CN111948257B - 一种接近实际使用状态的相变储能建筑材料及构件温度调节性能的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种接近实际使用状态的相变储能建筑材料及构件温度调节性能的测试方法，搭建测试房，其前壁、后壁、顶板用绝热材料，两个侧板是测试墙面和对比墙面。将被测试件与对比墙置于长方体两个侧板相对放置，在两个侧板表面布置多个热电偶，同时在测试房内外布置热电偶。在测试房内中心位置放加热装置。将热电偶连接到数据采集仪。打开加热装置，待复合相变储能墙表面温度达到设置温度后停止加热，继续记录降温过程数据，测试房内外温度一致后结束实验。通过分析对比复合相变储能墙和对比墙的温度曲线定性评价复合相变储能材料及构件的温度调节效果。本方法改善了传统测量中测试条件与实际使用状态差别大、或待测样和对比样需分次测试的情况。

Description

一种接近实际使用状态的相变储能建筑材料及构件温度调节 性能的测试方法

技术领域

本发明属于建筑材料测试技术领域，具体涉及一种相变储能建筑材料及构件温度调节性能的测试方法。

背景技术

相变材料的最大特点是具有较大的相变潜热，有等温相变的效应—即吸收和放出一定热量时温度基本不发生变化。在建筑领域，将相变材料与建筑材料复合，可以制得相变储能建筑材料及构件。

相变储能建筑材料及构件可以利用相变材料的储热特性调整、控制建筑物内部的温度，可显著提高建筑围护结构的保温性能，从而降低室内温度波动，提高舒适度，使建筑达到自调温效果，减少建筑供暖或空调用能，从而真正达到建筑节能。相变储能建筑材料及构件是功能性建筑材料，具有很好的经济和环境效益，是实现绿色建筑、超低能耗建筑的有效措施，得到业内人士高度关注和研究。

对于单一相变材料的主要性能指标，目前已经有了比较成熟的检测方法。但是在建筑领域，需要将相变材料与建筑材料复合、制成相变储能建筑材料及构件，才能在工程中使用。单一相变材料的性能指标并不能代表和充分说明该复合相变材料的性能。因此，需要对复合相变储能建筑材料及构件的性能指标进行测定，以便进行建筑设计和应用。现有技术公开测试相变储能建筑材料及构件性能的方法存在测试条件与建筑材料的实际使用条件相差较大，测试结果的代表性差，或者存在变量多、误差大、效率低等不足。例如，中国发明专利 201810448423.8公开了一种将待检测样品和对照样品放入烘箱中进行升、降温，通过对比分析，获得定性检测相变储能建筑材料的调温性能的方法。该方法结果直观，便于对比评价被测样品的性能。由于该方法采用打孔方式将温度传感器插入样品中、在烘箱中测试升降温曲线，其测试条件与建筑材料的实际使用条件相差较大，且打孔后的样品与实际使用的未打孔材料因厚度不同，其保温效果不同，所得的测试数据也存在代表性差、误差相对较大的现象。

发明内容

目前测定复合相变材料保温性能的常用方法的测试条件与建筑材料的实际使用条件相差较大，代表性差，存在变量多、误差大等不足之处。为解决上述问题，本发明的目的是提出一种简便易行、在实验室模拟建筑使用状态、并可一次性获得相变储能建筑材料及构件和对比样品的温度调节性能的测试方法。

本发明的技术方案：一种接近实际使用状态的相变储能建筑材料及构件温度调节性能的测试方法，在温度可控的实验室中搭建长方体形状的测试房，调节实验室内温度低于复合相变材料相变温度，该测试房的前壁、后壁、顶板由绝热材料板材隔热，相对的两个侧墙壁用来安装测试材料面，其中一个是被测试件构成的复合相变储能墙，另一个是对比墙，在复合相变储能墙的内外两侧的表面放置第一热电偶、第五热电偶，第一热电偶、第五热电偶位于复合相变储能墙的内外两侧的对称位置。在对比墙的内外两侧的表面放置第三热电偶、第七热电偶，第三热电偶、第七热电偶处在对比墙的内外两侧的对称位置。第一热电偶、第五热电偶、第三热电偶、第七热电偶处在两两对称的位置，用于测试复合相变储能墙和对比墙的墙体表面温度。在测试房内部空间中安放第二热电偶、第四热电偶，第二热电偶靠近第一热电偶(第二热电偶与第一热电偶间隔2-5厘米)，第四热电偶靠近第三热电偶(第四热电偶与第三热电偶间隔2-5厘米)，在测试房外部安放第六热电偶、第八热电偶，第六热电偶靠近第五热电偶(第六热电偶与第五热电偶间隔2-5厘米)，第八热电偶靠近第七热电偶(第八热电偶与第七热电偶间隔2-5厘米)，第二热电偶、第四热电偶用来测试测试房内部环境温度，第六热电偶、第八热电偶用来测试测试房外部环境温度；在测试房内中心位置放置功率可调的加热装置；所有热电偶连接到数据采集仪，数据采集仪具有温度记录、储存、传输功能，并调节采集数据的采集周期。测试过程如下：安装好被测试的复合相变储能墙、对比墙后，安装固定1-8号热电偶，加热装置选择合适的加热功率，之后，将绝热材料板材与复合储能墙、对比墙由密封胶粘结，形成密封环境。最后，打开加热装置，待复合相变储能墙表面温度达到设置温度(该温度根据当地气候条件等确定)后停止加热，继续记录降温过程数据，待测试房内外温度一致后结束实验，通过分析对比复合相变储能墙和对比墙受热面与非受热面温度曲线中被测试件温度响应时间、温度差值，得到相变储能建筑材料及构件的温度调节性能。

进一步的是：测试房的前壁、后壁、顶板由岩棉板等绝热材料板材构成，复合相变储能墙、对比墙、前壁、后壁、顶板相互间的连接缝由密封胶粘结。

进一步的是：除了第二热电偶、第四热电偶、第六热电偶、第八热电偶，还在第一热电偶、第五热电偶、第三热电偶、第七热电偶周围放置一个以上的热电偶，提高环境温度的测量精确度。

所述第一热电偶、第五热电偶、第三热电偶、第七热电偶用绝热胶带粘贴在复合相变储能墙、对比墙的中央位置，胶带粘贴的方式可使热电偶快速安装到位。

本发明的有益效果：提供了实验室简便易操作的测试相变储能建筑材料及构件温度调节性能的方法，该方法在模拟室外温度变化以及墙体内外温差的同时可以一次性测量待测样品和对比样品的室内外温度变化曲线，在测温过程中通过同时在待测样品和对比样内外侧升温或降温，可最大可能地模拟墙体材料实际使用环境，并通过直接对比分析在同等条件下一次性获得的待测样品和对比样的温度响应时间、温度差值等测试结果定性检测复合相变建筑材料及构件的温度调节性能。本发明提出的方法改善了传统测量中测量装置复杂、测试条件与实际使用状态差别大、或者待测样品和对比样需分次测试的缺点。也可通过固定测试条件(构件尺寸、加热装置温度峰值等)对不同相变储能建筑材料及构件进行测试，以降温至测试房内外温度一致所需时间作为评价不同复合相变材料的温度调节性能指标。本方法接近于实际使用状态，得到的测试结果对各类相变储能建筑材料的应用具有直接性的指导作用。

附图说明

图1是测试房的热电偶、加热装置安置示意图；

图2是测试房的俯视图；

图3是复合砌块墙与石膏砌块墙受热面与非受热面热电偶的温度曲线；

图4是复合砌块墙与石膏砌块墙升温曲线；

图5是复合砌块墙与石膏砌块墙降温曲线；

图6是测试房立体示意图；

图中附图标记：1-第一热电偶、2-第二热电偶、3-第三热电偶、4-第四热电偶、5-第五热电偶、6-第六热电偶、7-第七热电偶、8-第八热电偶、9-加热装置、10-复合相变储能墙、11-对比墙、12-绝热材料板、 13-数据采集仪。

具体实施方式

如图1，相变储能建筑材料及构件温度调节性能测试方法，在温度可调的实验室中搭建长方体形状的测试房，把实验室内温度调节到低于复合相变材料相变温度。该测试房的前壁、后壁、顶板由绝热材料板材隔热，相对的两个侧墙壁用来安装测试材料，其中一个是被测试件构成的复合相变储能墙10，另一个是对比墙11。测试房的前壁、后壁、顶板由绝热材料板材构成，复合相变储能墙10、对比墙11、前壁、后壁、顶板相互间的连接缝由密封胶粘结。在复合相变储能墙的内外两侧的表面放置第一热电偶1、第五热电偶5，第一热电偶1、第五热电偶5位于复合相变储能墙的内外两侧的对称位置。在对比墙的内外两侧的表面放置第三热电偶3、第七热电偶7，第三热电偶3、第七热电偶7处在对比墙的内外两侧的对称位置。第一热电偶1、第五热电偶5、第三热电偶3、第七热电偶7测温探头端处于同一条直线上。第一热电偶1、第五热电偶5、第三热电偶3、第七热电偶7 用于测试复合相变储能墙和对比墙的墙体表面温度，在测试房内部空间中安放第二热电偶2、第四热电偶4，第二热电偶2靠近第一热电偶1，第四热电偶4靠近第三热电偶3，在测试房外部安放第六热电偶6、第八热电偶8，第六热电偶6靠近第五热电偶5，第八热电偶8 靠近第七热电偶7，第二热电偶2、第四热电偶4用来测试测试房内部环境温度，第六热电偶6、第八热电偶8用来测试测试房外部环境温度；在测试房内中心位置放置功率可调的加热装置9；所有热电偶连接到数据采集仪，数据采集仪能够满足温度记录、储存、传输功能，并调节采集数据采集周期。实验过程，安装好测试房后，首先打开加热装置，待复合相变储能墙表面温度达到设置温度后停止加热，继续记录降温过程数据，测试房内外温度一致后结束实验。通过分析对比复合相变储能墙和对比墙受热面与非受热面温度曲线中被测试件温度响应时间、温度差值，得出相变储能建筑材料及构件对墙体温度调节能力的影响。

所用热电偶符合GB/T 16839.1《热电偶》标准要求。复合相变储能墙10、对比墙11上的热电偶用绝热胶带粘贴在墙体中央位置；测量环境温度的热电偶用支撑杆支撑。可以在第一热电偶1、第五热电偶5、第三热电偶3、第七热电偶7周围放置一个以上的热电偶，提高环境温度的测量精确度。

本方法模拟太阳辐射(加热装置作为辐射热源)对复合相变墙体进行测试，可一次性获得待测样品和对比样的测试结果，有效地减少了测试过程中的变量，可以高效、定性评价储热相变建筑材料及构件温度调节能力，大大减小测试周期，方便易行，不需浪费大量人力、物力，降低测试成本。

实施例：

以石膏砌块和含相变石蜡的石膏砌块作为测试对象，通过该测试方法得出相变材料石蜡对石膏砌块温度调节性能的影响。

调节实验室内温度低于复合相变材料相变温度，根据图1装置，在实验室内将石蜡石膏砌块搭建成复合材料墙之后与石膏砌块搭建成的对比墙相对放置；在复合材料墙与对比墙内外表面的中央位置上粘贴上符合GB/T 16839.1-1997《热电偶》标准要求的热电偶1、5、 3、7，在以上热电偶的附近空间对称放置热电偶2、6、4、8，用来测量环境空气温度；在测试房地面中心位置放置加热装置，选择合适的加热功率；再将岩棉板作为测试房的其他墙面和顶层、密封测试房。然后开启加热装置以及数据采集仪电源，3-5min记录一次，自动记录测试墙体和对比墙体的受热面与非受热面的温度；待装置内墙面温度达到60℃后停止加热，通过对比两墙受热面与非受热面温度曲线可以直接得出复合相变建筑材料及构件与对比墙温度调节能力的影响。

图3中的曲线分别为复合材料墙与石膏砌块墙受热面与非受热面热电偶1、3、5、7的温度变化情况。

图4和图5中的曲线分别为复合材料墙与石膏砌块墙受热面与非受热面热电偶1、3、5、7的升温和降温部分温度变化情况。

图4升温过程中，在热源功率恒定，受热相同的情况下复合材料墙比石膏砌块墙升温慢，在石膏砌块墙的受热面温度为54.0℃时，复合材料墙的受热面温度为48.5℃，两面墙受热面温差ΔT为5.5℃。由此可见，在升温过程中，受热面墙体石蜡熔化，吸收热量，降低了受热面温度。同时，升温过程中，复合材料墙非受热面比石膏砌块墙非受热面升温慢，在石膏砌块墙非受热面温度为23.3℃时，复合材料墙非受热面温度为18.4℃，两面墙非受热面温差ΔT₁为4.9℃。由此可见，在升温过程中，复合材料墙内部石蜡熔化，吸收热量，延缓了热量的传递，使得非受热面温度低于石膏砌块墙的温度，起到了调节温度的作用。图5降温过程中，复合材料墙受热面在26℃时石蜡凝固吸热，与石膏砌块墙受热面相比降温速率减小，且持续了约5h。

在此装置中，加热装置用于模拟室外温度变化，装置外侧墙面模拟室内墙面。可以直接观察出室外温度升高的过程中，石蜡熔化吸收热量，可以延缓室内墙面温度的升高，当石膏砌块墙吸收阳光的热量与含相变材料的石膏砌块吸收阳光的热量相同时，例如在图4中第 450min时，石膏砌块墙室外温度达到58.2℃时，含石蜡的石膏砌块墙室内墙面与石膏砌块室内墙面温差ΔT₂为4.7℃，由此可见，含石蜡的石膏砌块墙能有效的降低室内墙面温度，起到隔热的效果。室外温度降低的过程中，石蜡凝固放出热量，可以延缓室内温度的降低，例如在图5中750min～1250min内，含石蜡的石膏砌块墙室内墙面降温2.5℃，比石膏砌块墙室内墙面降温低3.3℃，起到温度调节的效果。

通过以上对相变材料石蜡在建筑材料中调节温度定性的分析，可得出复合相变建筑材料及构件在建筑墙体中可以起到高温储存热能、低温释放热能的作用。

Claims (4)

1.一种接近实际使用状态的相变储能建筑材料及构件温度调节性能的测试方法，其特征是：在温度可调控的实验室中搭建长方体形状的测试房，调节实验室内温度低于相变储能建筑材料及构件的相变温度，该测试房的前壁、后壁、顶板选用绝热材料板材搭建，相对的两个侧墙壁分别安装被测试的相变储能建筑材料及构件、与之相对应的对比试件，即其中一个墙体是被测试的相变储能建筑材料及构件构成的复合相变储能墙(10)，另一个是由对比试件构成的对比墙(11)，在复合相变储能墙的内外表面分别放置第一热电偶(1)、第五热电偶(5)：第一热电偶(1)、第五热电偶(5)位于复合相变储能墙的内外表面的对称位置，在对比墙的内外表面分别放置第三热电偶(3)、第七热电偶(7)：第三热电偶(3)、第七热电偶(7)处在对比墙的内外表面的对称位置，第一热电偶(1)、第五热电偶(5)、第三热电偶(3)、第七热电偶(7)分别处于两两对称的位置，第一热电偶(1)、第五热电偶(5)、第三热电偶(3)、第七热电偶(7)用于测试复合相变储能墙和对比墙的墙体表面温度，在测试房内部空间中安放第二热电偶(2)、第四热电偶(4)：第二热电偶(2)靠近第一热电偶(1)，第四热电偶(4)靠近第三热电偶(3)，在测试房外部安放第六热电偶(6)、第八热电偶(8)：第六热电偶(6)靠近第五热电偶(5)，第八热电偶(8)靠近第七热电偶(7)，且第二热电偶(2)和第四热电偶(4)、第六热电偶(6)和第八热电偶(8)也分别处于两两对称位置，第二热电偶(2)、第四热电偶(4)用来测试测试房内部环境温度，第六热电偶(6)、第八热电偶(8)用来测试测试房外部环境温度，在测试房内中心位置放置功率可调的加热装置(9)；所有热电偶连接到数据采集仪(13)，并调节采集数据的采集周期，数据采集仪具有温度记录、储存、传输功能，前壁、后壁、顶板由绝热材料板材(12)构成，复合相变储能墙、对比墙、前壁、后壁、顶板相互间的连接缝由密封胶粘结，实验测试过程如下：安装好被测试的复合相变储能墙、对比墙后，安装固定热电偶，加热装置选择合适的加热功率，之后，将绝热材料板材与复合储能墙、对比墙由密封胶粘结，形成密封环境，最后，打开加热装置，待复合相变储能墙表面温度达到设置温度后停止加热，继续记录降温过程数据，待测试房内外空间的温度一致后结束实验，分析对比复合相变储能墙和对比墙受热面与非受热面温度曲线，根据被测试件的温度响应时间、温度峰值、内外表面的温度差值与对比试件的异同，评价相变储能建筑材料及构件的温度调节能力。

2.根据权利要求1所述的一种接近实际使用状态的相变储能建筑材料及构件温度调节性能的测试方法，其特征是：测试房的前壁、后壁、顶板由岩棉板构成。

3.根据权利要求1所述的一种接近实际使用状态的相变储能建筑材料及构件温度调节性能的测试方法，其特征是：除了第二热电偶(2)、第四热电偶(4)、第六热电偶(6)、第八热电偶(8)，还在第一热电偶(1)、第五热电偶(5)、第三热电偶(3)、第七热电偶(7)周围放置一个以上的热电偶，提高环境温度的测量精确度。

4.根据权利要求1所述的一种接近实际使用状态的相变储能建筑材料及构件温度调节性能的测试方法，其特征是：对比墙(11)为任意用于建筑物的建筑材料或构件。

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