CN111551580A - 一种建筑围护结构传热系数现场测试设备及方法 - Google Patents

一种建筑围护结构传热系数现场测试设备及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种建筑围护结构传热系数现场测试设备，包括设备主体部分和数据采集处理部分；设备主体部分包括：第一辅助测试材料板、第二辅助测试材料板、第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器；数据采集处理部分包括：数据采集设备和计算机，基于多层材料内部一维热传导微分方程，实现对传热系数的解析求解。还公开了一种建筑围护结构传热系数现场测试方法。本设备结构简单，容易搬运，安装方便，可以根据需要灵活选取测试部位，可以在较短的周期内，较为精准的测得测围护结构的综合传热系数，可以对测试部位进行灵活加热，测试结果不受外部温度影响；其次，本测试方法的计算程序基于基本的热传导方程，编程难度小，计算误差小。

Description

一种建筑围护结构传热系数现场测试设备及方法
技术领域
本发明涉及建筑性能测试领域，尤其是涉及一种建筑围护结构传热系数现场测试设备及方法。
背景技术
能源作为人类社会不断发展的一大源动力，一直以来都是一个不断被讨论研究的话题，在当今世界各行各业不断向前发展的大环境下，能源在全球稳步发展的过程中逐渐开始起到了制约作用，并且这种制约的影响越来越大。众所周知，建筑能耗自始至终都在社会总能耗中占有相当大的份额，而建筑节能是解决未来全球范围能源紧缺困境、实现各国CO2减排目标的重要途径，因此建筑节能这一话题无论在发达国家，或者在发展中国家，都是日趋严肃。为了减少建筑能耗，提高建筑围护结构的保温性能是关键之一，而传热系数是验证围护结构保温性能优劣的重要参数之一，传热系数的大小可以较好地反馈围护结构的保温性能。
目前常用的现场测试传热系数的方法主要是热流计法、热箱法以及控温箱-热流计法。而这些方法或多或少都有局限性，热箱法主要用于实验室测试与研究，由于设备不易安装，成本较高，不易用于现场测试。热流计法虽是国家标准首选的方法，也是国际上公认的方法，但该方法现场测试的前提必须是采暖期，受季节影响强，控温箱-热流计法将两者的优点进行一定程度结合，是相对优秀的现场检测方法，但不同公司生产的不同设备测试出的传热系数有偏差，结果存在10％～25％的差距，并且测试时间较长，需要等待较长时间才能得出被测围护结构的传热系数。
发明内容
发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明第一目的是公开一种建筑围护结构传热系数现场测试设备，第二目的是公开了利用上述设备进行建筑围护结构传热系数现场测试的方法，利用被测围护结构对辅助测试材料板内部热传导的影响，通过采集的温度数据，算出待测围护结构的综合传热系数。
技术方案：本发明的建筑围护结构传热系数现场测试设备，包括设备主体部分和数据采集处理部分；
所述设备主体部分包括：第一辅助测试材料板、第二辅助测试材料板、第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，所述第一辅助测试材料板紧贴于待测维护结构的内表面，所述第二辅助测试材料板紧贴于第一辅助测试材料板的外表面，所述第一温度传感器设于第一辅助测试材料板和第二辅助测试材料板的贴合处，所述第二温度传感器设于第二辅助测试材料板的外表面，所述第三温度传感器设于待测维护结构的外表面；所述第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器位于同一高度和同一直线上；
所述数据采集处理部分包括：数据采集设备和计算机，所述数据采集设备采集第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器的数据传输至计算机。
当辅助测试材料板的两侧被赋予了确定的边界条件后，辅助测试材料板内部传热过程将只随着边界条件的变化而变化。若此时在辅助测试材料板的一侧附加一层材料，如被测围护结构，可视辅助测试材料板与被测围护结构为一整体，此时，若保持边界条件不变，那么被测围护结构相当于在一定程度下阻隔了辅助测试材料板内部一部分传热，辅助测试材料板内部传热过程将会受到被测围护结构的影响，通过建立辅助测试材料板与被测围护结构内部的传热过程关系，进而求解得出辅助测试材料板与被测围护结构内部温度的解析表达式。因此，辅助测试材料板一侧有无待测围护结构的存在，其内部的传热过程是不一样的，利用待测围护结构对辅助测试材料板内部传热过程的影响，通过采集的温度数据，代入到对应温度的解析表达式中，算出待测围护结构的综合传热系数。所述的计算机中的计算程序可直接计算出被测围护结构的综合传热系数，其原理是基于同一时刻下第一温度传感器(T1)、第二温度传感器(T2)和第三温度传感器(T3)的解析表达式，通过对该解析表达式进行相应的变换，得到被测围护结构综合传热系数关于T1、T2、T3的函数表达式，进而计算得到被测围护结构的综合传热系数。
进一步的，所述第一辅助测试材料板和第二辅助测试材料板的尺寸相同，对应贴合，可忽略第一辅助测试材料板和第二辅助测试材料板之间的接触热阻，所述第一温度传感器和第二温度传感器分别位于第一辅助测试材料板和第二辅助测试材料板的外表面的中心位置。
进一步的，所述第一辅助测试材料板和第二辅助测试材料板的导热系数为0.1W/(m·K)～0.6W/(m·K)，厚度为30mm～50mm，密度小于等于300kg/m3。
为适应室内温度变化区间较大时的测试误差，还包括将第一辅助测试材料板和第二辅助测试材料板盖于待测维护结构的箱体，所述箱体内部设有加热及温度控制装置，实现对箱体内部的加热，并控制温度使箱体内的温度保持不变。
其中，所述箱体的开口尺寸等于第一辅助测试材料板的尺寸，保证箱体在紧贴于被测围护结构内表面后，第一辅助测试材料板与被测围护结构之间没有空隙。
一种建筑围护结构传热系数现场测试方法，采用上述的建筑围护结构传热系数现场测试设备，包括以下步骤：
步骤1：在被测围护结构上选取测试部位；
步骤2：将第一辅助测试材料板、第二辅助测试材料板、第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器安装在测试部位，同时设置数据采集设备和计算机，通过数据线将第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器与数据采集设备连接，分别记为T1、T2、T3；
步骤3：选择数据采集设备的采用间隔和记录时间间隔，将第一辅助测试材料板、第二辅助测试材料板的热物性参数及厚度信息输入计算机计算程序中；
步骤4：通过计算机获得同一时刻下T1、T2、T3的解析表达式，通过对解析表达式进行相应的变换，得到被测围护结构综合传热系数关于T1、T2、T3的函数表达式，进而计算得到被测围护结构的综合传热系数。
其中，步骤2中采用箱体将第一辅助测试材料板和第二辅助测试材料板密封盖于被测围护结构上，其开口与第一辅助测试材料板外围贴合，所述箱体内设有加热及温度控制装置，实现对箱体内部的加热，并控制温度使箱体内的温度保持不变。
所述步骤3中测试总时长为36h～48h，随机选取测试完成前12h内任意两点时刻对应的T1、T2、T3，选取的两点时刻间隔大于5h。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：首先，本设备结构简单，容易搬运，安装方便，可以根据需要灵活选取测试部位，可以在较短的周期内，较为精准的测得测围护结构的综合传热系数；其次，可以对测试部位进行灵活加热，测试结果不受外部温度影响，再而，本测试方法的计算程序基于基本的热传导方程，编程难度小，计算误差小。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示的建筑围护结构传热系数现场测试设备，包括设备主体部分和数据采集处理部分；
所述设备主体部分包括：第一辅助测试材料板101、第二辅助测试材料板102、第一温度传感器201、第二温度传感器202和第三温度传感器203，所述第一辅助测试材料板101紧贴于待测维护结构3的内表面，所述第二辅助测试材料板102紧贴于第一辅助测试材料板101的外表面，所述第一温度传感器201设于第一辅助测试材料板101和第二辅助测试材料板102的贴合处，所述第二温度传感器202设于第二辅助测试材料板102的外表面，所述第三温度传感器203设于待测维护结构3的外表面；所述第一温度传感器201、第二温度传感器202和第三温度传感器203位于同一高度和同一直线上，所述第一温度传感器201和第二温度传感器202分别位于第一辅助测试材料板101和第二辅助测试材料板102的外表面的中心位置。
所述第一辅助测试材料板101与第二辅助测试材料板102为尺寸相同，对应贴合的轻质板材，面积为1000mm×1000mm，厚度在30mm～50mm之间，这样可以认为辅助测试材料板内部的传热过程为沿厚度方向的一维传热，密度不大于300kg/m3，目的是方便辅助测试材料板的运输和安装。同时，所述第一辅助测试材料板101与第二辅助测试材料板102的导热系数在0.1W/(m·K)～0.6W/(m·K)之间，选择该传热系数区间的辅助测试材料板能够减少测试的时间，并且提高测试的准确性，选择两块辅助测试材料板是为了方便温度传感器的安装。将第一辅助测试材料板101与第二辅助测试材料板102紧紧粘合在一起，可忽略之间的接触热阻。
还包括一个箱体6，所述箱体6将第一辅助测试材料板101和第二辅助测试材料板102盖于待测维护结构3，该箱体6内外壁的材料均为胶合板，且胶合板中间夹有聚苯板，箱体开口计量面积为1000mm×1000mm，并在箱体侧壁上预留开孔供数据线穿过。箱体6、第一辅助测试材料板101和第二辅助测试材料板102组合在一起后整体封装在箱体开口处，其中第一辅助测试材料板101的内表面与箱体开口处边缘平齐，保证箱体在紧贴于被测围护结构内表面后，第一辅助测试材料板101与被测围护结构之间没有空隙，可以在箱体开口处附加一个保护盖，可在运输设备时保护辅助测试材料板，在箱体6内还设有加热及温度控制装置7，可以控制温度使箱体6内的温度保持不变。
根据室内温度的变化范围可灵活拆除箱体6和加热及温度控制装置7，当室内温度变化为3℃以上时，建议将箱体6和加热及温度控制装置7用于被测围护结构传热系数的测试；而当室内温度变化为3℃以内时，可无需使用箱体6和加热及温度控制装置7，仅需第一辅助测试材料板101和第二辅助测试材料板102。
所述数据采集处理部分包括：数据采集设备4和计算机5，所述数据采集设备4采集第一温度传感器201、第二温度传感器202和第三温度传感器203的数据(T1、T2、T3)通过数据线传输至计算机5。传输到计算机的温度数据以及计算结果可以整理成报告上传至云端进行保存，以便智能手机等终端进行查询，方便个人、高校、企业以及政府查询所需围护结构材料的具体传热系数。
一种建筑围护结构传热系数现场测试方法，采用上述的建筑围护结构传热系数现场测试设备，包括以下步骤：
步骤1：在被测围护结构3上选取测试部位。
步骤2：将第一辅助测试材料板101、第二辅助测试材料板102、第一温度传感器201、第二温度传感器202和第三温度传感器203安装在测试部位，同时设置数据采集设备4和计算机5，通过数据线将第一温度传感器201、第二温度传感器202和第三温度传感器203与数据采集设备4连接，分别记为T1、T2、T3；
当室内温度变化大于3℃时，采用箱体6将第一辅助测试材料板101和第二辅助测试材料板102密封盖于被测围护结构11上，其开口与第一辅助测试材料板101外围贴合，所述箱体6内设有加热及温度控制装置7，实现对箱体6内部的加热，并控制温度使箱体6内的温度保持不变。
步骤3：选择数据采集设备4的采用间隔和记录时间间隔，将第一辅助测试材料板101、第二辅助测试材料板102的热物性参数及厚度信息输入计算机5已编号的计算程序中；
测试总时长为36h～48h，随机选取测试完成前12h内任意两点时刻对应的第一温度传感器201、第二温度传感器202与第三温度传感器203采集得到的温度数据，并将其输入到计算机已编写好的计算程序中，且选取的两点时刻间隔需要大于5h，目的是减少温度传感器采集温度数据时所引起的系统误差，最终计算得出被测围护结构的综合传热系数并出具报告；
热物性参数包括其导热系数、密度与比热容。
步骤4：T1、T2、T3为计算机5中计算程序内用于求解被测围护结构3综合传热系数的三个自变量，通过计算机5获得同一时刻下T1、T2、T3的解析表达式，通过对解析表达式进行相应的变换，得到被测围护结构11综合传热系数关于T1、T2、T3的函数表达式，进而计算得到被测围护结构11的综合传热系数。
本发明利用被测围护结构对辅助测试材料板内部热传导的影响，通过采集的温度数据，算出待测围护结构的综合传热系数，为市场提供一种新的围护结构传热系数现场测试设备及方法。

Claims (8)

1.一种建筑围护结构传热系数现场测试设备，其特征在于：包括设备主体部分和数据采集处理部分；
所述设备主体部分包括：第一辅助测试材料板(101)、第二辅助测试材料板(102)、第一温度传感器(201)、第二温度传感器(202)和第三温度传感器(203)，所述第一辅助测试材料板(101)紧贴于待测维护结构(3)的内表面，所述第二辅助测试材料板(102)紧贴于第一辅助测试材料板(101)的外表面，所述第一温度传感器(201)设于第一辅助测试材料板(101)和第二辅助测试材料板(102)的贴合处，所述第二温度传感器(202)设于第二辅助测试材料板(102)的外表面，所述第三温度传感器(203)设于待测维护结构(3)的外表面；所述第一温度传感器(201)、第二温度传感器(202)和第三温度传感器(203)位于同一高度和同一直线上；
所述数据采集处理部分包括：数据采集设备(4)和计算机(5)，所述数据采集设备(4)采集第一温度传感器(201)、第二温度传感器(202)和第三温度传感器(203)的数据传输至计算机(5)。
2.根据权利要求1所述的建筑围护结构传热系数现场测试设备，其特征在于：所述第一辅助测试材料板(101)和第二辅助测试材料板(102)的尺寸相同，对应贴合，所述第一温度传感器(201)和第二温度传感器(202)分别位于第一辅助测试材料板(101)和第二辅助测试材料板(102)的外表面的中心位置。
3.根据权利要求1所述的建筑围护结构传热系数现场测试设备，其特征在于：所述第一辅助测试材料板(101)和第二辅助测试材料板(102)的导热系数为0.1W/(m·K)～0.6W/(m·K)，厚度为30mm～50mm，密度小于等于300kg/m3。
4.根据权利要求2所述的建筑围护结构传热系数现场测试设备，其特征在于：还包括将第一辅助测试材料板(101)和第二辅助测试材料板(102)盖于待测维护结构(3)的箱体(6)，所述箱体(6)内部设有加热及温度控制装置(7)。
5.根据权利要求4所述的建筑围护结构传热系数现场测试设备，其特征在于：所述箱体(6)的开口尺寸等于第一辅助测试材料板(101)的尺寸。
6.一种建筑围护结构传热系数现场测试方法，其特征在于，采用权利要求1所述的建筑围护结构传热系数现场测试设备，包括以下步骤：
步骤1：在被测围护结构(3)上选取测试部位；
步骤2：将第一辅助测试材料板(101)、第二辅助测试材料板(102)、第一温度传感器(201)、第二温度传感器(202)和第三温度传感器(203)安装在测试部位，同时设置数据采集设备(4)和计算机(5)，通过数据线将第一温度传感器(201)、第二温度传感器(202)和第三温度传感器(203)与数据采集设备(4)连接，分别记为T1、T2、T3；
步骤3：选择数据采集设备(4)的采用间隔和记录时间间隔，将第一辅助测试材料板(101)、第二辅助测试材料板(102)的热物性参数及厚度信息输入计算机(5)计算程序中；
步骤4：通过计算机(5)获得同一时刻下T1、T2、T3的解析表达式，通过对解析表达式进行相应的变换，得到被测围护结构(11)综合传热系数关于T1、T2、T3的函数表达式，进而计算得到被测围护结构(11)的综合传热系数。
7.根据权利要求6所述的建筑围护结构传热系数现场测试方法，其特征在于：步骤2中采用箱体(6)将第一辅助测试材料板(101)和第二辅助测试材料板(102)密封盖于被测围护结构(11)上，其开口与第一辅助测试材料板(101)外围贴合，所述箱体(6)内设有加热及温度控制装置(7)，实现对箱体(6)内部的加热，并控制温度使箱体(6)内的温度保持不变。
8.根据权利要求6所述的建筑围护结构传热系数现场测试方法，其特征在于：所述步骤3中测试总时长为36h～48h，随机选取测试完成前12h内任意两点时刻对应的T1、T2、T3，选取的两点时刻间隔大于5h。
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