探讨采用防护热箱法检测墙体传热系数的不确定性

【摘 要】现如今，随着我国经济的迅猛发展和城市化建设进程的不断加快，进一步推动了建筑业的发展速度，各类建筑工程项目随之与日俱增。然而，建筑的大量增多使得能耗问题随之突显，为了有效降低建筑能耗，建筑外墙的节能检测现已逐步成为工程项目竣工验收的重要环节。由于传热系数是能够充分反映出墙体构件保温性能的关键性参数之一，为此，其检测结果的准确度就显得非常重要。但是在采用防护热箱法对墙体传热系数进行检测的过程中，因一些因素的影响，会使检测结果出现一定偏差。基于此点，本文就采用防护热箱法检测墙体传热系数的不确定性展开探讨。

【关键词】防护热箱法；墙体传热系数；不确定性

一、建筑墙体传热系数检测的重要意义

近年来，全球性能源短缺的问题日益突显，在这一背景下，人们逐渐意识到了建筑节能的重要性，传热系数是验证建筑墙体保温性能的关键性指标，其能够很好的反映出墙体的保温性能。通常情况下，建筑墙体的传热系数K是表征墙体在稳定传热条件下，当其两侧的空气温差为1摄氏度时，在单位时间内通过单位平方米墙体面积传递的热量为W/（ ·K）。简单来讲，传热系数K是涵盖了墙体的全部构造层次以及墙体两侧空气边界层在内的，K值表征了墙体保温系统的热工性能，根据相关研究结果显示，建筑外墙传热系数的减少将会非常明显的降低建筑能耗。由此可见，对建筑墙体传热系数的检测就显得尤为重要，传热系数的大小能够直接反映出建筑整体节能效果的好坏。虽然我国现行的《建筑节能工程施工质量验收规范》中，并未将墙体传热系数的检测列为强制性条款，但是传热系数作为一项能够充分反映墙体保温性能的指标是毋庸置疑的。

二、采用防护热箱法检测墙体传热系数的不确定性分析

（一）防护热箱法的检测原理

我国现行的GB/T13475-2008标准中明确规定了两种测定传热性质的方法，即标定热箱法和防护热箱法，这两种检测方法都适用于建筑墙体。图1为防护热箱法的装置示意图。从图中可以清楚的看到，防护箱围绕在计量箱的周围，这有助于控制防护箱的环境温度，从而能够使试件内不平衡的热流量以及流经计量箱的热流量降至最小。最为理想的状态是在测量装置的内部安装一个均质试件，并使计量箱内、外的温度保持一致，同时还需要确保冷侧温度与表面换热系数相一致，此时计量箱内、外空气温度的平衡便意味着试件表面温度的平衡，穿过试件的总热流量将等于输入计量箱的热量。

图1 防护热箱装置示意图

（二）检测步骤

1.检测对象。为了便于本文研究，选用蒸压加气混凝土砌块墙体作为检测对象，试件墙体的规格为1600×1600×246（单位mm），同时在墙体外侧用玻化微珠保温砂浆进行保温处理，并铺贴外墙砖。

2.检测依据。本次检测的主要依据为GB/T13475-2008和JJF1059-1999。

3.检测条件。温湿度分别为25摄氏度±2摄氏度和50±10%。

4.传热系数检测。对于墙体传热系数的检测应当在墙体试件降温处理后进行，先要对墙体各层构造的厚度实施测量，而后根据测量数据安装试件框，并对墙体与试件框之间的缝隙进行填充，填充物为发泡剂。在确保发泡剂完全干透后，将试件框移至试验设备处，使其与试验机紧密扣合，并保证传感器与墙体试件表面贴合。试验设备具备墙体保温监控系统，在检测墙体传热系数时要点击传热系数检测按钮，准确设置检测参数，主要包括以下内容：在温度设置方面，计量箱温度为 35摄氏度，冷箱温度为-10摄氏度，防护箱温度为35摄氏度；在检测时间设置方面，采集时间间隔为30分钟，稳定时间为1400分钟；在试件尺寸设置方面，计量面积为1.54㎡，试件面积为2.54㎡。待参数设置完成后，点击开始检测按钮进行试验，软件会根据自身设定的标准公式自动得出墙体的传热系数。在每一次检测结束后，均必须将设备还原为初始状态。与此步骤相同，累计重复试验9次，获取10组试验结果，将其作为不确定分析的重要数据。

（三）不确定度分量计算

在对墙体传热系数进行检测的过程中，检测结果中包含的不确定分量主要有测量重复性引起的不确定度分量、检测人员操作过程中造成的不确定度分量、由面积引起的不确定度分量、功率测量引起的不确定度分量以及温度测量引起的不确定度分量。按照JJF1059-1999中的有关规定，前三种不确定度分量属于A类评定标准不确定度，而后两种则属于B类评定标准不确定度。下面对此进行详细论述。

1.A类不确定度分量的计算。①测量重复性引起的不确定度计算。本次检测中共对墙体进行了10次传热系数检测，按照贝塞尔公式进行计算，可得出这10次检测结果的标准差，由此便可进一步计算出测量重复性引起的不确定度分量，经相关计算得出结果为0.67%。②检测人员操作造成的不确定度分量计算。因为本次检测的操作人员为同一人，并且是对同一试件在规定温度的范围内进行的检测，故此，由检测人员操作造成的不确定度可忽略不计。③面积引起的不确定度分量计算。因面积问题引起的不确定度分量是指在测量计量箱尺寸时，由于受钢卷尺不确定度的影响而引发的，其评定方法为：以钢卷尺检定证书中明确指出的扩展不确定度U值和k值为依据进行评定。但是，在采用防护热箱法检测墙体传热系数时，其在检测系统中可以直接设定固定的参数值，即计量面积为1.54㎡。在此情况下，无需使用钢卷尺测量，有利于避免测量误差的产生，所以可以直接忽略因面积引起的不确定度。

2.B类评定标准不确定度。①功率测量引起的不确定度分量是指受墙体稳态热传递性能试验机功率表的显示值存在误差而导致的。通常情况下，功率表的分值度是1W，量程是200W，经计量单位检定合格的功率表，其检定证书上会直接标示相对扩展不确定度为0.2%，k值为2，由其示值误差引起的相对标准不确定度经计算为1%。②由温度测量引起的不确定度分量计算。通常情况下，该不确定度主要是由墙体稳态热传递性能试验机上得知温度传感器在控制软件上的示值不确定度引入。其中温度部分经过相关计量单位检定合格，并出具了相关的检定证书，在证书中明确给出了测量结果的扩展不确定度为0.3摄氏度，k值为2，该结果是在两种工况下获得的，一种工况是防护热箱与计量箱的温度为30摄氏度，冷箱的温度为零下5摄氏度，另一种工况是防护热箱与计量箱的温度为35摄氏度，冷箱的温度为零下10摄氏度。以上述两种工况为基础，并从一个最不利的角度进行考虑，计算相对标准不确定度应当将标称值确定为零下5摄氏度。为此，由其示值误差引起的相对标准不确定度经计算为0.15摄氏度，其相对不确定度为3%。

（四）结果分析

通过计算可知，蒸压加气混凝土砌块墙体的传热系数为1.04（1±6.2%）W/（㎡·K），取K值为2。根据评定结果分析可知，影响墙体传热系数的主要因素为温度和功率，所以应对检测设备的标定和计量进行定期检查。此外，墙体自身含水量的调节状况也是影响墙体传热系数的重要因素，若墙体试件内的含水率较高，那么在检测过程中会因含水率的变化导致检测数据采集不准确，进而出现较大的检测结果误差。为了避免此类现象发生，应当建立起一套完善的状态调节设备，在调节平衡墙体试件含水率之后进行检测，从而提高检测结果的稳定性。为了获取准确的墙体传热系数检测结果，还需要从多方面入手对检测程序加以控制，以此提高检测质量。

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