嚴寒地區(qū)大型公建圍護結構傳熱系數(shù)測試方法探討

劉佳佳

（大慶油田天宇工程設計有限責任公司，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

在對大型公共建筑進行采暖改造設計時，需要建筑圍護結構的傳熱系數(shù)作為依據(jù)，以計算建筑的采暖熱負荷。由于改造建筑使用年限通常較長，原始設計的傳熱系數(shù)不能作為參考依據(jù)，需對建筑圍護結構傳熱系數(shù)重新測試。圍護結構傳熱系數(shù)測試的準確性對合理的采暖系統(tǒng)設計起著重要作用。

1 現(xiàn)場測試方法原理

1.1 熱流計法

熱流計法為在墻體被測部位布置熱流計，在熱流計周圍的內外表面分別布置溫度傳感器，測試出被測部位的熱流密度、圍護結構內、外表面的溫度，利用式（1）～式（3）進行計算，即可得出圍護結構熱阻及傳熱系數(shù)。

圍護結構主體部位的熱阻按下列公式計算：

式中：R為圍護結構主體部位的熱阻，m2.K/W；θEj為圍護結構主體部位外表面溫度的第j次測量值，℃；θIj為圍護結構主體部位內表面的第j次測量值，℃；qj為熱流密度的第j次測量值，W/m2。

圍護結構主體部位的傳熱系數(shù)：

式中：U為圍護結構主體部位的傳熱系數(shù)，W/（m2.K）；Re為外表面換熱阻；Ri為內表面換熱阻。

外墻的平均傳熱系數(shù)應按下列公式計算：

式中：Km為外墻的平均傳熱系數(shù)，W/（m2.K）；KB1，KB2，KB3為外墻周邊熱橋部位的傳熱系數(shù)，W/（m2.K）；Kp為外墻主體部位的傳熱系數(shù)，W/（m2.K）；FB1，F(xiàn)B2，F(xiàn)B3為外墻周邊熱橋部位的面積，m2；Fp為外墻主體部位的面積，m2。

熱流計法在現(xiàn)場測試時要求被測建筑圍護結構高溫側與低溫側表面溫度差值在10℃以上，且在測試的過程中，任何時刻高溫側表面溫度需大于低溫側表面溫度。這就要求只有在供熱期間才能進行現(xiàn)場測試，但我國部分地區(qū)冬季基本不供熱，這便限制了熱流計法的使用范圍。另外該方法假定傳熱為一維穩(wěn)態(tài)，而實際上為三維非穩(wěn)態(tài)傳熱而且熱流有分量，測試結果傳熱系數(shù)偏大。

1.2 熱箱法

熱箱法是人工制造出一個一維的穩(wěn)態(tài)的傳熱環(huán)境，在被測建筑物圍護結構的內側利用熱箱模擬出供熱期間建筑物室內的熱環(huán)境，室外環(huán)境為冬季的自然條件[1]。使得高溫側的表面溫度高于低溫側表面溫度8℃以上，熱量從室內傳遞到室外。當通過被測圍護結構傳遞的熱量與熱箱內的加熱熱量達到動態(tài)平衡時，被測圍護結構的傳熱量即為加熱量，從而可以計算出圍護結構的傳熱系數(shù)。

該法基本不受季節(jié)或地區(qū)等的條件限制，但是用于現(xiàn)場測試時存檢測設備大、工作量大、熱橋等部位無法測量的弊端。

1.3 控溫箱-熱流計法

控溫箱-熱流計法和熱流計法的測試原理基本相同，通過人工制造環(huán)境來控制圍護結構的內表面溫度，再用熱流計法測定其傳熱系數(shù)是控溫箱-熱流計法與熱流計法的區(qū)別。控溫箱具有加熱及制冷的功能，能夠模擬建筑物采暖和空調的熱工環(huán)境，綜合了熱流計法和熱箱法的優(yōu)點，適用于不同地區(qū)、不同季節(jié)的圍護結構傳熱系數(shù)現(xiàn)場測試。

1.4 紅外熱像儀法

利用紅外熱像儀測量圍護結構的溫度分布，通過分析熱像圖來判定圍護結構是否存在熱工缺陷，同時可以直接讀取溫度分布求得墻體的傳熱系數(shù)。該法具有操作簡單、攜帶方便的特點。

2 大型公建現(xiàn)場測試方法對比分析

本文選取嚴寒地區(qū)某未進行建筑節(jié)能設計的大型公共建筑作為研究對象，對其進行傳熱系數(shù)現(xiàn)場測試。

使用紅外熱像儀對大型公建進行現(xiàn)場普測，選取不存在熱工缺陷的壁面，避開容易形成熱橋的位置。溫度、熱流傳感器要布置在圍護結構測點位置的中心處，并使用硅膠、凡士林等粘貼上，保證傳感器與墻面接觸良好。使熱箱與墻體緊密接觸，進行密封處理，防止熱量從箱體向外散失。使用三種測試方法對同一建筑物進行測試，每半個小時記錄一組數(shù)據(jù)，連續(xù)測試192小時。

將所有測試數(shù)據(jù)代入以上的計算公式，計算得到測試持續(xù)時間內的被測建筑物圍護結構傳熱系數(shù)，從測試計算結果可見，現(xiàn)場測試方法測得的圍護結構傳熱系數(shù)值均大于設計值0.85W/（m2?K)。由于該大型公共建筑建造年代較早，未進行建筑節(jié)能設計，圍護結構傳熱系數(shù)值較大。

熱箱法測試過程中由于存在向周圍環(huán)境的側向散熱，使得測得的傳熱系數(shù)值偏大，控溫箱-熱流計法測試過程中熱流傳感器受到熱輻射影響，測得的傳熱系數(shù)值比熱流計法大。由于大型公建建筑面積比較大，測點多，熱流計法具有較好的適應性與操作性，工作量少。

3 結語

本文針對采暖改造設計中圍護結構傳熱系數(shù)獲取困難的問題，通過現(xiàn)場測試及理論分析對比不同方法的測試結果，認為熱流計法適合嚴寒地區(qū)大型公建圍護結構傳熱系數(shù)的現(xiàn)場測試，具有適應性與操作性強，工作量少等特點。