CN107257922A - 墙壁的热抵抗力的确定 - Google Patents

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CN107257922A CN201680008909.9A CN201680008909A CN107257922A CN 107257922 A CN107257922 A CN 107257922A CN 201680008909 A CN201680008909 A CN 201680008909A CN 107257922 A CN107257922 A CN 107257922A
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Abstract

旨在确定代表第一环境和第二环境之间的分隔墙壁的热抵抗力的量的此方法包括如下步骤，其中：在对应于第一环境的不同加热功率的至少两个连续的时间段期间，以临近的时间间隔进行穿过墙壁的热流量以及第一环境中的温度的测量活动，以及以临近的时间间隔确定在第二环境中的温度；代表墙壁的热抵抗力的量的值通过使以下的项目收敛而确定：一方面，表示被墙壁从另一个环境隔开的一个环境中的温度的暂时变化的热学模型，其是穿过墙壁的热流量、另一个环境中的温度以及墙壁的物理参数的函数，基于它们可计算代表墙壁的热抵抗力的量；且另一方面，作为时间的函数第一环境中温度的测得演变。

Description

墙壁的热抵抗力的确定
技术领域
本发明涉及用于确定代表第一环境和第二环境之间的分隔墙壁的热抵抗力的量的方法和装置。
背景技术
本发明可应用来确定代表两个环境之间的任何类型的分隔墙壁的热抵抗力的量，特别是建筑物的墙壁、车辆的隔壁、炉的墙壁、槽罐的隔壁。
特别地，本发明可应用来确定代表属于楼宇的外壳的建筑元件的热抵抗力的量，比方说墙壁、地面、屋顶、窗户、门等，该建筑元件又是楼宇内部和外部之间的分隔墙壁。
这里“楼宇”理解为指任何居住或存储空间。特别是，其可以是固定的居住或存储空间，比方说单独的房子或建筑物，特别是用于住宅或第三产业用途，或者是这样的建筑物的一部分，例如具有多层的建筑物中的公寓，或者另外比方说机械，特别是家用电器领域中的机械、烤炉、冰箱等。其也可以是可移动的居住或存储空间，比方说火车车厢、汽车乘坐舱、卡车驾驶室或卡车中的存储空间、船舶舱室或者船舶中的存储空间。
在本发明的框架内，表述“代表墙壁的热抵抗力的量”特指表征墙壁允许穿过热流的能力的任何量。在根据本发明的方法和装置的框架内，作为代表墙壁的热抵抗力的量，特别可能确定：
-墙壁的热透过率，表示为U；
-墙壁的总热抵抗力，表示为RT；
-墙壁的从表面到表面的热抵抗力，表示为R。
墙壁的热透过率U定义为在稳定状态下每单位表面积热流量除以位于墙壁两侧的环境之间的温度差的商。热透过率U由以下关系式给出：
其中q是穿过墙壁的热流量的密度，T1是位于墙壁的第一侧的环境的温度，T2是位于墙壁的第二侧的环境的温度。
墙壁的总热抵抗力RT为使得其中是墙壁的从表面到表面的热抵抗力，且Ts1是墙壁的第一侧的表面温度，而Ts2是墙壁的第二侧的表面温度，Rs1是墙壁的第一侧的表面热抵抗力，Rs2是墙壁的第二侧的表面热抵抗力。
楼宇的外壳的构成建筑元件的热透过率U的确定是有用的，特别是用来执行楼宇的隔热诊断，不管是新的或者旧的楼宇。特别是，当考虑楼宇的翻新时，这使得可以瞄准适合采取来改善热性能的措施。
已知根据称为“热流计量方法”的ISO标准9869:1994所限定的拟静态方法确定属于楼宇的外壳的建筑元件的热透过率U。此方法包括一方面借助于安装在元件的面上的至少一个热流计对穿过建筑元件的热流量的就地测量，该面靠近最稳定的温度，以及另一方面对在热流计附近的楼宇内的温度以及楼宇外的温度的就地测量。热流量和温度的测量在可从最少三天到数周的时期内实施，测量的持续时间特别取决于建筑元件的特性，内部和外部温度的波动，用于数据分析的方法。此方法的主要缺点是其实施的持续时间。
发明内容
本发明更特别地通过提出一种方法和装置而旨在弥补这些缺陷，该方法和装置使得可以以更快的方式确定代表第一环境和第二环境之间的分隔墙壁的热抵抗力的量，特别是在单个夜晚或者甚至若干小时的时期期间，不管墙壁的类型如何，具有适度的成本和合理的精确性，墙壁能够例如是属于楼宇的外壳的建筑元件。
出于此目的，本发明的一个目的是一种用于确定代表第一环境和第二环境之间的分隔墙壁的热抵抗力的量的方法，其特征在于它包括如下步骤，其中：
-在对应于第一环境的不同加热功率Pk的至少两个连续的时间段Dk期间，以临近的时间间隔进行穿过墙壁的热流量qk以及第一环境中的温度T1k的测量活动，以及以临近的时间间隔在第二环境中的温度T2k的确定，
-代表墙壁的热抵抗力的量的值通过使以下项目收敛而确定：一方面，是表达被墙壁从另一个环境隔开的一个环境中的温度的暂时变化的热学模型，其是穿过墙壁的热流量、另一个环境中的温度以及墙壁的物理参数的函数，基于它们可计算代表墙壁的热抵抗力的量；且另一方面，作为时间的函数第一环境中温度的测得演变T1k(t)。
在本发明的意义上，使得热学模型和测得演变T1k(t)形成收敛的事实表示用在热学模型中的墙壁的物理参数的值被调节，以便至少在包括在每个时间段Dk中的时间间隔期间最小化基于热学模型计算的第一环境中的温度的暂时演变与在第一环境中实际测得的温度的暂时演变T1k(t)之间的差异。因而可以在每个时间段Dk的整个范围上，或者在包括在每个时间段中的一个或更多时间间隔Dk上进行该调节。
作为示例，在其中热学模型是具有一个电阻和一个电容的简单R-C模型，并且其中，对于每个时间段Dk，存在时间间隔Δtk的情况下，对于该时间间隔Δtk，作为时间的函数的第一环境中的温度的测量演变T1k(t)是基本上线性的，使得该简单R-C模型和测得演变T1k(t)在时间间隔Δtk期间以如下方式收敛：对于每个时间段Dk，在时间间隔Δtk期间确定曲线T1k(t)的切线的斜率ak，且基于斜率ak的值和在时间段Dk期间或者优选地，在时间间隔Δtk期间所取的穿过墙壁的平均热流量qkm的值来确定代表墙壁的热抵抗力的量的值。
根据另一个示例，在其中热学模型是更复杂的R-C模型，比方说具有两个电阻和两个电容的所谓“2R2C”模型、或者另外具有三个电阻和两个电容的所谓"3R2C"模型的情况下，通过调节用在该模型中的墙壁的物理参数的值来使更复杂的R-C模型和测得的演变T1k(t)收敛，以便最小化在全部时间段Dk期间基于更复杂的R-C模型计算的第一环境中温度的暂时演变和在第一环境中实际测得的温度的暂时演变T1k(t)之间的差异。
在实践中，将输入数据馈入热学模型，比方说墙壁的尺寸、在每个时间段Dk期间测得的穿过墙壁的热流量qk、在每个时间段Dk期间确定的第二环境中的温度T2k。
易于在热学模型中插入并调节以便使得热学模型和测得演变T1k(t)收敛的墙壁的物理参数的示例特别包括墙壁的热传导率、墙壁的热容量、墙壁的厚度、墙壁和第一环境之间的对流-辐射交换系数hi。
本发明允许就地确定墙壁的热抵抗力。本发明根本的原理是在第一环境受到受控内部波动时并且在测量的外部环境中使用第一环境中的温度的瞬态变化。第一环境中温度的变化的定量分析使得可以定量地确定在延伸若干小时的短时期期间墙壁的能量效率，此时限制容易影响墙壁和第一以及第二环境的热性能的参数的量。特别地，在确定属于楼宇的外壳的建筑元件的热抵抗力的情况下，测量的简短使得可以规避楼宇的使用条件以及外部气候条件的变化的影响。
优选地，分析了靠近墙壁的第一环境中温度的变化，对于墙壁要确定代表热抵抗力的量。
在本发明的框架内，“第一环境的加热功率”意味着对于第二环境中给定的温度条件，产生第一环境中温度变化的任何操作性条件。应该理解的是加热功率可以是正的，零或者负的。正的加热功率对应于进入第一环境的热的供应，而负的加热功率对应于进入第一环境的冷的供应。
时间段Dk可以是或者不相连的，或者彼此直接连续。在后一种情况下，可以认为该方法整体在连续的时间段期间实施，其由连续的时间段Dk形成。
优选地，该方法以对应于第一环境的两个不同加热功率设置P1和P2的两个连续时间段D1和D2实施。
以一种有利的方式，着眼于限制该方法的实施时间同时减少太阳辐射的贡献，该方法整体连续地在单个夜间时段期间实施。
根据本发明的一个方面，借助于位于墙壁的面上的至少一个热流量传感器实施穿过墙壁的热流量qk的测量。热流量传感器可为热流量计或者热量计。
以一种有利的方式，热流量传感器是与ISO标准9869:1994兼容的热流量计，特别是一种梯度热流量计。
根据本发明的一个方面，由于热流量计产生的流阻力被纳入考虑，并且对于测量的热流量应用了修正，以便获得仅与要确定其热抵抗力的墙壁相关的热流量。这对于具有低热抵抗力的墙壁例如单玻璃窗是特别重要的。
以一种有利的方式，第一环境中温度T1k的测量借助于在第一环境中定位在热流量传感器附近的至少一个温度传感器实施。优选地，温度传感器或者多个温度传感器在第一环境中的定位根据ISO标准9869:1994的6.1.3段实施。
根据本发明的一个方面，第一环境中温度T1k的测量借助于能够测量第一环境中空气温度的至少一个环境温度传感器实施。然后可以直接获取墙壁的热透过率U或者墙壁的总热抵抗力RT。可以用在本发明框架内的环境温度传感器的示例特别包括热偶，例如K型或T型热偶；电阻温度计，例如Pt100探头。这样的环境温度传感器在第一环境中位于空气体积中。
根据本发明的一个方面，第一环境中温度T1k的测量借助于能够测量第一环境中墙壁表面温度的至少一个表面温度传感器实施。然后可以直接获取墙壁的从表面到表面的热阻R。可用在本发明的框架内的表面温度传感器的示例特别包括薄膜热电偶或者平板电阻温度计，它们在第一环境中定位在墙壁的表面上；红外摄像机，它们在第一环境中定位成面向墙壁的表面。
用来确定代表墙壁的热抵抗力的量的值的热学模型可为本领域技术人员已知的任何类型。尤其是，其可为具有合适数量的电阻和电容的R-C模型。
优选地，用来确定代表墙壁的热抵抗力的量的值的热学模型是具有一个电阻和一个电容的简单R-C模型。
根据一个变型，用来确定代表墙壁的热抵抗力的量的值的热学模型可为具有两个电阻和两个电容的所谓“2R2C”R-C模型，或者另外具有三个电阻和两个电容的所谓"3R2C"R-C模型。
在一个有利的实施例中，用来确定代表墙壁的热抵抗力的量的值的热学模型是具有一个电阻和一个电容的简单R-C模型，且对于每个时间段Dk，存在时间间隔Δtk，对于该时间间隔Δtk作为时间的函数在第一环境中温度的测得演变T1k(t)是大致线性的。然后以以下方式使R-C模型和测得演变T1k(t)收敛：对于每个时间段Dk，在时间间隔Δtk期间确定曲线T1k(t)的切线的斜率ak，且基于斜率ak的值和在时间段Dk期间或者优选地，在时间间隔Δtk期间所取的穿过墙壁的平均热流量qkm的值来确定代表墙壁的热抵抗力的量的值。
当然，根据本发明的方法不一定需要设置演变T1k(t)的图形化表示。
特别地，在每个时间间隔Δtk期间，曲线T1k(t)的切线的斜率ak等于间隔Δtk期间演变T1k(t)的导数。因此，在本发明的框架内，可以通过计算在时间间隔Δtk期间演变T1k(t)的导数，而不诉诸于演变T1k(t)的图形化表示来实施确定在时间间隔Δtk期间曲线T1k(t)的切线的斜率ak的步骤。
该方法的计算步骤、特别是用于斜率ak的确定，可以借助于任何合适的计算装置实施。其特别可以是连接到获取系统的电子计算单元，获取系统用于获取该方法所需的测量值，并且其包括用于基于所获取的测量值执行该方法的全部或部分计算步骤的计算装置。
在本发明的框架内，根据专利申请WO 2012/028829 A1中解释的原理，使用简单R-C模型来描述楼宇，其具有两个均匀的温度节点，一个在楼宇内，而另一个在楼宇外，它们由代表楼宇的总体热损耗系数K并描述穿过楼宇外壳的由传送和渗透所引起的损耗的电阻隔开。楼宇内的温度节点联接到代表楼宇的热质量或有效热容量C的电容。馈入楼宇中的功率由穿过外壳的热损耗和存储在外壳的结构中的热量抵消，这由该等式描述：
其中P是馈入楼宇的总功率，T1和T2分别是楼宇内的温度和外部温度，K是楼宇的总体热损耗系数，而C是楼宇的有效热容量。
假定楼宇的温度响应是简单的分布指数(exponentielle décroissante)，并且其时间常量是楼宇的总体热损耗系数K和有效热容量C的乘积。在实际中，楼宇的热学响应更复杂，并且是大量分布指数的叠加，但是通过在充分长的时期期间执行测试，仅最大的时间常数发挥作用并且之前描述的模型是有效的。
通过在两个时间段D1和D2期间应用不同值的楼宇的两个加热功率P1和P2，则可以根据公式确定楼宇的总体热损耗系数K：
其中(ak)k＝1或2是在时间间隔Δtk期间楼宇内的温度的演变曲线T1k(t)的切线的斜率，且(ΔTkm)k＝1或2是在时间间隔Δtk期间楼宇内的平均温度和楼宇外的平均温度之间的差异。
根据本发明，通过类比，可以根据公式确定第一环境和第二环境之间的分隔墙壁的热透过率U：
其中(ak)k＝1或2是时间间隔Δtk期间第一环境中的温度的演变曲线T1k(t)的切线的斜率，(ΔTkm)k＝1或2是时间间隔Δtk期间第一环境中平均温度和第二环境中平均温度之间的差，而(qk)k＝1或2是在时间段Dk期间所取的，或者更优选地并且为了更大的精确性，在时间间隔Δtk期间所取的穿过墙壁的平均热流量。
根据一个实施例，该方法包括如下步骤，其中：
-在两个连续的时间段D1和D2期间，进行：
i.在第一时间段D1期间，第一环境的第一加热功率P1的应用，以及以临近的时间间隔对穿过墙壁的热流量q1和第一环境中的温度T11的测量活动，以及以临近的时间间隔在第二环境中温度T21的确定，第一加热功率P1为使得参数小于或等于0.8，且ΔT1(0)＝T11(t＝0)-T2m，其中t＝0是第一时间段D1的起点，T2m是在全部时间段D1和D2期间第二环境中的平均温度，并且Kref是第一环境的热损耗系数K的基准值，且之后
ii.在第二时间段D2期间，应用第一环境的大致为零的第二加热功率P2，以及以临近的时间间隔进行穿过墙壁的热流量q2以及第一环境中的温度T12的测量活动，以及以临近的时间间隔在第二环境中的温度T22的确定；
-代表墙壁的热抵抗力的量的值通过使以下的项目收敛而确定：一方面，是表达被墙壁从另一个环境隔开的一个环境中的温度的暂时变化的热学模型，其是穿过墙壁的热流量、另一个环境中的温度以及墙壁的物理参数的函数，基于它们可计算代表墙壁的热抵抗力的量；且另一方面，作为时间的函数第一环境中温度的测得演变T1k(t)。
在此实施例中，选择第一环境的特定热负载，这使得可以以良好的精度且在缩短的时间期间获取代表墙壁的热抵抗力的量的值，此特定热负载为应用适于在第一环境中产生温度的强制演变的严格正或严格负的第一加热功率P1，之后应用允许在第一环境中温度的自由演变的大致为零的第二加热功率P2。
优选地，第一加热功率P1为使得参数大于或等于0.25，更优选地大于或等于0.3。事实上，对于良好隔热的环境，当参数α小于0.25或0.3时，常规测量传感器的灵敏度使得不能获得与在第一时间段D1期间第一环境中温度T11的演变相关的令人满意的数据，从而导致根据本发明确定的系数U，R或K的值的不确定性的增长。
为了满足参数α上的标准而在第一时间段D1期间要应用的第一加热功率P1的值的确定使得必须知道第一环境的热损耗系数K的基准值Kref。
用于获得第一环境的热损耗系数K的基准值Kref的第一方法是使用从第一环境的热学分析产生的量。特别是，当第一环境是楼宇的内部时，楼宇的基准值Kref可在楼宇的外壳的传递系数或热传输系数的基础上获取。优选地，楼宇外壳的热传输系数H使用ISO标准13789:2007确定，“Performance thermique des–Coefficients de transfertthermique par transmission et par renouvellement d'air–Méthode de calcul”，之后热损耗系数的基准值Kref通过以下关系减少：
Kref＝HT+HV,
其中HT是传递热传输系数，且HV是通风热传输系数。优选地，楼宇外壳的热传输系数在没有楼宇中通风的情况下根据ISO标准13789:2007确定。作为一个变型，通风在楼宇中可以是有效的，通风流率之后必须进行测量或者估计。
ISO标准13789:2007的使用是用来获取热损耗系数K的基准值Kref的优选方法。但是，其他方法也可以考虑，特别是当不是需要用来应用ISO标准13789:2007的全部信息都可获得的时候。
在楼宇内部的情况下，用于获取第一环境的热损耗系数K的基准值Kref的第二方法是使楼宇经受拟静态测试，比方说“共加热”测试。
“共加热”是一种拟静态方法，其目的是测量未占用楼宇的总热损耗。“共加热”测试包括借助联接到风扇上并且连接到调节系统上的电热器以恒定而均匀的温度将楼宇加热若干天，通常一到三个星期。温度设置必须充分高，大约25℃，以便在楼宇的内部和外部之间具有至少10℃的温差。当达到饱和时，就是说当达到拟稳态时，测量将楼宇保持在25℃的温度所需的功率P、内部温度Tint和外部温度Text。内部温度Tint特别可以借助热偶或者热敏电阻测量，而外部温度Text可以借助气象站测量。之后数据的处理使得可以获得热损耗系数Kref的值。
更精确地，该过程如下：
开始，进行第一压力测试，这使得可以测量由于通风和渗透导致的损耗。
之后，关闭诸如烟囱或者通风口的开口，使得测量不再能通达由通风导致的损耗。
之后用电并且以均匀的方式加热楼宇，直至达到大约25℃的高温设置。
之后测量功率P，内部温度Tint和外部温度Text。这些测量的处理提供了对由传送和渗透导致的损耗的通达。
最后，实施第二压力测试，以便了解由于渗透单独造成的热损耗，楼宇的开口保持关闭。
为了处理测量，每天二十四小时期间实现将楼宇保持在温度设置以及内部和外部之间的平均温差所需的平均功率。之后将这些平均数据绘制在图表上，该图表将功率给出为温差的函数。由于太阳辐射同样参与了楼宇的加热，必须做出修正。穿过原点的直线的斜率通过线性回归给出，其对应于热损耗系数Kref。
此“共加热”方法实施相对简单，并且直接提供了楼宇的热损耗系数K的基准值Kref。根据一个有利的变型，对于具有非常低热惯性的楼宇，可以在夜晚实施“共加热”，这样不是必须进行由于与太阳相关贡献的修正。
在楼宇内部的情况下，获取第一环境的热损耗系数K的基准值Kref的第三方法是使用从楼宇的能耗研究产生的量。特别是，基准值Kref可以确定为在指定时间段期间楼宇消耗的能量与该指定时间段的持续时间与在该指定时间段期间楼宇的内部和外部之间平均温差的乘积的比值。
当用来确定代表墙壁的热抵抗力的量的值的热学模型是具有一个电阻和一个电容的R-C模型时，对于第一时间段D1和第二时间段D2的每一个，选择时间间隔Δt1或Δt2，对于它们演变T11(t)或T12(t)是基本上线性的，其中时间间隔Δt1和Δt2使得时间间隔Δt1延伸直至应用第一加热功率P1的第一时间段D1的末尾，并且使得当第一时间段D1和第二时间段D2的起点重叠时，时间间隔Δt1和Δt2具有相同的终点；对于曲线(T1k(t))k＝1或2的切线的斜率a1或a2在每个时间间隔Δt1或Δt2期间确定；并且代表墙壁的热抵抗力的量的值基于斜率a1，a2的值以及穿过墙壁的平均热流量q1m，q2m而得出。穿过墙壁的平均热流量qkm的每个值都可以在对应的时间段Dk期间取得，或者优选地并且为了更大的精确性，在对应的时间间隔Δtk期间取得。
优选地，时间间隔Δt1和Δt2具有相同的持续时间。
以有利的方式，对于每个时间段Dk，第一环境的加热功率Pk都包括通过受控功率源施加的加热功率Pimpk。
用于第一环境的加热的受控功率源可以是第一环境的固定设备，就是说独立于方法的实施安装在第一环境中的加热装置，假设此加热装置具有低惯性并且可以进行调节以便确保第一环境的快速加热。其特别可以是其性能系数(COP)已知的热泵。
作为一种变型，用于加热第一环境的受控功率源可以是为了实施该方法特别带入第一环境的源。
根据另一个变型，在每个时间段Dk期间第一环境的加热可以使用独立于该方法的实施而固定地设置在第一环境中的至少一个加热元件和为了该方法的实施特别带入第一环境的至少一个加热元件的组合。
第一环境的加热元件可以是对流、传导或者辐射类型，或者组合了这些技术的几种。优选地，加热元件是电气装置，从而使得可以以直接而精确的方式确定加热功率。电气加热装置的示例特别包括对流型装置，其涉及吹送通过电阻加热的空气；加热毯或者膜；遮蔽辐射加热器。作为变型，加热元件可为燃气操作或者燃料油操作装置，假设燃烧器的效率和燃料流率可以以足够精确的方式估算来获取加热功率。
在一个有利的实施例中，第一环境的加热元件是电加热毯，通过将它们竖直地定位并卷起而分布在第一环境中，使得整个热功率都分散在第一环境中的空气中。此布置允许第一环境的快速和均匀加热，确保环境温度充分接近在第一环境一侧的墙壁的表面温度。根据一个变型，第一环境的加热元件是分布在第一环境中的小电子对流器。
如果本发明的方法以包括内部分隔件的第一环境实施，内部分隔件限定第一环境的若干房间或区域的边界，温度可以在第一环境的若干房间或区域中测量，并且每个时间t时第一环境中的温度可以认为是在时间t在第一环境的不同房间或区域中获得的温度测量值的平均值，每个温度测量值都用该房间或区域的容积加权。
根据本发明的一个方面，在第一环境中供应的加热功率使用至少一个功率传感器测量。该或每个功率传感器可为电压传感器(电压计)和/或电流传感器(安培计)。优选地，该或每个功率传感器是功率计，既设有电压传感器又设有电流传感器。这允许第一环境中功率的精确测量，同时避免电源电压或者该或每个加热元件的电阻确认上的可能波动。
根据本发明的一个方面，该方法实施为以便在第一环境的同一个热负载的基础上确定属于同一个楼宇的外壳的若干建筑元件的热透过率U，其中每个建筑元件是第一环境和第二环境之间的分隔墙壁，第一环境是楼宇的内部，而第二环境是楼宇的外部。以一种有利的方式，对应于同样的楼宇的不同加热功率Pk，之后在相同的时间段Dk期间对于外壳的全部建筑元件进行穿过不同建筑元件的热流量qk和内部温度T1k的测量活动。因此可以获取同一测试期间楼宇的外壳的不同构成建筑元件的热透过率U。楼宇的外壳的不同构成建筑元件的热透过率U的获取是有用的，特别是用来执行楼宇的隔热诊断。
根据一个有利的方面，也确定了楼宇的总体热损耗系数K。这使得可以获取楼宇外壳的不同构成建筑元件对于楼宇的总体热损耗的相对贡献，并且因而瞄准应采用来改善热性能的措施。
在一个实施例中，楼宇的总体热损耗系数K以如下方式确定：
-以临近的时间间隔在每个所述时间段Dk期间进行楼宇内的至少一个温度的测量活动，并以临近的时间间隔确定外部空气的温度；
-楼宇的热损耗系数K的值通过使以下项目收敛而确定：
ο一方面，作为在楼宇中施加的加热功率、外部空气的温度以及楼宇的物理参数的函数，表示楼宇内的温度的暂时变化的热学模型，基于它们可计算楼宇的热损耗系数，
以及
ο另一方面，作为时间的函数楼宇内的温度的测得演变。
以一种有利的方式，对应于同样的楼宇的不同加热功率Pk，在相同的时间段Dk期间对于穿过楼宇外壳的不同构成建筑元件的热流量qk和楼宇的内部温度T1k的进行测量活动。因而可以在同一个测试期间，也就是说基于为楼宇内部的第一环境的同一个热负载，同时获取楼宇外壳的不同构成建筑元件的热透过率U以及楼宇的总体热损耗系数K。
如之前所描述的那样，本发明提出在至少两个连续的时间段Dk期间施加第一环境的不同加热功率Pk，并且对于每个时间段Dk测量第一环境中温度的暂时演变T1k(t)。
作为变型，也可以在至少两个连续的时间段Dk期间施加第一环境的不同温度T1k，并且对于每个时间段Dk测量第一环境中功率的暂时演变Pk(t)。
根据此变型，本发明的一个目的是一种用于确定代表第一环境和第二环境之间的分隔墙壁的热抵抗力的量的方法，包括如下步骤，其中：
-在对应于第一环境中施加的不同温度T1k的至少两个连续的时间段Dk期间，以临近的时间间隔进行穿过墙壁的热流量qk以及第一环境中的功率Pk的测量活动，以及以临近的时间间隔在第二环境中的温度T2k的确定；
-代表墙壁的热抵抗力的量的值通过使以下的项目收敛而确定：一方面，是表达被墙壁从另一个环境隔开的一个环境中的功率的暂时变化的热学模型，其是穿过墙壁的热流量、另一个环境中的温度以及墙壁的物理参数的函数，基于它们可计算代表墙壁的热抵抗力的量；且另一方面，作为时间的函数第一环境中功率的测得演变Pk(t)。
优选地，该方法以对应于第一环境中施加的两个不同温度设置T11和T12的两个连续时间段D1和D2实施。
本发明的另一方面，其可独立于代表第一环境和第二环境之间的分隔墙壁的热抵抗力的量的确定而考虑，是一种用于确定楼宇的总体热损耗系数K的方法，包括如下步骤，其中：
-在对应于在楼宇中施加的不同温度T1k的两个连续时间段Dk期间，以临近的时间间隔进行楼宇中的功率Pk的测量活动，以及以临近的时间间隔确定外部空气的温度；
-楼宇的热损耗系数K的值通过使以下项目收敛而确定：一方面，作为楼宇内施加的温度、外部空气的温度以及楼宇的物理参数的函数表达楼宇内功率的暂时演变的热学模型，基于它们可计算楼宇的热损耗系数；且另一方面，作为时间的函数的楼宇中功率的测得演变Pk(t)。
优选地，该方法以对应于楼宇中施加的两个不同温度设置T11和T12的两个连续时间段D1和D2实施。
本发明的一个目的还是一种信息存储介质，包括用于实施如上所述方法的全部或部分计算步骤的指令，此时这些指令由电子计算单元执行。
本发明的另一个目的是用于实施如上所述方法的装置，包括：
-至少一个加热元件，其包括受控功率源；
-至少一个热流量传感器，其旨在定位在墙壁的面上，以便测量穿过该墙壁的热流量；
-至少一个温度传感器，其旨在测量在热流量传感器附近的第一环境中的温度T1k；
-电子计算单元；
-包括指令的信息存储介质，指令旨在由电子计算单元执行，用于实施该方法的全部或部分计算步骤。
根据一个有利的特征，该或每个加热元件加热第一环境中的空气。这允许第一环境的快速加热。对于分布在第一环境中的多个电子对流器或者对于如前所述的电加热毯情况尤其如此，电加热毯在第一环境中竖直地布置并且卷起，以便全部热功率都分散在空气中。
根据本发明的一个方面，该温度传感器或多个温度传感器包括旨在定位在第一环境中的空气容积中的至少一个环境温度传感器。
根据本发明的一个方面，该温度传感器或多个温度传感器包括旨在定位在第一环境中的墙壁的表面上或者面向该表面的至少一个表面温度传感器。
以一种有利的方式，该电子计算单元包括用于控制该或每个加热元件的功率源的装置。
在一个实施例中，该装置包括至少一个盒子，其包括热流量传感器和温度传感器，以及盒子和电子计算单元之间尤其是无线的连接装置。
附图说明
本发明的特征和优点在说明书中将变得明显，其继之以根据本发明的方法和装置的实施例，仅作为示例给出并且同时参考附图，其中：
-图1是平房的示意图，平房的外壳包括若干建筑元件，即地面、屋顶、带有门(认为形成墙壁的一部分)的墙壁、一组两个玻璃窗，这里希望根据本发明确定这些元件的每一个的热抵抗力U；
-图2和3是分别示出了在根据本发明的方法的实施期间，对于属于图1的平房的外壳的其中一个玻璃窗，作为时间t的函数，如通过位于固定在玻璃窗上的热流量计附近的空气温度传感器所测量的内部温度T1k的演变的曲线图，以及作为时间的函数，如通过固定在玻璃窗上的前述热流量计所测量的穿过玻璃窗的表面热流量qk的演变的曲线图，包括第一时间段D1，在此期间在平房中施加第一加热功率P1，其中P1使得平房的参数在0.3和0.8之间，之后是第二时间段D2，在此期间在平房中施加基本上为零的第二加热功率P2，以便使得平房自由冷却，外部温度T2k的演变也显示在这些图中；
-图4是示出图1的平房的外壳的不同构成建筑元件对于平房的总体热损耗的相对贡献的分布的图表；
-图5是图1的平房的所谓“2R2C”模型的图示，具有两个电阻和两个电容；
-图6是图示图5中所示的2R2C模型对图2中所示的作为时间t的函数的内部温度T1k的演变的调节(拟合)的曲线图，其通过使2R2C模型和测得演变T1k(t)在全部两个时间段D1和D2期间收敛而获得。
具体实施方式
根据本发明的方法被实施来确定图1中所示的平房1的外壳的若干构成建筑元件(即平房的地面、屋顶、墙壁以及该组玻璃窗)的热透过率U。
平房1呈现13.5m2的地面面积，3.9m2的玻璃窗面积，2.5m的内部高度，34.2m3的容积以及68.5m2的总外壳面积。平房1的外部墙壁由隔热夹层面板、门(被认为形成墙壁的一部分)以及两个玻璃窗构成，隔热夹层面板包括插入在两块金属板之间的35mm厚度的聚氨酯层，玻璃窗是三层玻璃窗。
该方法在平房1未占用时实施。
使用ISO标准13789:2007确定的平房1的外壳的热透过率U导致60W/K±12W/K的平房的热损耗系数的基准值Kref。平房是非常轻质的建筑物，就是说具有非常低的热惯性。其时间常数为数小时。
平房1的加热由电子加热毯2确保，其中每块加热毯都具有112.5W的标称功率。如图1中示意性地所示的，加热毯2通过竖直放置并卷起而分布在平房中，从而允许平房的快速和均匀加热。
根据本发明的方法整体在单个夜间时间段期间连续地实施，以便避免太阳辐射对于平房1的加热的贡献。
开始在从00h15到01h10的第一时间段D1期间进行平房的加热，其对应于严格为正的第一加热功率P1的施加，且之后是从01h10到02h05的第二时间段D2期间平房的自由冷却，其对应于大致为零的第二加热功率P2的施加。第二时间段D2紧随着第一时间段D1。
对于每个时间段Dk，所施加的功率Pk基本上等于由加热毯2所施加的加热功率，除了剩余功率，剩余功率尤其源于为实施该方法在平房中存在的测量和计算硬件。呈环路安培计形式的功率传感器测量在方法的实施期间在平房中传输的功率。
在方法的第一步骤中，其对应于第一时间段D1，借助加热毯2进行平房1的加热。在第一时间段D1期间施加的第一加热功率P1以这样的方式选择，使得参数在0.3和0.8之间。在此示例中，基准值Kref等于60W/K±12W/K，平房内的初始内部温度T11d为25.6℃，且外部空气的初始温度T21d为18.7℃，因而对于大约等于0.4的参数α的值，对应于等于大约1370W的第一加热功率P1的值。
平房内的环境温度T11之后每十秒进行测量，一方面在地面、屋顶、墙壁、两个玻璃窗中的每个建筑元件的附近，且另一方面在空气容积的中间。为此，在此示例中为K型热偶的若干温度传感器被安装在平房中的环境空气中，即在每个建筑元件附近的热偶和在空气容积的中间在110cm高度处的热偶。
图2中示出了代表在第一时间段D1期间作为时间的函数平房的玻璃窗附近内部温度T11的演变的曲线。如此图中可见，在玻璃窗附近温度的上升曲线在时间间隔Δt1期间展示了大致线性的部分。对曲线的此线性部分执行公式给出了4.79K/h的斜率a1。在以下的表格1中对于不同的元件给出了斜率a1的值。
图2也描绘了第一时间段D1期间外部空气的温度T21的演变。时间间隔Δt1期间外部空气的温度T21足够稳定，对于其可以认为其是大致恒定的并且等于在时间间隔Δt1期间的平均温度，即在此示例中T21m＝18.1℃。
穿过每个建筑元件的热流量也每十秒进行测量，借助由位于建筑元件的内面上的Hukseflux公司销售的HFP01型梯度热流计。作为示例，图3中示出了代表在第一时间段D1期间作为时间的函数穿过玻璃窗的热流量q1的演变的曲线。在以下表格1中给出了对于不同的元件在时间间隔Δt1期间平均流量q1m的值。
在该方法的第二步骤中，其对应于第二时间段D2，在平房1中从起始温度T12d＝34.7℃开始施加大致为零的第二加热功率P2，就是说加热毯2在此第二时间段D2期间不操作。当在第一步骤中时，则每十秒钟测量平房内的环境温度T12，一方面在地面、屋顶、墙壁和两个玻璃窗中的每个建筑元件附近，另一方面在空气容积中间，借助于安装在平房中的环境空气中的K型热偶，即在每个建筑元件附近的热偶，以及在空气容积中间在110cm高度处的热偶。
图2中示出了代表在第二时间段D2期间作为时间的函数的平房的玻璃窗附近内部温度T12的演变的曲线。如此图中可见，在玻璃窗附近温度的下降曲线在时间间隔Δt2期间展示了大致线性的部分。对曲线的此线性部分执行公式给出了-5.58K/h的斜率a2。在以下的表格1中对于不同的元件给出了斜率a2的值。
图2也描绘了相同时间段D2期间外部空气的温度T22的演变。当在第一步骤中时，时间间隔Δt2期间外部空气的温度T22足够稳定，对于其可以认为其是大致恒定的并且等于在时间间隔Δt2期间的平均温度，即在此示例中T22m＝17.1℃。
穿过每个建筑元件的热流量也每十秒进行测量，借助位于建筑元件的内面上的HFP01型梯度热流计。作为示例，图3中示出了代表在第二时间段D2期间作为时间的函数穿过玻璃窗的热流量q2的演变的曲线。在以下表格1中给出了对于不同的元件在时间间隔Δt2期间平均流量q2m的值。
当时，通过取ΔT1m＝15.9℃,ΔT2m＝7.8℃,q1m＝18.70W/m2,q2m＝-3.90W/m2，获得了平房1的玻璃窗的热透过率U的值：
U＝0.68W/m2K.
以下表格1中给出了对于平房1的外壳的不同构成建筑材料的热透过率U的值：
表格1
作为比较，根据ISO标准6946:2007计算的墙壁的热透过率U的值是0.70W/m2K±0.13W/m2K，并且屋顶的热透过率的值是0.43W/m2K±0.07W/m2K。此外，根据ISO标准10077:2012计算的，由制造商提供的玻璃窗的热透过率U的值为0.70W/m2K。对于地面，要根据ISO标准13370:2007获取热透过率U的计算值存在太多不确定性。
通过在时间段D1和D2期间实施测量，也可以确定平房1的热损耗系数K的值。当时，通过取a1＝4.62K/h,a2＝-5.37K/h,ΔT1m＝16.6℃,ΔT2m＝8.0℃,P1＝1370W,P2＝5W，获得平房1的热损耗系数K的值为：
K＝58.70W/K.
之后可以绘制显示楼宇的外壳的不同构成建筑元件对于楼宇的总体热损耗的相对贡献分布的曲线图。图4中示出了通过使每个建筑元件的热透过率U权重其损耗表面面积A而获得的此图表。以下表格2中给出了对于每个建筑元件的细节。
表格2
获得不同建筑元件之间的损耗分布是一种有用的指示工具，特别是在整修的情况下。
上文所述的数据处理方法对应于这样一种情况，其中所使用的热学模型是具有一个电阻和一个电容的简单R-C模型。
作为变型，作为时间的函数对于平房1的外壳的每个构成建筑元件的内部温度的演变曲线，即，对于地面、屋顶、墙壁、一组两个玻璃窗，已经用具有两个电阻和两个电容的楼宇的2R2C模型进行处理，图5中示出了图解。
在此2R2C模型中，认为外部环境处于强加的恒定温度TE下，两个节点TP和TI示意性地代表墙壁和内部空气的热质量，并且每个都具有相关的惯性值C1,C2，且两个电阻R1,R2放置在节点之间。放置在外部环境和墙壁的节点之间的一个电阻R2代表墙壁的抵抗力，而放置在墙壁的节点和内部环境的节点之间的另一个电阻R1代表内部对流阻力。在此情况下，热损耗系数K是总电阻(即该网络的两个电阻的和)的倒数。
作为示例，图6示出了上述2R2C模型对如图2中所示的作为时间t的函数玻璃窗附近的内部温度T1k的演变的调节(拟合)。在使用的热学模型是2R2C模型的情况下，对平房1的外壳的不同构成建筑元件获得的热透过率U的值在以下表格3中给出。
表格3
应指出的是用2R2C模型获得的热透过率U的值总的说来与利用简单R-C模型获得的那些一致，某些不一致与通过2R2C模型的方法的更大不精确性相关。
在实践中，在利用简单R-C模型的之前的示例中，选择用于数据处理的时间间隔Δtk、线性化、以及基于斜率ak计算U和K的步骤有利地通过电子计算单元实施。
本发明不限于上述示例。
特别地，根据本发明的方法可利用加热装置实施，第一环境固定地装备该加热装置和/或装备特别为实施该方法而带入第一环境的加热装置，只要由这些加热装置提供的用于该方法所需驱动的功率可以精确地确定。
另外，在上述示例中，用于确定代表墙壁的热抵抗力的量的方法以及用于确定楼宇的热损耗系数的方法以对应于不同加热功率设置Pk的时间段Dk实施。当然，作为变型，加热功率可以在一个(或更多)时间段Dk期间变化，假设其确保了该时间段Dk期间的平均加热功率Pk不同于在包围该时间段的时间段期间施加的加热功率。在这种情况下，加热功率被认为是时间段Dk期间的平均加热功率。

Claims (23)

1.用于确定代表第一环境和第二环境之间的分隔墙壁的热抵抗力(, , )的量的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤，其中：
- 在对应于所述第一环境的不同加热功率、相应地对应于所述第一环境中施加的不同温度的至少两个连续的时间段期间，以临近的时间间隔，进行穿过墙壁的热流量和所述第一环境中的温度、相应地所述第一环境中的功率的测量活动，并以临近的时间间隔确定第二环境中的温度；
- 代表所述墙壁的热抵抗力的量的值通过使以下项目收敛而确定：
一方面，作为穿过所述墙壁的热流量、在另一个环境中的温度以及所述墙壁的物理参数的函数，表示由墙壁从另一个环境隔开的一个环境中温度的暂时变化、相应地功率的暂时变化的热学模型，基于它们能够计算代表所述墙壁的热抵抗力的量，
以及
另一方面，作为时间的函数在所述第一环境中温度的测得演变、相应地功率的测得演变。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以对应于所述第一环境中两个不同的加热功率设置和、相应地对应于在所述第一环境中施加的两个不同温度设置的两个连续的时间段和实施所述方法。
3.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，借助位于所述墙壁的面上的至少一个热流量传感器执行穿过所述墙壁的热流量的测量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，借助在所述第一环境中位于所述热流量传感器附近的至少一个温度传感器执行所述第一环境中温度的测量。
5.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，借助在所述第一环境中位于空气容积中的至少一个环境温度传感器执行所述第一环境中温度的测量。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，借助在所述第一环境中定位在所述墙壁的表面上或者面向所述墙壁的表面的至少一个表面温度传感器执行所述第一环境中温度的测量。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述热学模型是具有一个电阻和一个电容的R-C模型。
8.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤，其中：
- 在两个连续的时间段和期间，进行：
第一时间段期间，施加所述第一环境的第一加热功率，以及以临近的时间间隔对穿过所述墙壁的热流量以及所述第一环境中温度的测量活动，并且以临近的时间间隔确定所述第二环境中的温度，所述第一加热功率为使得参数小于或等于0.8，且，其中是第一时间段的起始点，是全部时间段和期间所述第二环境中的平均温度，而是所述第一环境的热损耗系数的基准值，然后
在第二时间段期间，施加所述第一环境的大致为零的第二加热功率，以及以临近的时间间隔进行穿过所述墙壁的热流量和所述第一环境中的温度的测量活动，以及以临近的时间间隔确定所述第二环境中的温度；
- 代表所述墙壁的热抵抗力的量的值通过使以下项目收敛而确定：
一方面，作为穿过所述墙壁的热流量、在另一个环境中的温度以及所述墙壁的物理参数的函数，表示由墙壁从另一个环境分隔的一个环境中的温度变化的热学模型，基于它们能够计算代表所述墙壁的热抵抗力的量，
以及
另一方面，作为时间的函数在所述第一环境中温度的测得演变。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一加热功率为使得参数大于或等于0.25，优选地大于或等于0.3。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对于每个时间段，存在时间间隔，对于所述时间间隔，作为时间的函数在所述第一环境中的温度的测得演变是大致线性的，并且以如下方式使所述R-C模型与所述测得演变收敛：对于每个时间段，确定在所述时间间隔期间到曲线的切线的斜率，且基于斜率的值和在时间段期间，或者优选地，在时间间隔期间所取的穿过所述墙壁的平均热流量的值确定代表所述墙壁的热抵抗力的量的值。
11.根据任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，对于每个时间段，所述第一环境的加热功率包括通过受控功率源强加的加热功率。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述受控功率源是所述第一环境的固定设备。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述受控功率源是为了实施所述方法特别带入所述第一环境的源。
14.用于确定楼宇的热学特性的方法，其特征在于，通过如权利要求1到13的任一项所述的方法确定属于所述楼宇的外壳的每个建筑元件的热抵抗力，其中每个建筑元件是第一环境和第二环境之间的分隔墙壁，第一环境是所述楼宇的内部，而第二环境是所述楼宇的外部，在对应于所述楼宇的不同加热功率的相同时间段期间对于所述外壳的全部建筑元件进行穿过所述建筑元件的热流量和所述内部温度的测量活动。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，也确定所述楼宇的热损耗系数。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述楼宇的热损耗系数以如下方式确定：
- 在每个所述时间段期间，以临近的时间间隔进行所述楼宇内的至少一个温度的测量活动，并以临近的时间间隔进行所述外部空气的温度的确定；
- 所述楼宇的热损耗系数的值通过使以下项目收敛确定：
一方面，作为在所述楼宇中施加的加热功率、所述外部空气的温度和所述楼宇的物理参数的函数，表示楼宇内温度的暂时变化的热学模型，基于它们能够计算所述楼宇的热损耗系数，
以及
另一方面，作为时间的函数在所述楼宇内温度的测得演变。
17.信息存储介质，其特征在于，所述信息存储介质包括用于实施根据任一前述权利要求所述方法的全部或部分计算步骤的指令，此时这些指令由电子计算单元执行。
18.一种用于实施如权利要求1到16的任一项所述的方法的装置，其特征在于，其包括：
- 包括受控功率源的至少一个加热元件，
- 旨在定位在所述墙壁的面上以便测量穿过所述墙壁的热流量的至少一个热流量传感器；
- 旨在测量所述热流量传感器附近的第一环境中的温度的至少一个温度传感器；
- 电子计算单元，
- 包括指令的信息记录介质，指令意图由电子计算单元执行，用于实施所述方法的全部或部分计算步骤。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述或者每个加热元件加热所述第一环境中的空气。
20.根据权利要求18或19的任一项所述的装置，其特征在于，所述温度传感器或者多个温度传感器包括旨在测量所述第一环境中的空气的温度的至少一个环境温度传感器。
21.根据权利要求18到20的任一项所述的装置，其特征在于，所述温度传感器或者多个温度传感器包括旨在测量所述第一环境中的所述墙壁的表面温度的至少一个表面温度传感器。
22.根据权利要求18到21的任一项所述的装置，其特征在于，所述电子计算单元包括所述或每个加热元件的功率源的控制装置。
23.根据权利要求18到22的任一项所述的装置，其特征在于，其包括：
- 包括热流量传感器和温度传感器的至少一个盒子，
- 所述盒子和所述电子计算单元之间尤其是无线的连接装置。
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