CN201163271Y - 热阻串联式传热系数现场检测系统 - Google Patents

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于国清
刘卫东
王非
刘建勇
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    • G01K17/06—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device
    • G01K17/08—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device based upon measurement of temperature difference or of a temperature
    • G01K17/20—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device based upon measurement of temperature difference or of a temperature across a radiating surface, combined with ascertainment of the heat transmission coefficient

Abstract

热阻串联式传热系数现场检测系统，包括热箱，温度传感器，温度检测和处理装置，特点是：热箱的一个表面为基准热阻板，其它表面由夹心保温彩钢板制成；基准热阻板微嵌入箱体，热箱的下部连接一加热器，加热器通过电缆与控制面板连接；热箱基准热阻板一侧箱体与被测物体紧密接触，形成热阻串联式，基准热阻板与被测物体之间为空气夹层；沿着热箱的中心点处，在基准热阻板的两侧和被测物体两侧共布置4个温度传感器；以被测物体的中心点为圆心，在被测物体的外表面，沿圆周均布至少3个温度传感器；在被测物体内侧、外侧以及热箱内侧布置温度传感器；所有温度传感器通过导线与数据检测、显示部件连接。本系统结构简单、应用广泛。

Description

热阻串联式传热系数现场检测系统
技术领域
本实用新型涉及一种建筑围护结构保温性能的检测系统，具体涉及一种热阻串联式传热系数现场检测系统。
背景技术
传热系数检测是建筑节能测试的重要内容。随着国家对建筑节能要求的规范化，国家陆续制定和颁布了严寒寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖等各个气候分区的节能设计标准。但是评定建筑是否节能，仅依据设计方案对其热工性能进行理论计算评定是不够的，它不能反映建筑物实际状况和热工过程的偏差，更不能满足建筑监督管理部门的要求，因此建筑节能现场检测势在必行。建筑节能改造前对已有建筑围护结构的保温性能的评估，在施工现场对到货的保温板、门窗的验收，新建或者改造后对建筑围护结构(墙体、门窗、屋顶)保温性能的竣工验收，都急需传热系数的现场检测装置。
目前，国内围护结构传热系数的现场测试一般采用热流计法、热箱法或者两者结合。单纯的热流计法只能在房间有采暖或者供冷的条件下进行，可用于测试的时间短，难以适应普通工程竣工验收或者检测的要求；单纯的热箱法需要控制、测量热箱的加热量，系统较为复杂，由于箱体的散热以及难以保证被测物体在整个测试表面上都为一维热流，测试难以很精确。基于热流计和热箱的测试装置，其精度主要取决于热流传感器的精度，而精度高的热流传感器，价格昂贵。
实用新型内容
本实用新型公开了一种热阻串联式传热系数现场检测系统，其目的在于克服现有技术使用热流计对温度和季节的苛刻要求，可用于测试的时间短，难以适应普通工程竣工验收或者检测的需求；而单纯的热箱法需要控制、测量热箱的加热量，系统较为复杂，测量难以精确等弊端，本实用新型依据串联热阻上的温差与热阻值对应成比例的原理，测试平板状物体的传热系数，不需要热流传感器，也不需要对加热器加热功率进行严格控制和测量，同时增加了一些辅助测点，考察是否为一维热流、测试状态是否稳定，提高测试结果的可靠性。测量的量全部为温度。系统简单，基本不受室内外气温的影响，便于操作。不但可以对建筑围护结构(墙体、门、屋顶、楼板等)进行测试，也可以对保温板、木板、石板等的传热系数进行现场测试。
热阻串联式传热系数现场检测系统，包括热箱，温度传感器，温度检测和处理装置，其特征在于：
A)热箱的一个表面为基准热阻板，其它表面由夹心保温彩钢板制成；基准热阻板微嵌入箱体，热箱的下部连接一加热器，加热器与控制面板连接；
B)热箱基准热阻板一侧与被测物体紧密接触，形成热阻串联式，基准热阻板与被测物体之间为空气夹层；
C)沿着热箱的中心点处，在基准热阻板的两侧和被测物体两侧共布置4个温度传感器探头；
D)以被测物体的中心点为圆心，在被测物体的外表面，沿圆周均布至少3个温度传感器。
所有温度传感器通过导线与数据检测、显示部件连接。
沿着热箱的中心点处，在基准热阻板的两侧和被测物体两侧共布置4个温度传感器探头，其测试值作为传热系数计算的主要依据。将热箱进行加热，形成近似一维热流，基准热阻板和被测物体沿着热流方向形成串联热阻，通过测量被测物体内、外表面温度，基准热阻板的内、外表面的温度，根据串联的多个热阻其温差与热阻值成正比的规律，以及已知的基准热阻值，就可求得被测物体的热阻以及传热系数。
工作时，加热器对热箱内的空气进行加热，加热器工作使热箱内温度高于室外温度10℃以上，这样便形成热箱向被测物体的传热。基于“一维传热”的基本假定，既被测物体的被测部位具有基本平行的两个表面，其长度与宽度远大于其厚度，视为无限大平板。基准热阻板和被测物体沿着热流方向形成串联热阻，通过测量基准热阻板的内、外表面的温度T1、T2，被测物体内、外表面温度T3、T4，根据热阻串联温度变化公式(T3-T4)/RX＝(T1-T2)/R0，其中R0为已知材料热阻，其值为已知值，RX为待测材料热阻，在已知三个表面温度的情况下便可求出待测物体的热阻，即RX＝(T1-T2)×R0/(T3-T4)，1/RX便为被测物体的传热系数。
基准热阻板的热阻不宜太大，也不宜太小，当与被测物体的热阻大致相等时，测试的误差最小，当基准热阻与被测热阻之比为0.2～5时，精度较好。基准热阻应随温度的变化很小，否则影响测试精度。
由于箱体不可能很大，必然在平行于被测物体表面的方向存在着热流，当被测物体导热性能各向同性时，温度分布应该是关于中心点处对称；当被测物体测试区域内由于材料不均、不同或者其它原因造成导热性能不均时，被测物体外表面将不再关于中心对称。为此，以测试点为圆心，在被测物体的外表面，沿圆周均布多个(不少于3个)温度传感器，用来判断中心点处是否为一维热流。
除了上述的两组温度传感器外，还包括被测物体内侧和外侧空气温度以及热箱内空气温度传感器，用来辅助判断是否达到计算传热系数必需的状态，比如传热是否稳定，热流是否穿透被测物体等。
本实用新型的优点和积极效果是：系统简单、灵活实用，成本较低，精度较高，基本不受室内外气温的影响，便于操作；不需要热流传感器，也不需要对加热器加热功率进行严格控制和测量，仅需要测试温度参数，通过计算便可得到精确的传热系数，同时增加一些辅助测点，可以检测系统是否为一维热流，测试状态是否稳定等，提高测试结果的可靠性。测试范围广，不但可以对建筑围护结构(墙体、门、屋顶、楼板等)进行测试，也可以对保温板、木板、石板等的传热系数进行现场测试。
附图说明
图1为传热系数测试系统结构示意图；
图2为被测物体外表面温度传感器布置示意图。
1：被测物体，2：基准热阻板，3：热箱外壳，4：加热器，5：被测物体与基准热阻板之间的空气夹层，6：数据检测与显示部件，7：控制面板，T1、T2、T3、T4依次为基准热阻板内外表面与被测物体内外表面温度传感器，Ta1、Ta2、Ta3依次为被测物体外侧、内侧与热箱内空气温度传感器，Tb1、Tb2、Tb3、Tb4为布置在被测物体外表面的温度传感器。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
热阻串联式传热系数现场检测系统，如图1所示，包括热箱3、多个温度传感器，数据检测与显示部件6和控制面板7，热箱内有基准热阻板2和小型电加热器4。温度传感器共有3组，一组传感器(T1、T2、T3、T4)分别位于基准热阻板2与被测物体1的内外侧的中心点；一组传感器(Tb1、Tb2、Tb3、Tb4)位于被测物体外表面上，如图2所示，以外表面温度测点T4为中心，沿圆周分布；一组传感器(Ta1、Ta2、Ta3)用来测量被测物体内外侧与热箱内空气的温度。
本实施例中，热箱的大小为30cm×30cm×30cm，外壳采用5cm厚的聚氨酯夹心彩钢板制作。基准热阻材料采用聚丁烯板，导热系数为0.20W/(m.K)，厚度为3cm。设置空气夹层5的目的是提供布置温度传感器的空间，以及保证热箱外壳与被测物体1接触紧密，密封良好。在满足布置温度传感器的要求下，空气夹层应尽可能薄，本实施例中空气夹层厚度为1.0cm，测试装置不用时，应采用盖板盖住，保护基准热阻板不受损伤。
采用电阻式加热器，功率从0～200W可渐调。
本实施例中，温度传感器全部采用热电偶温度传感器。
使用时，将热箱的设有基准热阻板的一侧紧靠被测物体表面，其中心对准被测点，依照图1和图2所示布设温度测点，将传感器探头接入数据检测和显示部件6中，打开加热器4开关，调节加热功率，使热箱内的温度不要太高或者太低，一般比室外温度高10～20℃即可。当T1与T4的温差大于10℃，而且温度传感器显示温度不再变化时，说明已经达到稳态传热，可以用来计算传热系数，该装置能够自动判别是否达到稳定状态，以及是否已经可以计算传热系数；当被测物体外表面的温度(Tb1～Tb4)有较大差异时，该装置会提醒用户需要更换测点或者对计算值进行修正。

Claims (1)

1.热阻串联式传热系数现场检测系统，包括热箱，温度传感器，温度检测和处理装置，其特征在于：
A)热箱的一个表面为基准热阻板，其它表面由夹心保温彩钢板制成；基准热阻板微嵌入箱体，热箱的下部连接一加热器，加热器与控制面板连接；
B)热箱基准热阻板一侧与被测物体紧密接触，形成热阻串联式，基准热阻板与被测物体之间为空气夹层；
C)沿着热箱的中心点处，在基准热阻板的两侧和被测物体两侧共布置4个温度传感器探头；
D)以被测物体的中心点为圆心，在被测物体的外表面，沿圆周均布至少3个温度传感器。
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