李亞飛 張愛亮 楊偉浩 林 芳 刁陽春 / 上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

0 引言

建筑節(jié)能在我國(guó)節(jié)能減排中占有相當(dāng)重要的比例，而建筑門窗是建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中熱工性能最薄弱的環(huán)節(jié)，通過門、窗等建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的能耗，在整個(gè)建筑物能耗中占有相當(dāng)可觀的比例[1]。近年來，探索節(jié)能型住宅的趨勢(shì)方興未艾，對(duì)建筑外門窗保溫性能的評(píng)價(jià)則是其中的重要環(huán)節(jié)。如何對(duì)建筑外門窗的保溫性能進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)，相關(guān)部門在原有基礎(chǔ)上[2-3]進(jìn)行整合，制定了現(xiàn)行國(guó)標(biāo)GB/T 8484-2008《建筑外門窗保溫性能分級(jí)及檢測(cè)方法》，該標(biāo)準(zhǔn)為建筑外門窗保溫性能分級(jí)評(píng)價(jià)的主要依據(jù)。

但是，隨著越來越多的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)建筑外門窗保溫性能檢測(cè)業(yè)務(wù)的開展，如何解決這些檢測(cè)裝置的量值溯源，已成為迫在眉睫的問題。目前國(guó)內(nèi)的溯源現(xiàn)狀為：使用者多采取將檢測(cè)裝置的傳感器拆卸后溯源至相關(guān)校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)的方法，但因建筑外門窗保溫性能檢測(cè)裝置是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)，該溯源方式只能說明傳感器本身的量值情況，并不能真實(shí)反映檢測(cè)裝置的整體性能和量值可靠性。因此只有在該裝置正常使用時(shí)，采用相應(yīng)的技術(shù)手段，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)的方法，才能達(dá)到對(duì)該裝置整體性能有效考量的目的。

本文立足建筑門窗保溫性能檢測(cè)裝置校準(zhǔn)方法的研究，旨在為該檢測(cè)系統(tǒng)的量值溯源提供可靠的方法依據(jù)。

1 檢測(cè)裝置基本原理

圖1 檢測(cè)裝置示意圖

建筑外門窗的保溫性能包括兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)：傳熱系數(shù)和抗結(jié)露因子[4-5]。而建筑外門窗保溫性能檢測(cè)裝置主要是基于穩(wěn)定傳熱（傳熱系數(shù)）和傳熱傳質(zhì)（抗結(jié)露因子）原理，采用標(biāo)定熱箱法[6]檢測(cè)建筑外門窗的保溫性能，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。試件一側(cè)為熱箱，模擬采暖建筑冬季室內(nèi)氣候條件（抗結(jié)露因子檢測(cè)要同時(shí)控制相對(duì)濕度不大于20%RH），另一側(cè)為冷箱，模擬冬季室外氣候條件。在此基礎(chǔ)上，兩種不同保溫性能的檢測(cè)原理可歸納如下：

在對(duì)試件縫隙進(jìn)行密封處理，試件兩側(cè)各自保持穩(wěn)定的空氣溫度、氣流速度和熱輻射條件下，測(cè)量熱箱中電暖氣的發(fā)熱量，減去通過熱箱外壁和試件框的熱損失，除以試件面積與兩側(cè)空氣溫差的乘積，即可計(jì)算出試件的傳熱系數(shù)K值。

在穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下，測(cè)量冷熱箱空氣平均溫度和試件熱側(cè)表面溫度，計(jì)算試件的抗結(jié)露因子?？菇Y(jié)露因子是由試件框表面溫度的加權(quán)值或玻璃的平均溫度與冷箱空氣溫度（tc）的差值除以熱箱空氣溫度（th）與冷箱空氣溫度（tc）的差值計(jì)算得到，再乘以100后，取所得的兩個(gè)數(shù)值中較低的一個(gè)值。

2 校準(zhǔn)項(xiàng)目

在對(duì)建筑外門窗的保溫性能進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)條件是檢測(cè)效果優(yōu)劣的必要條件，它的穩(wěn)定性可以直觀反映檢測(cè)裝置的整體性能。除此之外，還有熱箱外壁和試件框的熱流系數(shù)、填充板面積及導(dǎo)熱率等也是保溫性能的重要影響因素。其中填充板面積因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求，比較固定，而導(dǎo)熱率則只要填充板材料選定，也是作為常數(shù)直接參與計(jì)算。由此不難看出，檢測(cè)條件和熱流系數(shù)等是檢測(cè)裝置整體性能最主要的表現(xiàn)形式。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)檢測(cè)條件的要求和熱流系數(shù)的標(biāo)定過程（主要過程量為功率、溫度等）可進(jìn)一步得出：建筑外門窗保溫性能檢測(cè)裝置中，主要性能參數(shù)為溫度、加熱功率、風(fēng)速和濕度，它們是本文需重點(diǎn)關(guān)注的量值溯源對(duì)象。其中，溫度是檢測(cè)裝置校準(zhǔn)的重點(diǎn)，包括冷熱箱空氣平均溫度及波動(dòng)幅度、熱箱外壁內(nèi)外表面和試件框冷熱兩側(cè)表面面積加權(quán)平均值之差等；在抗結(jié)露因子檢測(cè)中，要求熱箱空氣相對(duì)濕度不大于20%；加熱功率就是熱箱中加熱裝置為維持空氣溫度所產(chǎn)生的功率；風(fēng)速也是冷箱中模擬冬季室外環(huán)境的一個(gè)參數(shù)。這些項(xiàng)目都是保溫性能的重要組成部分，做好這些量值的校準(zhǔn)工作至關(guān)重要。

GB/T 8484-2008對(duì)檢測(cè)條件明確要求：傳熱系數(shù)檢測(cè)中，熱箱空氣平均溫度設(shè)定范圍為19～21℃，冷箱空氣平均溫度設(shè)定范圍為-19～-21℃，試件冷側(cè)表面的平均風(fēng)速為（3.0±0.2）m/s；抗結(jié)露因子檢測(cè)中，要求熱箱空氣平均溫度設(shè)定為（20±0.5）℃，冷箱空氣平均溫度設(shè)定為（-20±0.5）℃，試件冷側(cè)表面的平均風(fēng)速為（3.0±0.2）m/s等。

3 校準(zhǔn)方法

據(jù)上所述，傳統(tǒng)溯源傳感器的方法和現(xiàn)場(chǎng)條件的校準(zhǔn)方法出入較大，現(xiàn)場(chǎng)條件下如何進(jìn)行？首先是校準(zhǔn)依據(jù)的選擇，門窗保溫性能檢測(cè)裝置作為一種大型綜合性的測(cè)試設(shè)備，由于使用至今時(shí)間較短，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，短期內(nèi)難有針對(duì)性的計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范出臺(tái)。而在GB/T 8484-2008中，對(duì)檢測(cè)項(xiàng)目及檢測(cè)方法都有明確規(guī)定，比如“溫度點(diǎn)的布控、環(huán)境條件的具體要求”等，這些都可以作為門窗保溫性能檢測(cè)裝置的校準(zhǔn)依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)不同品牌（沈陽紫微、沈陽微特、中國(guó)建科院等）的保溫性能檢測(cè)裝置又進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)探索，據(jù)此總結(jié)出建筑外門窗保溫性能檢測(cè)裝置較為符合實(shí)際使用要求的校準(zhǔn)方法。

3.1 校準(zhǔn)設(shè)備

銅 —— 康銅熱電偶，測(cè)量不確定度應(yīng)不大于0.25 K，銅、康銅引線長(zhǎng)度5 m左右；熱球風(fēng)速儀測(cè)量上限不低于3 m/s；功率計(jì)可以是鉗形的或接入式的，準(zhǔn)確度等級(jí)不得低于0.5級(jí)，且應(yīng)根據(jù)被測(cè)值大小可轉(zhuǎn)換量程，使儀表示值處于滿量程的70%以上；濕度計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度應(yīng)不低于3%。

3.2 校準(zhǔn)點(diǎn)的布控

根據(jù)國(guó)標(biāo)中各測(cè)試探頭的布控要求，將不同項(xiàng)目的校準(zhǔn)儀器緊靠對(duì)應(yīng)的測(cè)試探頭安放：銅——康銅熱電偶應(yīng)放置在冷熱室的不同溫度測(cè)點(diǎn)處、熱式風(fēng)速儀放置在冷箱空氣溫度測(cè)點(diǎn)處、數(shù)字功率計(jì)可以放置于電控箱中加熱器的引線端子處或?qū)⑵浯爰訜崞鞯膶?dǎo)線中、數(shù)字濕度儀可固定于熱箱的中心部位，如圖2所示。

圖2 校準(zhǔn)布點(diǎn)

圖2中A～F為熱箱中的8個(gè)溫度校準(zhǔn)點(diǎn)，分兩層均勻布局；I～Q為冷箱中9個(gè)溫度校準(zhǔn)點(diǎn)，在與試件安裝洞口對(duì)應(yīng)的面積上均勻布局，同時(shí)這9個(gè)點(diǎn)也是風(fēng)速的校準(zhǔn)點(diǎn)，應(yīng)與原有傳感器探頭接近；甲點(diǎn)是熱箱中上下兩層的中心溫度點(diǎn)，乙為冷箱溫度校準(zhǔn)平面的中心溫度點(diǎn)，同時(shí)也是濕度的校準(zhǔn)點(diǎn)，這兩個(gè)中心點(diǎn)，主要作用是計(jì)算冷熱箱的波動(dòng)度。理論上來說，各校準(zhǔn)儀器應(yīng)在裝置啟動(dòng)前布點(diǎn)，待系統(tǒng)穩(wěn)定（穩(wěn)定時(shí)間一般為2 h，不同品牌略有不同）——即冷熱箱的空氣平均溫度每小時(shí)變化的絕對(duì)值與標(biāo)準(zhǔn)條件相比不大于±0.3℃時(shí)，在一定時(shí)間間隔（一般5 min）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，共采集6次。但在具體操作中，個(gè)別項(xiàng)目如“風(fēng)速”，因校準(zhǔn)儀器的原因（熱式風(fēng)速儀無法提前放入），還不能提前布控，只能在系統(tǒng)穩(wěn)定后，計(jì)量人員進(jìn)入箱體內(nèi)部實(shí)施校準(zhǔn)。因此，在進(jìn)一步的研究中，可以考慮應(yīng)用多點(diǎn)外置式的風(fēng)速校準(zhǔn)儀器、功率校準(zhǔn)儀器及其校準(zhǔn)位置的確定等。

4 數(shù)據(jù)處理

4.1 算術(shù)平均值

溫度、風(fēng)速、濕度和功率都涉及算術(shù)平均值的計(jì)算（因計(jì)算方法相同，僅以溫度為例說明）。門窗保溫性能檢測(cè)裝置在穩(wěn)態(tài)下，共測(cè)試30 min，獲取6組數(shù)據(jù)（每5 min測(cè)試一次），獲得所有溫度值的平均即為算術(shù)平均值（冷熱箱溫度值分別計(jì)算）。

4.2 波動(dòng)度

涉及波動(dòng)度的只有溫度一項(xiàng)。門窗保溫性能檢測(cè)裝置在穩(wěn)態(tài)下，工作空間中心點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化量，即中心點(diǎn)在30 min內(nèi)（每5 min測(cè)試一次）實(shí)測(cè)最高溫度與最低溫度之差的一半，冠以“±”號(hào)。

式中：Δtf— 溫度波動(dòng)度，℃；

tmax— 中心點(diǎn)n次測(cè)量中的最高溫度，℃；

tmin— 中心點(diǎn)n次測(cè)量中的最低溫度，℃

5 結(jié)語

建筑外門窗保溫性能檢測(cè)裝置是近年出現(xiàn)的一種非標(biāo)儀器。本文闡述的校準(zhǔn)方法，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)溯源方法的不足，更加真實(shí)反映設(shè)備的性能，保證了量值的一致性，具有一定的參考價(jià)值。但因現(xiàn)場(chǎng)一些不確定因素影響，如“系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)間的長(zhǎng)短、風(fēng)速和功率校準(zhǔn)方法的粗放性”等，會(huì)對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果及不確定度的評(píng)定產(chǎn)生一定的影響，還有待進(jìn)一步的完善。

[1]劉權(quán)儀. 門窗節(jié)能在建筑節(jié)能當(dāng)中的重要性與探索[J]. 新型建材與建筑裝飾, 2009(09)： 184-185.

[2]建設(shè)部建筑制品與構(gòu)配件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). GB/T 8484-2002[S]. 北京： 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2004.

[3]建設(shè)部建筑制品與設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). GB/T 16729-1997[S].北京： 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 1997.

[4]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建筑制品與構(gòu)配件產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 8484-2008[S]. 北京： 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2009.

[5]劉月莉. 《建筑外門窗保溫性能分級(jí)及檢測(cè)方法》解讀[J]. 工程質(zhì)量, 2009(8)： 38-40.

[6]全國(guó)絕熱材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). GB/T 13475-2008[S]. 北京： 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2008.