建筑围护结构传热系数现场检测方法

建筑围护结构传热系数现场检测⽅法
建筑围护结构传热系数现场检测⽅法
研究总结。

1. 引⾔
随着能源和环境形势⽇益严峻，建筑节能将是我国的⼀项长期国策。

传热系数是建筑热⼯节能设计中的重要参数。

建筑构件（如门、窗等）的传热系数，可在实验室条件下对其进⾏测试。

⽽建筑围护结构是在建造过程中形成的，其传热系数需要现场检测才能确定。

通过检测建筑的实际传热性能，来判定建筑保温隔热系统的产品、技术是否符合节能设计要求，以此来鉴定新系统的产品、技术的优缺点等，同时对分析建筑物实际运⾏中的能耗状况和施⼯过程的偏差也起着⾮常重要的作⽤。

本⽂对传热系数现场检测⽅法进⾏综述，注重对热流计法研究总结。

2. 围护结构传热系数现场检测⽅法
⽬前对围护结构的传热系数现场检测的⽅法主要有四种，即热流计法、热箱法、控温箱热流计法和常功率平⾯热源法。

2.1热流计法。

（1）热流计法原理[1]。

热流计法是利⽤温差和热流量之间的对应关系进⾏传热系数的测
定。

通常的做法是⽤热流计、热电偶在现场检测出被测围护结构的热流密度以及内、外表⾯温度，通过数据处理计算得出建筑物围护结构各部分的传热系数（如图1）。

计算公式如下：
（2）热流计法特点。

热流计法的核⼼是测量通过被测对象的热流，并假定传热为⼀维。

否则，热流有分量，计算出的被测物的热阻偏⼩，传热系数就偏⼤。

该⽅法是国家检测标准⾸选的⽅法，在国际上也是公认的⽅法，但是这种⽅法⽤在现场测试有严重的局限性。

因为使⽤该⽅法的前提条件是必须在采暖期才能进⾏测试，我国的现实情况是有些地区基本不采暖、采暖地区的有些⼯程⼜在⾮采暖期竣⼯等，这样就限制了它的使⽤。

在计算时所⽤到的内外墙表⾯换热系数受环境（温度、风速、辐射等）的影响显著。

如⽂献[2]对实验⽤房进⾏了不同风速的情况下，外墙表⾯换热系数A 的研究，结果表明外环境（风速）对外墙表⾯换热系数的影响很⼤（如表1）。

⽂献[3][4]就其它环境（如⾬⽔和太阳辐射等）条件对围护结构传热系数的影响也作了研究和分析，结果表明也有较⼤的影响。

（3）双⾯热流计法。

它是改进的热流计法，⼀般的热流计法是在墙体内表⾯（环境相对
较稳定）测定热流值，⽽双⾯热流计法是同时测定墙体内外两表⾯的热流。

由于墙体的传热属于⾮稳定传热，在同⼀时刻所测得的温度值和热流值实际上由于温度波的时间延迟两者在时间上不吻合；另⼀⽅⾯，由于墙体的蓄热作⽤，由外表⾯进⼊墙体内部的热流值，与同⼀时刻由墙体内部流过内表⾯的热流不⼀致。

采⽤双⾯热流计法测量墙体的热阻就可以消除这两个影响[5]。

但这必须在环境较为稳定的情况下进⾏，不然外墙测得热流因受环境的影响太⼤⽽失去意义。

2.2热箱法。

（1）热箱法的基本原理[6]是⽤⼈⼯制造⼀个⼀维传热环境，被测部位的内侧⽤热箱模拟采暖建筑室内条件，并使热箱内的空⽓温度和室内的空⽓温度保持⼀致，另⼀侧为室外⾃然条件，维持热箱内温度⾼于室外温度8℃以上，这样被测部位的热流总是从室内向室外传递；当热箱内的加热量与通过被测部位的传递热量达到平衡时，通过测量热箱内的加热量得到被测部位的传热量，进⽽计算出被测部位的传热系数。

（2）热箱法作为实验室检测建筑构件热⼯性能的⽅法使⽤由来已久，发展较为成熟，并颁布有国际、国内的标准，但⽤来进⾏现场检测建筑物热阻或传热系数的热箱法还处于研究当中。

它的特点是不受季节限制，只要室外平均空⽓温度在25℃以下，相对湿度在60%以下，热箱内温度⼤于室外最⾼温度8℃以上就可以测试。

该⽅法在国内尚属研究阶段，其局限性在于热桥部位⽆法测试，因设备较多⽽不利于现场测
试，且尚未有关热箱法的国际标准或国内权威机构的标准，仅限于实验室测定与研究。

2.3控温箱热流计法。

控温箱热流计法的基本原理[7]与热流计法相同，它利⽤控温箱控制温度，模拟采暖期建筑物的热⼯状况，⽤热流计法测定被
测对象的传热系数。

控温箱热流计法综合了热流计法和热箱法两种⽅法的特点。

⽤热流计法作为基本的检测⽅法，同时⽤热箱来⼈⼯制造⼀个模拟采暖期的热⼯环境，这样既避免了热流计法受季节限制的问题，⼜不⽤校准热箱的误差，因为此热箱仅是温度控制装置，不计算输⼊热箱和热箱向各个⽅向传递的功率。

因此不⽤庞⼤的防护箱在现场消除边界热损失，也不⽤标定其边界热损失。

现今⼴泛应⽤的材料导热系数平板测试法也是这个原理，从热量传递的物理过程来看，材料导热系数的测试过程和建筑物围护结构传热系数检测过程是相同的。

这种⽅法问世时间较短，还需要严密的理论推导和实践检验。

2.4常功率平⾯热源法。

常功率平⾯热源法[8]是⾮稳态法中⼀种⽐较常⽤的⽅法，适⽤于建筑材料和其它隔热材料热物理性能的测试。

其现场检测的⽅法是在墙体内表⾯⼈为地加上⼀个合适的平⾯恒定热源，对墙体进⾏⼀定时间的加热，通过测定墙体内外表⾯的温度响应来辨识出墙体的传热系数。

该
系统⼀般⽤⼈⼯神经⽹络⽅法仿真求解。

此⽅法是⾮稳态法检测物体热性能的⼀种⽅法，可⼤⼤缩短实际检测时间，且能减⼩室外空⽓温度变化给传热过程带来的影响。

在实验室，⽤⾮稳态法检测材料的热性能较⼴泛，但是⽤来进⾏现场检测还需做⼤量的⼯作才⾏，包括设备开发、系统编程、神经⽹络训练和训练效果评定等⼯作技术性要求很⾼，测试结果的稳定性、重复性都需⼤量的、可靠的数据来⽀撑。

3. 现场测试的数据处理
现场测试数据处理常⽤的是稳态算法，这种⽅法把传热过程简化为⼀维稳态传热，在两侧温差为△t时，根据傅⽴叶定律来计算墙体的导热热阻。

这种⽅法所要求的条件苛刻，需要稳定的时间较长，所以在现场测试中运⽤时，⼀般得到不是很精确的结果。

同时由于墙体的储热和侧向传热作⽤始终存在，其计算误差较⼤。

因此有⼈提出了导热损失和不同保温围护结构的传热系数的修正[9]。

另外，在有限元法基础上提出了动态分析法，在温度和热流变化较⼤的情况下，采⽤动态分析⽅法[10]可从对热流计测量数据的分析，求得建筑物围护结构的稳态热性能。

⽬前围护结构传热⾮稳态的算法主要有反应系数法、Z传递函数法、拉普拉斯变换函数法，以及国内频域回归⽅法（FDR⽅法）[11]。

针对⾮稳态传热设计了测试系统，并编制了⾮稳态导热的程序，辨识了传热系数。

但是这些⽅法都存在⼀些困扰和问题，如计算结果易出现差错、计算收敛性、计算结果难以验证、实现难度⼤等。

4. 结论
建筑节能现场检测技术是推⾏建筑节能政策、标准的重要内容，因为我国地域⼴阔，各地⽓候条件和建筑特⾊各异，且传热复杂，容易受环境影响，各地都针对地⽅特点展开了积极⽽深⼊地研究，从测试到数据处理均逐步得到改进，测试条件也由稳态向⾮稳态，由复杂限制条件到适合现场测试的简单条件，由忽略环境影响到研究环境影响发展。

虽然⽬前还没有⼀种受到⼤家⼴泛认可、简便易⾏、设备投资⼩、适合现场检测的⽅法，但是也取得了⼀定的成果，这些成果必将对落实建筑节能起到⼀定的促进作⽤。