雙面熱流計法測定建筑圍護結構傳熱系數研究

摘要：我國社會經濟的高速發展伴隨著巨大的能源消耗與環境污染，隨著綠色環保可持續觀念的深入人心，節能環保已經成為當今各行各業的重心所在。在建筑行業中，也逐漸推行建筑節能的設計，甚至需要進行建筑節能改造。文章以雙面熱流計法作為測定圍護結構傳熱系數方法進行研究，希望能夠提高我國建筑節能改造水平，降低我國建筑能耗。

關鍵詞：建筑工程；節能改造；圍護結構傳熱系數；雙面熱流計法；建筑能耗 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU502 文章編號：1009-2374（2016）13-0026-02 DOI：10.13535/j.cnKi.11-4406/n.2016.13.013

現階段，我國既有建筑房屋數量龐大，并且由于之前建筑節能設計與建設尚未普及，在這些既有建筑房屋中，很少有建筑節能功能，因此這些建筑必然會造成大量的能源消耗。與近些年的新建節能建筑相比較，尚未采取節能功能的建筑占據了大多數，要想實現建筑節能，必須要對既有建筑進行改造，才能大幅度地降低全國建筑能耗。在我國建筑行業中，建筑節能的實現不僅是進行新建建筑的節能設計與建造，還包括對既有建筑的節能改造。在建筑節能改造中，需要根據圍護結構的傳熱系數來進行，而圍護結構傳熱系數的測定是建筑節能改造的關鍵所在。

1 建筑節能改造及圍護結構傳熱系數測定方法

1.1 建筑節能改造內容

在進行既有建筑節能改造的時候，必須要詳細調查現有建筑的基本情況，不但要對建筑的建造時間以及建筑的結構形式進行詳細調查，做好圍護結構熱工性能的調查，還要建立數據庫來進行當地建筑相關數據資料的收錄，如此一來在進行建筑節能改造時，便能從數據庫中獲取相關的數據從而提供數據方面以及技術上的支持。本文主要從圍護結構傳熱系數進行論述，因此在調查建筑圍護結構熱工性能時，可以從如下三點來進行：一是進行建筑設計文件的收集，詳細了解建筑的各方面情況；二是根據建筑設計圖紙，將建筑物的耗熱量指標以及各種熱工性能指標、圍護結構傳熱系數進行計算；三是進行圍護結構熱工性能的現場檢測，進行建筑現場節能檢測一方面可以對新建建筑節能性進行評價，另一方面還能將現有建筑傳熱的實際情況測定出來，從而能夠將建筑節能改造方案設計得更為科學合理。從這個方面來看，圍護結構的傳熱系統在建筑節能改造中起到了極為重要的作用。

1.2 圍護結構傳熱系數的測定方法

目前為止，防護熱箱法、常功率平面熱源法、單面熱流計法、雙面熱流計法以及熱箱法標定熱箱法是五種較為常用的測定圍護結構傳熱系數的方法。這五種方法在使用過程中，都存在一定的局限性，或者操作較為復雜。熱箱法是一種較為成熟的實驗室檢測方法，在國際以及國內都有相關的檢測標準。在進行現場檢測時，熱箱法的測定不會受到季節的影響，但關鍵的是消除測試誤差。而雙面熱流計法是一種操作簡單方便，卻能夠不受溫度熱流不一致的影響的測定方法。本文以雙面熱流計法作為圍護結構傳熱系數的主要測定方法進行研究，為現有建筑的節能改造提供參考。

2 建筑節能改造中的實際應用

2.1 測試對象概況

既有建筑物測試對象選擇北京海淀區某建筑樓，測試的房屋選擇東西朝向的5樓房屋，將測試點布置在北向一間房間的北面外墻上，此外墻的構造是內表面為水泥砂漿，中層為陶粒混凝土，外表面為水泥砂漿，最外層是防水涂料。

2.2 雙面熱流計法測定

從熱阻計算公式R=中可以得知，墻體的熱阻值R是可以計算出來的，主要是通過對外墻內外表面的溫差值t進行測量，然后根據外墻的熱流值q就能夠計算出來。

其中，銅康銅熱電偶是用來進行外墻內外表面的溫差值測量的主要工具，而熱流值則是使用熱流計測出來的。在進行溫度值以及熱流值測量過程中，需要注意兩個問題：一是在測量溫度值以及熱流值的過程中，墻體的傳熱不夠穩定，在實際測量方面溫度波會出現延遲現象，因此兩者在時間上并不是相吻合的；二是墻體具有蓄熱的作用，由外表面進入墻體內部的熱流值，與同一時刻由墻體內部流過內表面的熱流并不一致。利用雙面熱流計法來進行墻體熱阻的測量，就能夠避免出現上述兩個問題。

測試過程如下：需要用到兩個銅康銅熱電偶，分別置于墻體內外表面上，并且將DC100數據采集儀與兩個銅康銅熱電偶相聯系，進行墻體內外表面溫度值的測量。另外需要兩個熱流計，同樣置于墻體內外表面，與數據采集儀相連接，進行墻體內外表面熱流值的測量。在這個過程中假設作用于外墻的溫度波是呈周期性變化的簡諧波，可大致算出溫度波的延遲時間為7.2小時。因此為避免溫度波時間延遲所帶來的影響，測試的時間需要比延遲時間長。本次測試采集了11天內的數值求平均值，測試時間遠遠大于延長時間。除此之外，為了確保墻體熱流值的準確性，可以利用通過墻體內、外表面的熱流的平均值代替。

2.3 數據處理

i時刻墻體內、外表面的溫差值為：Δti=ti1-ti2

整個測試時間內的溫差平均值為：

i時刻通過墻體的熱流為：qi=（qi1+qi2）

整個測試時間內通過墻體的熱流平均值為：

式中：時刻墻體外表面的溫度值用til表示；時刻墻體外表面的溫度值用ti2表示；時刻通過墻體外表面熱流值用qi1表示；時刻通過墻體內表面熱流值用qi2表示；整個測試時間內的時間跨度用K表示。

K=11×24×60=15840分鐘

在整個測試時間內墻體的平均熱阻值為：R測=

由DC100數據采集儀記錄的數據可以計算出：=0.480℃；=1.09w/m2

因此，根據熱阻計算公式來進行計算，墻體構造熱阻平均值為：R測===0.440m2·K/w

2.4 測量值與理論值的比較

在既有建筑節能改造中，利用雙面熱流計法進行圍護結構傳熱系數測定的準確定，可以通過計算理論值的方法進行比較來確定。

被測外墻熱阻計算如下：

水泥砂漿的導熱系數為0.93w/m·K，陶粒混凝土的導熱系數取0.50w/m·K。防水涂料層的熱阻略去不計。

水泥砂漿（外表面）：m2·K/w

陶粒混凝土：==0.380m2·K/w

水泥砂漿（內表面）：==0.016m2·K/w

被測外墻的構造熱阻值為：R=R1+R2+R3=0.022+0.380+0.016=0.418m2·K/w

相對誤差為：

從上述對比中可以看出，雙面熱流計法測量值R測與理論值相近，因此在此次雙面熱流計法測定圍護結構傳熱系數的應用中，雙面熱流計法測定值是科學可行的。

3 雙面熱流計法現場測定注意事項

3.1 現場測定注意事項

3.1.1 熱惰性對檢測的影響分析及處理措施。在進行圍護結構傳熱系數測定時，外界溫度以及熱流的變化會引起圍護結構的抵抗，被稱為熱惰性。不同的圍護結構具有各不相同的熱惰性。熱惰性與檢測時間的長短以及數據的有效性息息相關，如果所測定出的數據沒有反映出熱流傳遞的周期性變化，那么這項數據是無效的。為了避免上述情況對雙面熱流計法測定結果產生影響，可以采取三種方法：一是在被測定的圍護結構內表面安裝雙面熱流計，這樣能夠有效地避免墻體蓄熱對檢測結果的影響；二是如果被測定的圍護結構其熱惰性較大，通常情況下會讓此圍護結構有4個測試周期的穩定期，這樣一來，墻體傳熱便能夠出現穩定的周期變化。之后，進行3個周期的檢測，并將這3個周期的數據計算出來，如此一來便能夠減少由于熱惰性過大而引起的測試誤差；三是在選定檢測日期的時候，檢測時候要盡量挑選室外溫差波動較小的日期，也就是說在沒有大的天氣變化的日期適合進行檢測。

3.1.2 雙面熱流計熱阻對檢測的影響。在進行圍護結構傳熱系數測定時，需要在墻體表面上粘貼雙面熱流計，這樣會改變墻體原有的性質，給墻體增加一定的熱阻。而當雙面熱流計接收到傳過墻體熱阻的熱流時，在被檢測墻體與雙面熱流計之間的接觸面并不是絕對光滑的，導致宏觀接觸面大于實際接觸面，接觸面之間的間隙會形成接觸熱阻。因此，利用雙面熱流計測出的實際熱阻是墻體、接觸以及雙面熱流計的熱阻，要大于墻體的實際熱阻，從而造成檢測出現誤差。為了避免出現這種問題，在安裝雙面熱流計的時候，需要做到如下三點：一是利用內嵌法進行固定，且要與圍護結構的表面盡可能的齊平；二是如果雙面熱流計采取外粘貼的話，為了減少對邊界產生的影響，需要將石膏在雙面熱流計的周圍抹成緩坡；三是為了提高測量的精度，在粘貼雙面熱流計時，應當盡可能地避免雙面熱流計與圍護結構表面出現空隙，確保二者之間的緊密接觸。

3.2 雙面熱流計法對環境的要求

在利用雙面熱流計法進行圍護結構傳熱系數測定時，對于測定環境有一定的要求。由于圍護結構傳熱會受到環境的影響，因此在使用雙面熱流計法進行測定時，需要滿足以下環境要求：一是為了避免受到太陽輻射的影響，在進行檢測的時候需要選擇背對陽光的墻體，例如北向的墻體；二是為了避免受到風速變化產生的影響，在進行檢測的時候需要選擇晴朗沒有風的天氣；三是在利用雙面熱流計法進行圍護結構傳熱系數測定的時候，最好將室內外溫差控制在15℃～20℃之間。

4 結語

從上述分析中可以看出，雙面熱流計法在建筑節能改造圍護結構傳熱系數測定中起到了重要的作用，且測定結果較為準確。但是在檢測過程中，雙面熱流計法容易受到周圍環境的影響，因此在采用雙面熱流計法測定圍護結構傳熱系數過程中要盡量選擇背對陽光的墻體，并且適宜在晴朗無風的天氣進行。總而言之，在現有建筑的節能改造中，雙面熱流計法是一種簡單可靠的測定方法，值得被廣泛應用。

參考文獻

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[3]曾憲純，岑如軍.既有建筑圍護結構傳熱系數現場檢

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作者簡介：王南（1973-），男，江蘇南京人，銀川市建設工程綜合檢測站助理工程師，研究方向：外墻保溫材料的物理性能及燃燒性能的檢測。

（責任編輯：黃銀芳）