维护结构传热系数节能检测

【摘要】介绍了热流计法测试建筑围护结构传热系数的理论基础，通过工程实例对一居住建筑外墙及屋面传热系数进行了现场检测，对所得数据进行了分析整理，验证了热流计法检测建筑围护结构传热系数的可行性。.

【关键词】热流计；传热系数；围护结构；热阻

中图分类号：TE08 文献标识码： A

引言：为贯彻国家有关节约能源、保护环境的法律和政策，改善居住建筑热环境，提高采暖的能源利用效率，2010年《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》（JCJ26-2010）颁布实施。该标准采用度日数作为气候子区的分区指标，确定了建筑围护结构规定性指标的限制要求。虽然该标准在设计阶段保证了建筑物围护结构的热工性能达到目标要求，但并不能保证建筑物施工完成后也能达到节能要求，因为建筑的施工质量同样非常关键。

因此，判定建筑物围护结构热工性能是否达到标准要求，仅靠理论计算并不能得出结论，需要现场实测。本文利用目前较为成熟的热流计法对天津地区某一建筑外墙的传热系数进行了现场实测与测量误差分析。

1、热流计法测试原理

热流计法是目前国内外常用的现场测试方法。其主要采用热流计、热电偶在现场检测被测围护结构的热流量和其内、外表面温度，通过数据处理计算出该围护结构的传热系数，从而判定建筑物是否达到节能标准要求。当热流通过建筑物围护结构时，由于其热阻存在，在厚度方向的温度梯度为衰减过程，使该围护结构内、外表面具有温差，利用温差与热流量之间的对应关系进行热流量测定。

建筑物围护结构的热流量可通过在该围护结构表面安装平板状热流计测量，由于热流计热阻一般比被测围护结构的热阻小很多，当被测围护结构背面贴上热流计后，传热工况影响很少，可忽略不计。因而在稳定状态下，流过热流计的热流量亦为被测围护结构的热流量。

根据傅立叶定律，在两侧温差为时，流过热流计的热流量可通过下式计算：

式中，为通过热流计的热流量，；

为热流计的厚度，；

为热流计的导热系数，。

为被测围护结构加装热流计后，热流计两面的温差。

如果用热电偶测量上述温差，根据热电偶在其测量范围内热电势与温差成正比的关系，可得到通过热流计的热量为：

式中， 为热电势，可通过温度与热流巡回自动检测仪检测。

C为热流计系数，为热流计生产厂家按国家标准校定好的已知常数。

则围护结构的热阻可按下式计算：

因此，围护结构的传热系数应按下式计算：

式中，为围护结构的传热系数，；

为内表面换热阻，；

为外表面换热阻，。

2、检测实例

2.1 工程概况

该工程为天津市西青区张家窝镇翠景园住宅小区工程，建于2011年，其围护结构的具体构造及传热系数具体见以下表格。

表1围护结构构造

2.2 测试内容与方法

本测试分别于夏季（非采暖季）和冬季（采暖季）对该小区11号楼层顶层一间居室外墙进行了传热系数测试，测试简图如下：

图 1 外墙测点布置图

图 2 屋面测点布置图

图 3 测试现场图片

采用热流计法进行现场实测时，分别在夏季和冬季对同一房间同一点进行了测试。为了提高测试结果的测试精度，选用受太阳辐射影响较小的北外墙进行传热系数现场实测布点。其中外墙外表面温度传感器布置在遮阳处，避开阳光直接照射，测点数量为3点；内表面温度传感器布置在室内相对应位置，测点数量为3点；热流计均布置在室内温度传感器中间，数量为2只。温度传感器采用铜―康铜热电偶传感器，热流和温度采用自动化数据记录仪表与计算机进行数据分析处理。

采用热流计测量时室内外温差应大于10℃。为了制造人为温差，在实测过程中采用电热器进行加热，当加热达到基本稳定后，进行相关参数的计量与测试。测试期间，热流和温度的记录间隔为半小时。每次检测分别预测试三天，待墙体蓄热稳定后方可进行正式测试。分别选取2012年7月15日和2012年12月7日的测试数据进行分析整理。

2.3 测试结果

相关测试结果整理成图标如下：

图 4 外墙夏季传热阻及传热系数

图 5 外墙冬季传热阻及传热系数

图 6 屋面夏季传热阻及传热系数

图 7 屋面冬季传热阻及传热系数

根据实测数据，通过计算传热系数，我们可以得出当采用所有数据进行分析时，该房间外墙夏季测试平均传热系数为0.42 ），与设计传热系数相比偏差20%；该房间外墙冬季测试平均传热系数为0.38 ），与设计传热系数相比偏差8.6%。该房间屋面夏季测试平均传热系数为0.45 ），与设计传热系数相比偏差15%；该房间屋面冬季测试平均传热系数为0.42 ），与设计传热系数相比偏差7.7%。

冬夏季测试结果均显示建筑物的传热系数随时间呈现周期性变化，基本符合热谐振的变化规律。冬季传热系数曲线较夏季平缓。冬季测试值更接近于理论值。

2.4结论分析

（1）尽量选取室外温度波动相差不大的日期进行检测，检测周期内天气状况尽应可能相似。

（2）为消除太阳辐射对现场检测的影响，一般选取北墙作为检测对象。使墙体传热过程尽量满足一维传热条件，室内外温差宜控制在10℃以上并且严格要求热流只能单向传递。

（3） 当采用热流计法进行现场实测时，建议在冬季进行可以获得较为准确的数据。

（4） 虽然在测试过程中尽量注意消除测试不稳定因素，但现场仍存在对测试结果造成影响的不确定因素。消除这些影响需要我们在建立大量、科学、正确、合理的实验基础上对建筑围护结构热工性能不断地进行现场测定，并对其检测技术进行分析与探讨，才能使建筑节能检测技术进一步完善和发展。

3、结语

通过近年来的实践应用表明，热流计法切实可行，检测数据准确可靠，能够满足建筑节能现场检测的要求，适合建筑节能现场检测机构使用，可用于建筑围护结构现场检测，为节能减排工作提供理论依据，有力地促进了建筑节能工作的健康发展。

参考文献

[1] 田斌守.建筑节能现场检测方法[J].工程质量，2006（12）

[2] 吕晓娅.新型热流计在外墙热工性能现场测试中的应用.[J] 新型建筑材料，2011（8）

[3] 费慧慧，段恺.建筑节能现场检测方法及其影响因素[J].施工技术，2000，29（7）

作者简介：刘斌（1982），男，暖通空调专业工学硕士，中级工程师，天津市中天建筑设计院，