圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及影響因素

孫明枝

(山西建工建筑工程檢測(cè)有限公司，山西太原 030006)

在提倡節(jié)能減排、低碳生活的今天，建筑物的節(jié)能效果最終由其圍護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)體現(xiàn)。而傳熱系數(shù)又是衡量圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫效果的關(guān)鍵指標(biāo)，為此，傳熱系數(shù)檢測(cè)的準(zhǔn)確度就顯得非常重要。同時(shí)由于現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程的復(fù)雜性和人為因素，其施工質(zhì)量往往受主觀和客觀因素的影響，如果我們僅僅局限于實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)檢測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)(墻體)的傳熱系數(shù)，則不能真實(shí)、客觀、準(zhǔn)確地反映施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，為此要求我們檢測(cè)單位必須對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。為了提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)檢測(cè)的準(zhǔn)確性，本文通過(guò)介紹控溫箱—熱流計(jì)法測(cè)定過(guò)程，著重分析了某些影響因素，并提出相應(yīng)的措施。

1 傳熱系數(shù)

傳熱系數(shù):是指在穩(wěn)定傳熱條件下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣溫差為1℃/1 K，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積傳遞的熱量。簡(jiǎn)而言之(墻體)傳熱系數(shù)是涵蓋了(墻體的)全部構(gòu)造層次及(墻體)兩側(cè)空氣層在內(nèi)的。目前現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)常見(jiàn)方法主要有:熱流計(jì)法、熱箱法和控溫箱—熱流計(jì)法三種。熱流計(jì)法雖然儀器設(shè)備少、檢測(cè)原理簡(jiǎn)單、易于理解掌握，但在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)有嚴(yán)重的局限性:因?yàn)樵摲椒ǖ那疤釛l件是必須在采暖期才能進(jìn)行測(cè)試;而熱箱法雖不受溫度的限制，但要把整個(gè)房間當(dāng)作防護(hù)箱，需要將房間溫度和箱體內(nèi)的溫度保持一致，如果房間較大，則檢測(cè)時(shí)溫度控制難度較大，有一定的局限性。控溫箱—熱流計(jì)法是將熱流計(jì)法和熱箱法相結(jié)合:不僅克服了熱流計(jì)法必須在采暖期間才可測(cè)試的問(wèn)題，又不用校準(zhǔn)熱箱的誤差(因?yàn)檫@時(shí)的熱箱僅僅是一個(gè)溫度控制裝置，其發(fā)熱功率不參與結(jié)果計(jì)算，因此不計(jì)算輸入熱箱和熱箱向各個(gè)方向傳遞的功率)。因此，不用將整個(gè)房間加熱至與箱體同樣的溫度，也不用龐大的防護(hù)箱在現(xiàn)場(chǎng)消除邊界熱損失，也不用標(biāo)定邊界熱損失。現(xiàn)今廣泛應(yīng)用的材料導(dǎo)熱系數(shù)平板測(cè)試法也是這個(gè)原理。下面就以控溫箱—熱流計(jì)法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的建筑外墻為例來(lái)講(以加熱方式運(yùn)行為例)。

2 控溫箱—熱流計(jì)法檢測(cè)原理

與熱流計(jì)法相同，只是用人工手段對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行控制。簡(jiǎn)而言之，就是利用控溫箱控制溫度，模擬采暖期間建筑物的熱工狀況，用熱流計(jì)法測(cè)定被測(cè)對(duì)象的傳熱系數(shù)，在這個(gè)熱環(huán)境中測(cè)量通過(guò)被測(cè)墻體的熱流量、箱體內(nèi)的溫度、墻體被測(cè)部位的內(nèi)外表面溫度及室內(nèi)外環(huán)境溫度。再根據(jù)式(1)～式(3)分別算出被測(cè)部位的熱阻、傳熱阻和傳熱系數(shù)。

其中，R為被測(cè)物的熱阻，m2·K/W;t1為冷端溫度，K;t2為熱端溫度，K;E為熱流計(jì)讀數(shù)，mV;C為熱流計(jì)測(cè)頭系數(shù)，W/(m2·mV)，熱流計(jì)出廠時(shí)已標(biāo)定;R0為被測(cè)物的傳熱阻，m2·K/W;Ri為內(nèi)表面換熱阻，m2·K/W;Re為外表面換熱阻，m2·K/W;K為傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)。

3 控溫箱—熱流計(jì)法現(xiàn)場(chǎng)墻體傳熱系數(shù)的測(cè)定

1)溫度控制器:具有制冷和加熱功能，根據(jù)季節(jié)需要進(jìn)行雙向切換使用，夏季高溫時(shí)用制冷運(yùn)行方式，春秋季用加熱方式運(yùn)行;同時(shí)能精確穩(wěn)定地控溫。2)傳感器:主要有溫度傳感器和熱流傳感器，分別用來(lái)測(cè)量溫度和熱流。3)數(shù)據(jù)采集儀:由巡檢儀自動(dòng)完成溫度值和熱流值的采集記錄，同時(shí)，可設(shè)定采集時(shí)間間隔(一般間隔時(shí)間設(shè)定為30 min)。

4 檢測(cè)步驟

先選取干燥且有代表性的墻體，粘貼溫度傳感器和熱流計(jì)，在對(duì)應(yīng)面相應(yīng)位置粘貼溫度傳感器，然后將溫度控制儀箱體緊靠在被測(cè)位置，使得熱流計(jì)位于控溫箱中心部位，布置在墻體溫度高的一側(cè)(因?yàn)槭且约訜岱绞綖槔?。開(kāi)機(jī)檢測(cè)，在線(xiàn)或離線(xiàn)監(jiān)控傳熱系數(shù)動(dòng)態(tài)值，選擇傳熱過(guò)程基本達(dá)到穩(wěn)定后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，以判斷能否結(jié)束試驗(yàn)。如果檢測(cè)儀沒(méi)有計(jì)算功能，就需將所測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入EXCEL，用其計(jì)算功能輸入式(1)～式(3)，分別計(jì)算出被測(cè)墻體的熱阻、傳熱阻和傳熱系數(shù)，并加以判定。控溫箱及其內(nèi)部測(cè)溫傳感器的布置如圖1所示。

圖1 控溫箱安裝及其內(nèi)部測(cè)溫傳感器布置圖

5 檢測(cè)過(guò)程中的影響因素分析

1)首先，檢測(cè)時(shí)必須保證所測(cè)外墻是干燥的。因?yàn)槲覀兯罁?jù)的判定標(biāo)準(zhǔn)是圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的墻體傳熱系數(shù)值是依據(jù)所用材料在絕對(duì)干燥狀態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)計(jì)算的。另外，眾所周知，墻體在砌筑過(guò)程中經(jīng)常要對(duì)砌筑材料進(jìn)行濕潤(rùn)處理，也就是說(shuō)如果我們?cè)诓荒鼙ＷC墻體干燥的情況下所測(cè)傳熱系數(shù)值是不能加以判定的。而且試驗(yàn)證明:材料的實(shí)際導(dǎo)熱系數(shù)是隨著材料中的含水率的升高而明顯增大，而所用材料的導(dǎo)熱系數(shù)又是決定墻體傳熱系數(shù)的關(guān)鍵。采取措施:如果所測(cè)墻體處于潮濕狀態(tài)，我們可以人工調(diào)節(jié)墻體含水率，根據(jù)具體情況對(duì)所測(cè)墻體采用多個(gè)電暖器烘2d～3d，使墻體在高溫下較為迅速的將水分蒸發(fā)掉。同時(shí)應(yīng)將檢測(cè)穩(wěn)定時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)一些(至少24h)。2)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過(guò)程，應(yīng)盡量避免在外界環(huán)境劇烈變化的天氣下進(jìn)行。因?yàn)楫?dāng)外界環(huán)境溫度發(fā)生劇烈變化時(shí)，溫度將產(chǎn)生較大的波動(dòng)，而熱流密度發(fā)生改變卻較為滯后，則會(huì)導(dǎo)致傳熱系數(shù)檢測(cè)值出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，這樣對(duì)傳熱系數(shù)的測(cè)定影響較大。同理，檢測(cè)位置應(yīng)盡量避免選擇陽(yáng)光直射和狹縫處(風(fēng)速大)的外墻體，如果條件允許應(yīng)盡量選擇北面外墻進(jìn)行測(cè)試。3)熱流計(jì)測(cè)頭必須粘貼在平整、光滑、經(jīng)過(guò)大白處理的內(nèi)墻面(必要時(shí)要用細(xì)砂紙進(jìn)行打磨)，同時(shí)要將熱流計(jì)的測(cè)頭與被測(cè)墻體內(nèi)表面完全接觸，不能有氣泡和空隙。因?yàn)槿绻麎w內(nèi)表面不平整或是沒(méi)使熱流計(jì)的測(cè)頭緊貼在墻體內(nèi)表面上，導(dǎo)致有氣泡和空隙，那么無(wú)形中是增加了熱流計(jì)測(cè)頭與墻體內(nèi)表面間的空氣層，也就加大了熱流計(jì)測(cè)頭和被測(cè)墻體之間的熱阻，使內(nèi)外墻體溫差的穩(wěn)定時(shí)間大大增加，這樣勢(shì)必影響瞬態(tài)熱流的測(cè)量結(jié)果，給測(cè)量帶來(lái)較大的誤差。同理，墻體表面溫度傳感器的粘貼也一樣。4)安裝控溫箱時(shí)，務(wù)必使所有熱流計(jì)及其溫度傳感器位于箱體的中心位置。因?yàn)橐幻鎵w一般需要安裝2個(gè)～4個(gè)熱流計(jì)，而每個(gè)熱流計(jì)又配有2個(gè)相應(yīng)的溫度傳感器，每個(gè)熱流計(jì)之間間隔為150mm左右，如果不能使所有熱流計(jì)位于箱體的中心位置，那么每個(gè)熱流計(jì)測(cè)出的熱流密度及其溫度差異較大，導(dǎo)致通過(guò)每個(gè)熱流計(jì)算出的傳熱系數(shù)差異較大，不具有均勻性。5)控溫箱需用密封條將控溫箱四周與墻體所測(cè)部位密封，或在箱體背面用撐桿頂牢。因?yàn)橐痪S傳熱理論是建立在控溫箱和室內(nèi)空氣溫度一致，相互之間無(wú)熱量交換基礎(chǔ)上的，而檢測(cè)時(shí)間中，熱箱內(nèi)和室內(nèi)空氣溫度總有一定差別，也就是控溫箱將隨時(shí)向室內(nèi)傳熱，而此時(shí)所測(cè)傳熱系數(shù)值將相對(duì)增大，為了減少這種情況的發(fā)生，需用密封條將熱箱四周與墻體所測(cè)部位密封，或在箱體背面用撐桿頂牢。

總之，為了獲取準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，我們除了抱有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析原因、研究方案、采取措施的態(tài)度外，同時(shí)還需從多方面入手，不斷創(chuàng)新、完善和提高檢測(cè)技術(shù)。

［1］ JGJ132-2009，居住建筑節(jié)能檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［2］ 田斌守．控溫箱—熱流計(jì)法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)研究［J］．墻材革新與建筑節(jié)能，2008(10):8-10．