對建筑構(gòu)件穩(wěn)態(tài)熱傳遞性質(zhì)測定裝置的研究

馬維

摘要文章對建筑構(gòu)件穩(wěn)態(tài)熱傳遞性質(zhì)測定裝置進(jìn)行了研究，指出在研制過程中存在的一系列問題及改進(jìn)方案，為其它測定裝置的研制提供了改進(jìn)思路和參考意見。

關(guān)鍵詞節(jié)能建筑構(gòu)件多點(diǎn)溫度采集控制

我國近年來結(jié)合節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)等措施推廣低碳發(fā)展的理念，已經(jīng)迎來“低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代”。哥本哈根全球氣候峰會之后，國內(nèi)形成了發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的熱潮，目前很多城市都提出了建設(shè)低碳城市的目標(biāo)。城市發(fā)展低碳戰(zhàn)略，建筑方面應(yīng)首推建筑節(jié)能。這樣，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻的檢測就顯得很重要，要使建筑圍護(hù)具有良好的保溫性能，就需要圍護(hù)結(jié)構(gòu)能夠保溫隔熱，也就是通常所說的冬暖夏涼。因此，對門窗、墻體等建筑構(gòu)件就要進(jìn)行不斷的研發(fā)。為了有效地掌握日新月異的新型材料性能，并進(jìn)行比對，優(yōu)選，就要對建筑構(gòu)件進(jìn)行準(zhǔn)確的熱工測試，下面就談?wù)剬y定裝置的研制。

1現(xiàn)場測定方法

目前，市場上主要使用的測定方法有熱流計(jì)法、熱箱法、紅外熱像儀法。其中，熱流計(jì)裝置雖操作簡單，但與粘貼表面溫度及粘貼面有關(guān)，粘貼不牢，熱流誤差大，同時(shí)檢測時(shí)間長，不能代表整個(gè)墻體，一般只適合現(xiàn)場測量；紅外熱像儀法只能定性分析而不能量化指標(biāo)；標(biāo)定熱箱法與防護(hù)熱箱法測試原理一致，但防護(hù)熱箱法是在計(jì)量箱外側(cè)再加上一個(gè)防護(hù)箱，以減少熱損，熱橋的影響存在不確定性，因此，選用標(biāo)定熱箱法作為建筑構(gòu)件測試裝置試驗(yàn)方法。

2測定裝置設(shè)計(jì)

箱體選用150mm的EPS夾芯彩鋼板，一方面隔熱另一方面使表面輻射率大于0.8，其結(jié)合面采用聚安脂發(fā)泡粘接，箱體與試樣架之間采用密封條密封并用玻璃膠密封箱體與外界的孔隙。由于制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器風(fēng)速較大，為了保證較好的溫度均勻性，盡早達(dá)到穩(wěn)態(tài)環(huán)境，在出口處設(shè)置電阻加熱器。同時(shí)，設(shè)置兩個(gè)導(dǎo)流屏分別在距離測試構(gòu)件兩側(cè)面200mm處，并且導(dǎo)流屏高度可調(diào)節(jié)，以便形成一個(gè)穩(wěn)定均勻的測試環(huán)境。制冷系統(tǒng)由低、高溫風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)組、蒸發(fā)器壓力控制器等組成，保證了冷箱以及套層的冷、熱溫度的形成。測定裝置不僅要有良好的保溫措施，與周圍環(huán)境絕熱而且要有良好密閉性能，以防箱體空氣泄漏，與外部空氣產(chǎn)生熱交換。因此活動的熱箱、試樣架、冷箱之間的接觸面都必須嚴(yán)密封閉，以防與外界熱交換，選用橡膠密封條，使接觸面之間為軟接觸，可擠壓，并且用玻璃膠將孔隙填上。整個(gè)裝置箱體四周外墻全部采用乳白色EPS夾芯彩鋼板，一方面防潮隔熱，另一方面美觀氣派，整體提高實(shí)驗(yàn)裝置檔次。

自動控制系統(tǒng)采用串行總線通信方式，以監(jiān)控微機(jī)為核心，通過微機(jī)和采集系統(tǒng)、微機(jī)和控制系統(tǒng)的通信，完成對現(xiàn)場多點(diǎn)溫度的采集和對現(xiàn)場的控制，并使用PLC完成系統(tǒng)現(xiàn)場的開關(guān)量信號的采集和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作控制。

監(jiān)控微機(jī)軟件選用VB可視化語言，操作界面宜人，功能多樣化，實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場檢測的92路溫度數(shù)值及曲線，可以自動進(jìn)行采集數(shù)據(jù)平均值計(jì)算，打印報(bào)表等，同時(shí)還可以對所有可調(diào)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，更加便于試驗(yàn)。結(jié)構(gòu)簡圖如圖1。

3測定裝置研制中存在的問題

新產(chǎn)品的研制總是存在一定的問題，在裝配、調(diào)試階段過程中，難免會有困難，此次測定裝置的機(jī)械加工任務(wù)全部都由自己完成，出現(xiàn)的問題及處理方案如下：

（1）150mmEPS夾芯彩鋼板的切割較為困難，采用兩面劃線、切割的方法誤差依然較大，導(dǎo)致較難放置入底座中，改為底座配箱體制作。（2）對箱體各板間采用聚安脂發(fā)泡粘接，由于經(jīng)驗(yàn)不足不能很好的掌握配比、量等問題，使彩鋼板外殼粘有污漬，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)的較難處理干凈。（3）傳感器數(shù)量較多，線也較長，在安裝時(shí)較難排布在線盒內(nèi)，并且在安裝完畢后經(jīng)測量有幾個(gè)傳感器出現(xiàn)問題，后與廠家協(xié)商返回重新封裝加固。（4）在研制開發(fā)過程中，電氣控制方面花費(fèi)了大量時(shí)間解決下面兩個(gè)問題：其一、溫度傳感器的響應(yīng)靈敏度的問題，由于溫度均勻性要求較高，當(dāng)熱箱、冷箱、環(huán)境套層三部分中任何一部分溫度控制超差30s以上，試驗(yàn)數(shù)據(jù)無效，直接導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)無法進(jìn)行運(yùn)算，傳感器的靈敏度低，響應(yīng)時(shí)間長，嚴(yán)重地影響了電氣控制，分析其原因從機(jī)械、電氣兩方面入手，調(diào)整導(dǎo)流屏的高度、改善箱體的密封條件以及對傳感器的工藝改進(jìn)、重新封裝，還調(diào)整傳感器的安裝位置，最終達(dá)到傳感器響應(yīng)速度快、準(zhǔn)確。其二、出現(xiàn)采集數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，死鎖等問題，經(jīng)過多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)RS485驅(qū)動器驅(qū)動能力不夠，最后重新對其進(jìn)行焊接、改進(jìn)，解決了問題。

建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)是傳熱系數(shù)，其數(shù)值的大小是衡量建筑構(gòu)件保溫性能有效的依據(jù)，通過檢測建筑構(gòu)件的實(shí)際傳熱性來判定建筑保溫材料的優(yōu)劣性。測定裝置是在對建筑構(gòu)件的三維傳熱過程數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上研制的，通過理論分析以及對多點(diǎn)溫度采集的研究，使用VB語言編制了可視化程序，達(dá)到了微機(jī)監(jiān)控、診斷，并具備自動存儲、打印報(bào)表的功能，同時(shí)經(jīng)過多次試驗(yàn)，驗(yàn)證了本測定裝置的可行性。