石虬 鄒鉞 許潔

1東華大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備工程系

2艾奕康咨詢（深圳）有限公司上海分公司

0 引言

隨著建筑節(jié)能事業(yè)蓬勃發(fā)展，建筑節(jié)能現(xiàn)場檢測的重要性日益突出，建筑外墻導(dǎo)熱系數(shù)更是現(xiàn)場檢測的重要組成部分。針對建筑外墻導(dǎo)熱系數(shù)的檢測，國內(nèi)外常用的檢測方法有：熱流計法[1]、熱箱法[2]，前者對測試環(huán)境的要求比較嚴(yán)格，測試只能在采暖期進(jìn)行，在南方進(jìn)行建筑外墻檢測比較困難；后者比較笨重，不適合戶外測試，測試成本高。本文主要目的是研究一種能在南方進(jìn)行墻體導(dǎo)熱系數(shù)檢測且易于實施的測試方法，并利用現(xiàn)場試驗驗證此方法的可行性和精確度。

1 新型墻體導(dǎo)熱系數(shù)測試系統(tǒng)

考慮到熱流計和熱箱法均有局限性，在南方進(jìn)行測試比較困難，本文作者通過對熱流計法和熱箱法的局限性進(jìn)行分析，提出了新型墻體導(dǎo)熱系數(shù)測試系統(tǒng)，分為測試部分和數(shù)據(jù)分析部分。

圖1 測試系統(tǒng)流程圖

1.1 測試部分

測試流程和現(xiàn)場布置分別如圖1和圖2所示。

圖2 測試裝置布置圖

此測試方法基于熱流計法，利用加熱裝置控制被測墻體外側(cè)溫度，使其遠(yuǎn)高于墻內(nèi)側(cè)溫度，由此給予熱流計一個較穩(wěn)定的熱流。

1.2 數(shù)據(jù)分析部分

數(shù)據(jù)處理上利用基于動態(tài)分析理論[3]編制的數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，動態(tài)分析法針對了墻體的熱惰性，根據(jù)經(jīng)驗公式將衰減因子以及延遲系數(shù)兩個概念加入數(shù)據(jù)分析中，優(yōu)點是能在較短時間內(nèi)計算出墻體導(dǎo)熱系數(shù)，且精確度較高，測試時間達(dá)到3天即可得到較可靠的墻體熱阻值。

本系統(tǒng)理論上不受季節(jié)地域限制，縮短了測試時間，極大提高了圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱系數(shù)現(xiàn)場測試可行性。

2 現(xiàn)場測試研究

為驗證此新型系統(tǒng)在墻體導(dǎo)熱系數(shù)現(xiàn)場測量的可行性和精確度，將此系統(tǒng)與熱流計法分別對幾種不同結(jié)構(gòu)墻體進(jìn)行現(xiàn)場測試，測試地點在廣州，測試時間為：熱流計法在5月份進(jìn)行測試，新型方法在7月份進(jìn)行測試。熱流計法對一堵280mm厚保溫墻進(jìn)行測試，新型方法分別對一堵225mm厚未保溫墻和一堵260mm厚保溫墻進(jìn)行測試，熱流計法測試周期選擇為96h[3]，新型測試系統(tǒng)測試周期選擇為72h[4]。

2.1 熱流計法測試

熱流計法測試數(shù)據(jù)如圖3。

圖3 熱流計法測試數(shù)據(jù)

由圖3可以看出：熱流計法測試處于自然氣象狀態(tài)下時，墻內(nèi)外側(cè)溫差較小，室外溫度波動幅度較大情況下，無法保證外墻壁溫度始終高于內(nèi)墻壁溫度，墻體內(nèi)部分區(qū)域的熱流可能反向流動，無法保證測試期間墻體熱流的單向流通，所測得熱流由此不能完全反應(yīng)出墻體的導(dǎo)熱性能，熱阻計算時可能由此產(chǎn)生極大誤差。

熱流計法測試開始1天后，室內(nèi)環(huán)境基本達(dá)到穩(wěn)定，將穩(wěn)定后的測試數(shù)據(jù)運用算術(shù)平均法進(jìn)行計算得出：墻體導(dǎo)熱系數(shù)為 1.271W/(m2·K)，此墻體由標(biāo)準(zhǔn)《外墻外保溫建筑構(gòu)造》[5]和標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》[6]計算出導(dǎo)熱系數(shù)為 =0.97W/(m2·K)，測試熱阻值比理論值偏小，誤差為31%，由此可看出，在南方自然氣象狀態(tài)下，室內(nèi)外溫差比較小時，熱流計法誤差比較大，并不適用于墻體熱工測試。

2.2 新型檢測系統(tǒng)測試

將新型測試系統(tǒng)分別對一堵225mm厚未保溫墻和一堵260mm厚保溫墻進(jìn)行測試，測試在7月進(jìn)行，數(shù)據(jù)采集時間為72h。新型檢測系統(tǒng)部分測試數(shù)據(jù)如圖4。

圖4 新型方法部分測試數(shù)據(jù)

圖3 與圖4對比可以很明顯地看出新型方法中，經(jīng)過局部加熱控制，墻兩側(cè)溫度波動幅度相較于不經(jīng)加熱控制的墻兩側(cè)溫度波動要小很多，且墻兩側(cè)溫差高達(dá)15℃，由此測試受環(huán)境溫度變化影響小，更利于墻體傳熱達(dá)到基本穩(wěn)定狀態(tài)，通過墻體的熱流能良好反應(yīng)出墻體導(dǎo)熱性能，減小了熱阻計算的誤差。

2.2.1 未保溫墻數(shù)據(jù)分析

測試時間為6月26日16時至6月29日16時，墻體一側(cè)處于加熱狀態(tài)，墻體另一側(cè)熱流計測得熱流為負(fù)，加熱4h即6月26日20時熱流開始為正值，表示墻體開始有熱流從墻體加熱側(cè)流向墻體另一側(cè)，因此測試有效數(shù)據(jù)段選取4～72h這段時間，數(shù)據(jù)分析間隔為6h。動態(tài)分析法與算術(shù)平均法分別對4h至72h所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得如圖5。

圖5 未保溫墻數(shù)據(jù)

圖5 中，采用動態(tài)分析法計算傳熱系數(shù)值為1.53W/(m2·K)與0.76W/(m2·K)時所選取的數(shù)據(jù)段分別為：6月 26日 20時至 6月 27日 20時、6月 26日 20時至6月28日20時，此兩段數(shù)據(jù)段最初始熱流值均為0，所計算出導(dǎo)熱系數(shù)不能反映出墻體真實導(dǎo)熱系數(shù)值，因此將這兩段數(shù)據(jù)排除，并進(jìn)行動態(tài)分析法均值和算術(shù)平均法均值計算。得出結(jié)果為：動態(tài)分析法計算傳熱系數(shù)均值為1.39W/(m2·K)，算數(shù)平均法傳熱系數(shù)計算為1.24W/(m2·K)，算數(shù)平均法比動態(tài)分析法計算值偏小10.7%。

兩種計算方法在不同測試時間下計算出墻體導(dǎo)熱系數(shù)與實際導(dǎo)熱系數(shù)之間的誤差由于剛開始墻體正處于加熱狀態(tài)，未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，選擇所有數(shù)據(jù)來計算導(dǎo)熱系數(shù)時，算數(shù)平均法數(shù)據(jù)偏小，而動態(tài)分析法數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定。這也是采用算數(shù)平均法時需要長時間測量，待墻體傳熱穩(wěn)定之后選取測量數(shù)據(jù)的原因。而采用動態(tài)分析法可以在短時間內(nèi)，得到一個墻體誤差相對較小的墻體熱阻。

測試值與理論值對比：此225mm厚度未保溫墻理論導(dǎo)熱系數(shù)為1.357W/(m2·K)，動態(tài)分析法計算值與理論值偏差為2%，導(dǎo)熱系數(shù)比理論值偏大，算術(shù)平均法計算值與理論值偏差為8.6%，導(dǎo)熱系數(shù)比理論值偏小。

此計算結(jié)果表明動態(tài)分析法應(yīng)用于短時間現(xiàn)場測試中時計算出熱阻值能較好反應(yīng)出墻體真實熱阻。

2.2.2 保溫墻數(shù)據(jù)分析

測試時間為6月29日18時至7月2日18時，有效數(shù)據(jù)時間段的選取原則同上，6月30日0時熱流計讀數(shù)開始由負(fù)值變?yōu)?，因此選取6～72h這段時間為有效數(shù)據(jù)時間段。分別用動態(tài)分析法與算數(shù)平均法對6～72h所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得如圖6。

圖6中，采用動態(tài)分析法計算導(dǎo)熱系數(shù)值為1.5W/(m2·K)與0.99W/(m22·K)時所選取的數(shù)據(jù)段分別為：6月30日0時至7月1日0時、6月 30日 0時至7月2日0時，此兩段數(shù)據(jù)段最初始熱流值均為0，所計算出導(dǎo)熱系數(shù)明顯不能反映出墻體真實導(dǎo)熱系數(shù)值，因此將這兩段數(shù)據(jù)排除，并進(jìn)行動態(tài)分析法均值和算術(shù)平均法均值計算。得出結(jié)果為：動態(tài)分析法計算傳熱系數(shù)為1.35W/(m2·K)，算數(shù)平均法傳熱系數(shù)計算為1.27W/(m2·K)，算數(shù)平均法比動態(tài)分析法計算值偏小6.2%。

圖6 保溫墻數(shù)據(jù)

測試值與理論值對比：由標(biāo)準(zhǔn)《外墻外保溫建筑構(gòu)造》[5]和標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》[6]計算出此墻體導(dǎo)熱系數(shù)為1.05W/(m2·K)。動態(tài)分析法計算值比理論值偏大28%，算術(shù)平均法計算值比理論值偏大20.9%，兩種計算方法由于與理論值偏差過大需要尋找誤差產(chǎn)生原因。

此誤差產(chǎn)生原因：由于此保溫墻砌成時間僅20天，未達(dá)到墻體砌成后需風(fēng)干30天以上的規(guī)定。在測試過程和測試結(jié)束后，加熱面密封膠帶和熱流計側(cè)均有大量水珠凝結(jié)，以上現(xiàn)象均表明此保溫墻含水量過大。一般材料在相對濕度小于40%的情況下，熱導(dǎo)率不受環(huán)境濕度影響。常用的高效保溫材料如苯板、擠塑板，當(dāng)濕度較大時，熱導(dǎo)率提高。對于吸水率較大的泡沫混凝土和吸濕性較大的脲醛樹脂泡沫，受濕度影響較大，當(dāng)相對濕度將近100%時，熱導(dǎo)率分別提高73%和71%[7]。本次測試墻體主體部位均采用混凝土砌塊，導(dǎo)熱系數(shù)受濕度影響較大，導(dǎo)致墻體實際熱阻減小，實際導(dǎo)熱系數(shù)增大，因此測試結(jié)果均與理論值偏差很大，且計算出導(dǎo)熱系數(shù)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論值。

采取措施：等此墻體暴露于空氣中風(fēng)干一定時間后，需對墻體再次進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)測試。

3 結(jié)語

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻大小并不能僅依據(jù)理論值來判斷，施工質(zhì)量不同對圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻影響非常大，因此現(xiàn)場檢測仍有必要。

現(xiàn)行建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻檢測方法各有局限性，極大阻礙了現(xiàn)場檢測的進(jìn)行。通過對現(xiàn)行檢測方法研究和實驗，提出以上新型熱阻檢測方法，并進(jìn)行現(xiàn)場實驗證實了其可行性和準(zhǔn)確性，為圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻現(xiàn)場檢測提供了新思路。

在南方進(jìn)行建筑外墻導(dǎo)熱系數(shù)檢測本方法全季節(jié)適用，解決了在南方進(jìn)行墻體導(dǎo)熱系數(shù)現(xiàn)場測試難的問題。

現(xiàn)場測試時不僅需要考慮到周圍的環(huán)境因素，同時還要考慮到墻體本身的物理特性是否符合現(xiàn)場測試要求，墻體含濕量對墻體傳熱系數(shù)影響尤其巨大。

建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻檢測需要大量的科學(xué)理論和實驗做基礎(chǔ)，本方法僅針對幾種類型的墻體進(jìn)行實驗，并不能充分反映出此方法的適用性和準(zhǔn)確性，仍需對大量不同墻體進(jìn)行實驗來進(jìn)一步完善和發(fā)展。

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