的检测数据，所述固定支架用于将所述防护箱固定于待测中空玻璃上。

如图5和6所示，与实施例1不同的是本实施例中的所述半封闭箱体采用尼龙作为主体材料加工制作而成，箱体内设有若干隔热板隔断，且所述隔热板隔断与所述安装定位孔、中心安装孔和所述半封闭箱体一体成型；所述半封闭箱体开口处的某一侧壁上设有通孔34，用于引出导线。

本实施例的防护箱体结构是针对于定量分析的保温要求设计的，所述半封闭箱体内的箱体深度为70mm，上述结构也可以应用到采用定性分析方法检测待测玻璃中，相较于实施例1中的结构保温效果更好，检测结果更准确、精度更高。

实验例与结果分析：

将实施例2所述的检测装置与定量分析的检测方法相结合用于检测工程中采用的普通中空玻璃或带LOW-E膜的中空玻璃的具体实验例及统计数据如下：

定量分析的检测与计算方法的步骤如下：

(1)选用实施例1中的待测玻璃(6+12+6LOW-E中空玻璃)100件进行数据检测；(2)按照本发明实施例2中的快速检测装置结构描述安装防护箱与固定支架，使加热片及温度传感器与待测玻璃表面贴紧；(3)记录玻璃表面初始温度，然后选择加热功率，加热片开始升温，加热一段时间，停止加热，记录停止加热时接收面的温度与对应时间；(4)继续等待一段时间，记录接收面的温度与对应时间，结束检测；(5)按照国家标准用热脉冲法检测材料导热系数的计算公式，计算出被测玻璃的导热系数；(6)按照国家标准用传热系数的计算公式，计算出被测玻璃的传热系数。

检测结果见表1，为了更清晰的描述整个定量分析的检测过程，将检测过程中的数据记录在表2中：

表2

根据表2中记录的检测结果，采用下列计算公式计算待测玻璃的传热系数，并记录在表1中：

(1)计算：功率密度

式中：Q—加热功率(W)；s—加热面积(㎡)；

U—加热电压(V)；I—加热电流(A)；

(2)升温时间：τ₁＝τ_max-τ_star＝8:18:19-8:10:01＝8′9″＝0.1383(h)；

式中：τ_max—停止加热时刻；τ_star—开始加热时刻；

(3)加热时间：τ₂＝τ₁＝0.1383(h)；

(4)降温时间：τ₃＝τ_end-τ_star＝8:34:55-8:10:01＝24′54″＝0.415(h)；

式中：τ_end—记录降温时刻；

(5)加热面加热过余温度：θ₁＝t_1m-t_1s＝79.25-24.80＝54.45(℃)；

式中：t_1m—加热面停止加热时温度；t_1s—加热面初始温度；

(6)接收面加热过余温度：θ₂＝t_2m-t_2s＝26.91-24.80＝2.11(℃)；

式中：t_2m—接收面停止加热时温度；t_2s—接收面初始温度；

(7)加热面降温过余温度：θ₃＝t_1e-t_1s＝78.25-24.80＝53.45(℃)；

式中：t_1e—加热面记录降温时刻温度

(8)求得y²＝1.5625；

(9)

式中：d—厚度(m)

(9)

式中：λ—导热系数

(10)

式中：R—热阻

(11)

式中：U—传热系数；h_i—内表面换热系数，取8(W/㎡·K)；

h_e—外表面换热系数，取23(W/㎡·K)。

100组6+12+6LOW-E玻璃的传热系数统计数据见表3：

表3

上述数据表明，采用本发明中设备及定量分析的方法可以快速准确的计算出中空玻璃的传热系数，误差较小，同时还可以在控制箱中植入自主开发的检测及模拟计算软件，快速准确地计算出门窗、幕墙用中空玻璃的传热系数，数据精确，检测时间短，且便于携带，适合全国推广使用。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种玻璃传热系数的快速检测装置，其特征在于：包括便携式控制箱、防护箱和固定支架，所述防护箱用于提供稳定的热源并检测待测玻璃的表面温度，所述防护箱与所述便携式控制箱通过导线相连，所述便携式控制箱用于监控检测过程并处理所述防护箱的检测数据，所述固定支架用于将所述防护箱固定于待测玻璃上。

2.根据权利要求1所述的玻璃传热系数的快速检测装置，其特征在于：所述防护箱包括两个分置于待测玻璃两侧且对称设置的半封闭箱体，箱体的各个角落均设有安装定位孔，两个所述半封闭箱体内填充有高效保温材料，其中一个半封闭箱体与待测玻璃的接触面内嵌设有加热片及温度传感器，相应的另一个半封闭箱体内在所述加热片的正对面与待测玻璃的接触面内设有温度传感器，分别用于加热待测玻璃或检测待测玻璃的表面温度；所述半封闭箱体开口处的某一侧壁上设有凹槽或通孔，用于引出导线；所述半封闭箱体的箱底背面中心处设有一中心安装孔，用于配合所述固定支架固定安装。

3.根据权利要求1或2所述的玻璃传热系数的快速检测装置，其特征在于：所述半封闭箱体的箱底背面为中心高四周低的坡面结构。

4.根据权利要求1或2所述的玻璃传热系数的快速检测装置，其特征在于：所述半封闭箱体内的箱体深度为10～70mm。

5.根据权利要求1或2所述的玻璃传热系数的快速检测装置，其特征在于：所述半封闭箱体采用尼龙作为主体材料加工制作而成，箱体内设有若干隔热板隔断，且所述隔热板隔断与所述安装定位孔、中心安装孔和所述半封闭箱体一体成型。

6.根据权利要求1所述的玻璃传热系数的快速检测装置，其特征在于：所述便携式控制箱包括加热控制模块和温度检测模块，用于控制加热所述加热片并检测记录所述温度传感器的数据；

所述固定支架包括一锁紧支架和位于支架两端的玻璃吸附器。

7.一种利用权利要求1-6所述的检测装置的玻璃传热系数的快速检测方法，其特征在于：所述检测方法是基于非稳态传热技术的玻璃传热系数的快速检测方法，包括定性和定量检测方法。

8.根据权利要求7所述的玻璃传热系数的快速检测方法，其特征在于：所述定性检测方法的检测步骤为：(1)随机选定一组相同规格、传热系数符合设计及施工要求的待测玻璃，在所述待测玻璃的一侧施加固定加热功率，然后测量并记录该组待测玻璃另一侧表面的温度变化及响应时间，分析温度与时间变化的曲线，计算其线性回归曲线的斜率，记为K_n值；

(2)将误差范围在±4％的上述K_n值确定为最终的判定指数，记为K_p值；

(3)采用步骤(1)所述方法对相同规格的其余待检玻璃进行检测，并记录温度与时间变化的曲线及其线性回归曲线的斜率K_n，将被检样品的斜率K_n与K_p作比较，大于K_p值即为不符合设计及施工要求的玻璃，小于或等于K_p值即为符合设计及施工要求的玻璃。

9.根据权利要求7所述的玻璃传热系数的快速检测方法，其特征在于：所述定量检测方法的检测步骤为：(1)选定待测玻璃记录玻璃表面初始温度，然后选择加热功率，加热片开始升温，加热一段时间，停止加热，记录停止加热时接收面的温度与对应时间；

(2)继续等待一段时间，记录加热面的温度与对应时间，结束检测；

(3)按照国家标准用热脉冲法检测材料导热系数的计算公式，计算出被测玻璃的导热系数；

(4)根据传热系数的计算公式，带入导热系数及相关参数计算出该中空玻璃的传热系数。

10.根据权利要求7所述的玻璃传热系数的快速检测方法，其特征在于：所述待测玻璃为普通中空玻璃或镀膜中空玻璃。