CN108844991A - 混凝土板件传热系数测定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种混凝土板件传热系数测定方法，通过在一个恒温空间内搭建一个被测混凝土板件拼接而成的正六面体封闭空间，并在恒温空间内安装加热器、输热管和吹风机，而且在正六面体封闭空间的中心和四周的围护板上设置热电偶和热流计来采集数据，通过计算得出混凝土板件的传热系数。本发明中混凝土板件拼接处充分利用高分子纳米材料——气凝胶。本发明还公开一种测定装置，该装置包括恒温空间、多通道温度、热流采集装置和混凝土板件所拼接的正六面体封闭空间。该测定装置和方法在很大程度上简化了现有的建筑围护结构传热系数测试设备，降低了测试时间，并且可以直观的比较不同混凝土作为围护结构的隔热效果。

Description

混凝土板件传热系数测定装置及方法

技术领域

本发明涉及混凝土传热系数测定领域，具体为一种混凝土板件传热系数测定装置及方法。

背景技术

目前常用的建筑外墙传热系数现场检测方法有2种，一种是热流计法，一种是热箱法，就其共性都需要量热，都是对围护结构的热阻和传热系数进行检测来评价建筑围护结构的能耗特性。热箱法是基于一维稳态传热的原理，在试件两侧的箱体内，分别建立所需要的温度、风速和辐射条件，达到稳定状态后，测量空气温度、试件和箱体内壁的表面温度及输入到计量箱的功率，即可根据公式计算出试件的热传递性质——传热系数。尽管热箱法的应用基本不受季节限制，但是由于热箱法体积大，不利于现场安装进行作业。热流计法的基本思路是用热流计测得通过被测墙体的热流量，同时测得墙体两侧的温度，就可以计算出被测墙体的热阻和传热系数。热流计法检测时间宜选在最冷月，而且需要避开气温剧烈变化的天气，因此热流计法进行围护结构传热系数现场检测时，所需的环境条件比较苛刻，且检测时间较长，故热流计法也存在一定的局限性。混凝土作为墙体围护结构的主要建筑材料，而墙体围护结构是目前普遍的传统建筑围护结构，我国夏热冬冷地区建筑围护结构处于强烈的非稳态传热过程，这种建筑外墙在测试过程中，测试周期长、环境条件要求高、现场安装繁琐，因而针对非稳态传热过程，一种快速准确的实现非稳态的热工参数计算的方法，对我国当前的建筑节能具有重要的理论指导意义。

发明内容

本发明为了解决现有建筑外墙传热系数测试方法所存在的测试周期长、环境条件要求高、现场安装繁琐等问题，提供了一种混凝土板件传热系数测定装置及方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种混凝土板件传热系数测定装置，包括一个封闭的恒温空间，所述恒温空间内的顶部安装有一个吹风机，所述恒温空间内的底部边缘上安装有两个加热器，每个加热器上均连接有输热管；所述恒温空间的底部中央设有一个采用被测混凝土板件拼接的正六面体封闭空间，所述正六面体封闭空间位于四个垫块之上，所述垫块位于正六面体封闭空间外侧底面四角处；所述正六面体封闭空间的中心设有一个热电偶，所述正六面体封闭空间侧板的内外侧面对称粘附有若干测热单元，所述测热单元均布于围护板上，所述测热单元包括热电偶和热流计，内侧面上测热单元的线路穿出围护板与多通道温度、热流数据采集装置连接，外侧面上测热单元的线路与多通道温度、热流数据采集装置连接；所述吹风机和加热器由控制器控制，所述控制器内还包括温度传感器。

本发明是通过在一个恒温空间内搭建一个被测混凝土板件拼接而成的正六面体封闭空间，并在恒温空间内安装加热器、输热管和吹风机，而且在正六面体封闭空间的中心和四周的侧板上设置热电偶和热流计来采集数据，通过计算得出混凝土板件的传热系数。恒温空间可采用市面上的保温服来实现，在恒温空间内的底部边缘上设有加热器，并通过输热管将热量散到周围，并通过顶部的吹风机将热量吹到整个恒温空间，恒温空间内设有一个控制器不仅用于控制其内部的温度，也用来控制加热器和吹风机，具体操作为：首先控制器设定一个温度，打开加热器和吹风机，当空间内的温度达到设定温度时，关闭加热器和吹风机。在混凝土板件拼接成的正六面体封闭空间中心安装热电偶，在四周的侧板上内外侧面对称粘附有若干测热单元，测热单元包括热电偶和热流计，这些成对的热电偶和热流计均布于侧板上的内外侧面，用于采集温度和热流数据，并将这些数据都传输到多通道温度、热流数据采集装置，然后再通过计算得出被测混凝土板件的传热系数。

其中，所述正六面体封闭空间包括矩形底板、矩形顶板和四个围护板，所述矩形底板的正面和矩形顶板的反面均四边开有预设的矩形槽，所述矩形底板的矩形槽内嵌入连接有围护板，所述围护板嵌入连接于矩形顶板的矩形槽内。

优选的，所述正六面体封闭空间的矩形顶板、矩形底板和围护板是通过浇铸模具制造而成，所述浇铸模具均为钢制模具，包括矩形顶板试模、矩形底板试模和围护板试模，所述矩形顶板试模和矩形底板试模两者均包括上下两部，上部包括卡架和矩形槽试模，所述卡架和矩形槽试模一体成型，下部包括试模底板、试模短板、试模长板，所述试模长板和试模短板通过模板连接槽与试模底板连接，所述卡架和矩形槽试模通过卡槽连接；所述围护板试模包括卡架和试模底板，所述卡架和试模底板通过卡槽连接，将各个试模上部的卡架分别对应下部的卡槽后，试模安装完成，最后进行混凝土板件的制作，制作方法例如：浇铸。

一种混凝土板件传热系数测定方法，包括如下步骤：

①采用矩形顶板试模制作矩形顶板，采用矩形底板试模制作矩形底板，采用围护板试模制作四块围护板；

②将四块围护板竖放，在其中一块围护板上方中间位置贯通钻取宽2cm、深2cm豁口，在围护板的内外表面对称的位于对角线上的位置均布粘附测热单元，使围护板内测热单元线路从豁口处穿出，连接到多通道温度、热流数据采集装置；

③在矩形底板底部放置四个尺寸相同的混凝土所制得的垫块，置于恒温空间的底面上，每个垫块中心对准矩形底板矩形槽的四角位置；

④将第一块围护板嵌入矩形底板的矩形槽中，然后依次按顺时针方向将剩余的三块围护板嵌入矩形底板的矩形槽中；

⑤在矩形底板中心位置放置一个三脚架，三脚架上端为夹持装置，所述夹持装置夹持固定热电偶，热电偶线路从围护板的豁口穿出；

⑥将矩形顶板的矩形槽对准围护板顶部，然后嵌入放置，形成一个内腔为500mm×500mm×500mm的正六面体空间，在所有板件拼接处填充气凝胶，使正六面体空间密封；

⑦开启多通道温度、热流数据采集装置，查看各通道是否正常，然后通过恒温空间的控制器设定恒温空间温度，开启加热器和吹风机，当恒温空间温度达到设定温度，关闭加热器和吹风机；

⑧开始试验，运用多通道温度、热流数据采集装置采集数据，然后数据分析，并进行计算，得出最终测定结果。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：采用本发明的测定装置和方法能够保证恒温空间温度保持不变，通过封闭空间内部温度的缓慢变化来实现非稳态传热；通过封闭空间中心温度的变化直观的对不同混凝土的隔热性能进行评价；能够快速、准确的测定不同混凝土的热阻值，进而得到传热系数。采用本发明中设计的试模，可以保证矩形底板、矩形顶板和围护板件的尺寸精度，便于正六面体封闭空间的快速拼接；还可以使得矩形底板矩形槽的尺寸完全符合设计要求，同时使得矩形槽在混凝土板件成型过程中实现，缩短了矩形槽形成的工艺流程。

附图说明

图1为本发明混凝土板传热系数测定装置的结构示意图。

图2为本发明正六面体空间矩形底板的结构示意图。

图3为本发明正六面体空间矩形顶板的结构示意图。

图4为本发明正六面体空间围护板的结构示意图。

图5为本发明的矩形底板试模的结构示意图。

图6为本发明的矩形顶板试模的结构示意图。

图7为本发明的围护板试模的结构示意图。

图8为本发明试模的卡架与卡槽的连接示意图。

图9为本发明的围护板上热电偶、热流计粘附图。

图10为本发明正六面体封闭空间的拼接流程图。

图中标记如下：1-吹风机，2-恒温空间，3-加热器，4-输热管，5-热电偶，6-热流计，7-垫块，8-多通道温度、热流数据采集装置，9-正六面体封闭空间，10-卡架，11-卡槽，12-试模长板，13-矩形槽试模，14-试模底板，15-试模短板，16-模板连接槽。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

一种混凝土板件传热系数测定装置，如图1所示，包括一个封闭的恒温空间2，所述恒温空间2内的顶部安装有一个吹风机1，所述恒温空间2内的底部边缘上安装有两个加热器3，每个加热器3上均连接有输热管4；所述恒温空间2的底部中央设有一个采用被测混凝土板件拼接的正六面体封闭空间9，所述正六面体封闭空间9位于四个垫块7之上，所述垫块7位于正六面体封闭空间9外侧底面四角处；所述正六面体封闭空间9的中心设有一个热电偶5，所述正六面体封闭空间9侧板的内外侧面对称粘附有若干测热单元，所述测热单元均布于围护板上，所述测热单元包括热电偶5和热流计6，内侧面上测热单元的线路穿出围护板与多通道温度、热流数据采集装置8连接，外侧面上测热单元的线路与多通道温度、热流数据采集装置8连接；所述吹风机1和加热器3由控制器控制，所述控制器内还包括温度传感器。

本实施例中，所述正六面体封闭空间9包括矩形底板、矩形顶板和四个围护板，所述矩形底板的正面和矩形顶板的反面均四边开有预设的矩形槽，所述矩形底板的矩形槽内嵌入连接有围护板，所述围护板嵌入连接于矩形顶板的矩形槽内；所述正六面体封闭空间9内腔尺寸为500mm×500mm×500mm，所述矩形底板和矩形顶板的尺寸为600mm×600mm×30mm，围护板的尺寸为530mm×515mm×30mm，所述矩形底板的矩形槽宽30mm，高10mm，所述矩形顶板的矩形槽宽30mm，高5mm；所述热电偶测量温度范围为0℃～50℃，精度不低于0.5℃，热流计的热流范围为0-2000W/m²，热流精度不低于4%；所述正六面体封闭空间9中心处的热电偶5通过矩形底板上架设的三角支架固定；所述正六面体封闭空间9的围护板上与矩形底板的连接处开有一个用于线路穿过的豁口；本实施例中，将测热单元均布于围护板内外侧面的两条对角线上，即将每个围护板如图9分成四部分，每部分的中心粘贴一个测热单元，同时围护板两侧面的对角线交叉处也各黏附有一个测热单元。

本实施例中的正六面体封闭空间9的矩形顶板、矩形底板和围护板是通过浇铸模具制造而成，所述浇铸模具均为钢制模具，如图5、图6、图7和图8 所示，包括矩形顶板试模、矩形底板试模和围护板试模，所述矩形顶板试模和矩形底板试模两者均包括上下两部，上部包括卡架10和矩形槽试模13，所述卡架10和矩形槽试模13一体成型，下部包括试模底板14、试模短板15、试模长板12，所述试模长板12和试模短板15通过模板连接槽16与试模底板14连接，所述卡架10和矩形槽试模13通过卡槽11连接；所述围护板试模包括卡架10和试模底板14，所述卡架10和试模底板14通过卡槽11连接；矩形顶板和矩形底板上的矩形槽就是通过矩形槽试模13而形成。

一种混凝土板件传热系数测定方法，包括如下步骤：

①采用矩形顶板试模制作矩形顶板，采用矩形底板试模制作矩形底板，采用围护板试模制作四块围护板；

②将四块围护板竖放，在其中一块围护板上方中间位置贯通钻取宽2cm、深2cm豁口，在围护板的内外表面对称的位于对角线上的位置均布粘附测热单元，使围护板内测热单元线路从豁口处穿出，连接到多通道温度、热流数据采集装置8；

③在矩形底板底部放置四个尺寸相同的混凝土所制得的垫块7，置于恒温空间2的底面上，每个垫块7中心对准矩形底板矩形槽的四角位置；

④将第一块围护板嵌入矩形底板的矩形槽中，然后依次按顺时针方向将剩余的三块围护板嵌入矩形底板的矩形槽中；

⑤在矩形底板中心位置放置一个三脚架，三脚架上端为夹持装置，所述夹持装置夹持固定热电偶5，热电偶5线路从围护板的豁口穿出；

⑥将矩形顶板的矩形槽对准围护板顶部，然后嵌入放置，形成一个内腔为500mm×500mm×500mm的正六面体空间，在所有板件拼接处填充气凝胶，使正六面体空间密封；

⑦开启多通道温度、热流数据采集装置8，查看各通道是否正常，然后通过恒温空间2的控制器设定恒温空间温度，开启加热器3和吹风机1，当恒温空间温度达到设定温度，关闭加热器3和吹风机1；

⑧开始试验，运用多通道温度、热流数据采集装置8采集数据，然后数据分析，并进行计算，得出最终测定结果。具体计算过程如下：

根据《居住建筑节能检测标准》JGJ/T 132-2009，数据分析采用算数平均法，按以下公式计算混凝土板件的热阻：

其中：R—围护结构主体部位的热阻（m2•K/W）；

—围护结构主体部位内表面温度的第j次测量值（℃）；

—围护结构主体部位外表面温度的第j次测量值（℃）；

—围护结构主体部位热流密度的第j次测量值（W/m2）。

传热系数计算如下：

根据《居住建筑节能检测标准》JGJ/T 132-2009，传热系数可以按下式计算：

其中：U—围护结构主体部位传热系数[W/(m2•K）)]；

—内表面换热阻，应按国家标准《民用建筑热工设计规范》GB50176-2016中规定采用；

—外表面换热阻，应按国家标准《民用建筑热工设计规范》GB50176-2016中规定采用；

导热系数计算如下：

应按下式计算：

其中：δ—材料层的厚度(m)；

Λ—材料的导热系数(W/(m•K))。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出其他实施方式，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种混凝土板件传热系数测定装置，其特征在于：包括一个封闭的恒温空间（2），所述恒温空间（2）内的顶部安装有一个吹风机（1），所述恒温空间（2）内的底部边缘上安装有两个加热器（3），每个加热器（3）上均连接有输热管（4）；所述恒温空间（2）的底部中央设有一个采用被测混凝土板件拼接的正六面体封闭空间（9），所述正六面体封闭空间（9）位于四个垫块（7）之上，所述垫块（7）位于正六面体封闭空间（9）外侧底面四角处；所述正六面体封闭空间（9）的中心设有一个热电偶（5），所述正六面体封闭空间（9）侧板的内外侧面对称粘附有若干测热单元，所述测热单元均布于围护板上，所述测热单元包括热电偶（5）和热流计（6），内侧面上测热单元的线路穿出围护板与多通道温度、热流数据采集装置（8）连接，外侧面上测热单元的线路与多通道温度、热流数据采集装置（8）连接；所述吹风机（1）和加热器（3）由控制器控制，所述控制器内还包括温度传感器。

2.根据权利要求1所述的混凝土板件传热系数测定装置，其特征在于：所述正六面体封闭空间（9）包括矩形底板、矩形顶板和四个围护板，所述矩形底板的正面和矩形顶板的反面均四边开有预设的矩形槽，所述矩形底板的矩形槽内嵌入连接有围护板，所述围护板嵌入连接于矩形顶板的矩形槽内。

3.根据权利要求1所述的混凝土板件传热系数测定装置，其特征在于：所述正六面体封闭空间（9）内腔尺寸为500mm×500mm×500mm，所述矩形底板和矩形顶板的尺寸为600mm×600mm×30mm，围护板的尺寸为530mm×515mm×30mm，所述矩形底板的矩形槽宽30mm，高10mm，所述矩形顶板的矩形槽宽30mm，高5mm。

4.根据权利要求1所述的混凝土板件传热系数测定装置，其特征在于：所述热电偶（5）测量温度范围为0℃～50℃，精度不低于0.5℃；所述热流计（6）的热流范围为0-2000W/m²，热流精度不低于4%。

5.根据权利要求1所述的混凝土板件传热系数测定装置，其特征在于：所述正六面体封闭空间（9）中心处的热电偶（5）通过矩形底板上架设的三角支架固定。

6.根据权利要求1所述的混凝土板件传热系数测定装置，其特征在于：所述正六面体封闭空间（9）的围护板上与矩形底板的连接处开有一个用于线路穿过的豁口。

7.根据权利要求1所述的混凝土板件传热系数测定装置，其特征在于：所述测热单元均布于围护板内外侧面的两条对角线上，围护板两侧的对角线交叉处也各黏附有一个测热单元。

8.根据权利要求2或3所述的混凝土板件传热系数测定装置，其特征在于：所述正六面体封闭空间（9）的矩形顶板、矩形底板和围护板是通过浇铸模具制造而成，所述浇铸模具均为钢制模具，包括矩形顶板试模、矩形底板试模和围护板试模，所述矩形顶板试模和矩形底板试模两者均包括上下两部，上部包括卡架（10）和矩形槽试模（13），所述卡架（10）和矩形槽试模（13）一体成型，下部包括试模底板（14）、试模短板（15）、试模长板（12），所述试模长板（12）和试模短板（15）通过模板连接槽（16）与试模底板（14）连接，所述卡架（10）和矩形槽试模（13）通过卡槽（11）连接；所述围护板试模包括卡架（10）和试模底板（14），所述卡架（10）和试模底板（14）通过卡槽（11）连接。

9.一种混凝土板件传热系数测定方法，其特征在于：包括如下步骤：

①采用矩形顶板试模制作矩形顶板，采用矩形底板试模制作矩形底板，采用围护板试模制作四块围护板；

②将四块围护板竖放，在其中一块围护板上方中间位置贯通钻取宽2cm、深2cm豁口，在围护板的内外表面对称的位于对角线上的位置均布粘附测热单元，使围护板内测热单元线路从豁口处穿出，连接到多通道温度、热流数据采集装置（8）；

③在矩形底板底部放置四个尺寸相同的混凝土所制得的垫块（7），置于恒温空间（2）的底面上，每个垫块（7）中心对准矩形底板矩形槽的四角位置；

④将第一块围护板嵌入矩形底板的矩形槽中，然后依次按顺时针方向将剩余的三块围护板嵌入矩形底板的矩形槽中；

⑤在矩形底板中心位置放置一个三脚架，三脚架上端为夹持装置，所述夹持装置夹持固定热电偶（5），热电偶（5）线路从围护板的豁口穿出；

⑥将矩形顶板的矩形槽对准围护板顶部，然后嵌入放置，形成一个内腔为500mm×500mm×500mm的正六面体空间，在所有板件拼接处填充气凝胶，使正六面体空间密封；

⑦开启多通道温度、热流数据采集装置（8），查看各通道是否正常，然后通过恒温空间（2）的控制器设定恒温空间温度，开启加热器（3）和吹风机（1），当恒温空间温度达到设定温度，关闭加热器（3）和吹风机（1）；

⑧开始试验，运用多通道温度、热流数据采集装置（8）采集数据，然后数据分析，并进行计算，得出最终测定结果。