陳師栩

（廣東省建筑材料研究院有限公司）

0 前言

隨著國(guó)家對(duì)有關(guān)建筑工程質(zhì)量驗(yàn)收要求的提高，并且關(guān)于建筑節(jié)能及綠色建筑法律法規(guī)及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)于建筑材料的熱工數(shù)據(jù)檢測(cè)也成為國(guó)家及地方驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的必檢項(xiàng)目，建筑材料如何能在滿(mǎn)足安全強(qiáng)度的大前提之下做到節(jié)能減排也成為各大材料生產(chǎn)廠(chǎng)家及施工單位的重點(diǎn)考慮要素。

建筑物要達(dá)到綠色節(jié)能減排，其中建筑主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)有很大占比。構(gòu)成圍護(hù)結(jié)構(gòu)的砌筑材料是否能通過(guò)熱工節(jié)能檢測(cè)是該項(xiàng)目的重中之重，滿(mǎn)足了該要求，室外的氣候變化通過(guò)該建筑主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)室內(nèi)環(huán)境的舒適性產(chǎn)生產(chǎn)生影響。

1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的熱工意義

對(duì)于建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)是否能達(dá)到節(jié)能保溫的要求，可以從其構(gòu)筑材料及圍護(hù)主體的熱工參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)分析，熱工參數(shù)主要為：導(dǎo)熱系數(shù)、蓄熱系數(shù)、熱阻、傳熱阻導(dǎo)溫系數(shù)、傳熱系數(shù)。

傳熱系數(shù)是在穩(wěn)態(tài)傳熱條件下，當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)的空氣溫差為1K(1℃)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位平方米圍護(hù)結(jié)構(gòu)面積所能傳遞的熱量，單位為W/（m2·K）,傳熱系數(shù)包含了圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身的砌筑構(gòu)造和結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣層在內(nèi)的熱能量傳導(dǎo)性能。傳熱系數(shù)與傳熱阻為倒數(shù)關(guān)系，而傳熱阻與其圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑材料導(dǎo)熱系數(shù)及相關(guān)厚度有關(guān)，導(dǎo)熱系數(shù)與導(dǎo)溫系數(shù)及比熱容有關(guān)，所以綜合其計(jì)算方式可以知道建筑物中圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)是判斷其保溫效果的最終參數(shù)之一。

傳熱系數(shù)是圍護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中熱工性能的表現(xiàn)，許多實(shí)驗(yàn)也表明了圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的降低可以明顯減少建筑能耗，通過(guò)達(dá)到良好的圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)可以讓建筑物在夏天及冬天減少空調(diào)能量的損失，降低其總體耗電量。研究表明現(xiàn)代建筑空調(diào)耗電量的占比越來(lái)越大，如何有效利用及減少排放是當(dāng)代綠色建筑重要的評(píng)價(jià)之一。作為建筑表面積占比最大的圍護(hù)結(jié)構(gòu)如何能通過(guò)其構(gòu)造、材料等多方面降低其傳熱系數(shù)從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保，是建筑學(xué)中一項(xiàng)重要的研究課題之一。

2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)檢測(cè)方法

2.1 對(duì)比試樣的樣品構(gòu)造說(shuō)明

為求更直觀(guān)地體現(xiàn)三種不同傳熱系數(shù)檢測(cè)方式（計(jì)算法、砌筑法、現(xiàn)場(chǎng)法）的數(shù)據(jù)差異，通過(guò)對(duì)同一結(jié)構(gòu)的圍護(hù)墻體（圖1、表1）分別進(jìn)行三種不同方法的檢測(cè)，從而得到不同檢測(cè)方法下的傳熱系數(shù)數(shù)值。

表1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體構(gòu)造砌筑說(shuō)明

圖1 蒸壓加氣混凝土保溫墻體

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)計(jì)算法

圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)計(jì)算法是通過(guò)防護(hù)熱板法測(cè)試得出砌筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)或者通過(guò)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》查表得出砌筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)和熱阻之后，代入其計(jì)算公式推算出圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)。

基本計(jì)算方法如下：

⑴計(jì)算出單一均質(zhì)材料層的熱阻：R=δ/λ

R——材料層的熱阻（m2·K/W）；

λ——材料的導(dǎo)熱系數(shù)[W/（m·K）]；

δ——材料層的厚度（m）。

⑵計(jì)算多層均質(zhì)材料層組成的熱阻：

⑶計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱阻：R0=Ri+R+Re

為保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)計(jì)算法的重復(fù)性與準(zhǔn)確性，由三組不同實(shí)驗(yàn)人員對(duì)同一塊蒸壓加氣混凝土砌塊樣品進(jìn)行三組導(dǎo)熱系數(shù)檢測(cè)，結(jié)合《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)范附錄提供的抹灰砂漿導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算出實(shí)驗(yàn)墻體的傳熱系數(shù)。

蒸壓加氣混凝土砌塊樣品導(dǎo)熱系數(shù)檢測(cè)儀器：游標(biāo)卡尺；鋼直尺；電子天平；導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀。

防護(hù)熱板法裝置測(cè)定導(dǎo)熱系數(shù)原理為：在穩(wěn)態(tài)條件下，在具有平行表面的均勻板狀試件內(nèi)，建立類(lèi)似于兩個(gè)平行的溫度平面為界存在的一維均勻熱流密度，從而得出材料導(dǎo)熱系數(shù)，其結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2

在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下（溫度25℃、濕度50%），三組試驗(yàn)人員分別將同一組蒸壓加氣混凝土砌塊樣品通過(guò)烘箱將樣品烘至干態(tài)后，分別用鋼直尺、游標(biāo)卡尺、電子天平計(jì)算出樣品密度，最后將樣品裝入同一臺(tái)導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀并在全電腦控制模式下測(cè)定樣品導(dǎo)熱系數(shù)，三組導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 導(dǎo)熱系數(shù)結(jié)果

通過(guò)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》查表得出密封空氣內(nèi)、外間層表面換熱阻數(shù)值：0.16（m2·K/W）, 水泥抹灰砂漿導(dǎo)熱系數(shù)：0.93W/（m·K），乳膠漆導(dǎo)熱系數(shù)忽略不計(jì)，蒸壓加氣混凝土砌塊、泡沫混凝土砌塊墻體因灰縫影響，導(dǎo)熱系數(shù)的修正系數(shù)a=1.25。將三組導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)據(jù)分別代入圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的基本計(jì)算公式后，最終得出三組不同的墻體傳熱系數(shù)，如表3。

表3 圍護(hù)墻體傳熱系數(shù)結(jié)果（計(jì)算法）

2.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)砌筑法

圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)砌筑法是把要測(cè)定的圍護(hù)結(jié)構(gòu)按照實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)砌筑的要求及造法，砌筑在1.2m×1.2m 的試樣框架內(nèi)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)樣品砌筑完成后繼續(xù)在等條件下養(yǎng)護(hù)28 天后裝入穩(wěn)態(tài)熱傳遞性質(zhì)測(cè)定系統(tǒng)內(nèi)，按《絕熱 穩(wěn)態(tài)傳熱性質(zhì)的測(cè)定標(biāo)定和防護(hù)熱箱法》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行傳熱系數(shù)檢測(cè)。

穩(wěn)態(tài)熱傳遞性質(zhì)測(cè)定系統(tǒng)檢測(cè)原理為：模擬四季圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的傳熱，將構(gòu)件置于兩個(gè)不同溫度場(chǎng)的箱體之間，熱箱模擬室內(nèi)或夏天季節(jié)情況，冷箱模擬室外或室內(nèi)空調(diào)環(huán)境。儀器達(dá)到熱傳導(dǎo)穩(wěn)定狀態(tài)后對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)樣品的冷、熱面進(jìn)行熱流數(shù)據(jù)采集，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算出傳熱系數(shù)值，儀器構(gòu)造如圖3、圖4。

圖3

圖4

同樣為保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)砌筑法的重復(fù)性與準(zhǔn)確性，由三組不同實(shí)驗(yàn)人員對(duì)該蒸壓加氣混凝土砌塊墻體樣品進(jìn)行三組傳熱系數(shù)檢測(cè)，為保證每組數(shù)據(jù)的對(duì)比性，該蒸壓加氣混凝土砌塊墻體樣品在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下（溫度25℃、濕度50%）養(yǎng)護(hù)28 天，每組人員試驗(yàn)間隔24 小時(shí)，保證穩(wěn)態(tài)熱傳遞性質(zhì)測(cè)定系統(tǒng)每組測(cè)試的穩(wěn)定運(yùn)行。穩(wěn)態(tài)熱傳遞性質(zhì)測(cè)定系統(tǒng)中熱室溫度設(shè)置為35℃，冷室溫度設(shè)置為-10℃，熱傳導(dǎo)狀態(tài)穩(wěn)定后對(duì)冷、熱面熱流數(shù)據(jù)進(jìn)行6 次采集，每次采集持續(xù)時(shí)間為30分鐘。表4 為三組試驗(yàn)人員得出的傳熱系數(shù)數(shù)據(jù)。

表4 圍護(hù)墻體傳熱系數(shù)結(jié)果（砌筑法）

2.4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)法

圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)法是根據(jù)《建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)及采暖供熱量檢測(cè)方法》、《居住建筑節(jié)能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)，將圍護(hù)熱傳遞性能現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀運(yùn)送到檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)被檢測(cè)的建筑物圖紙選取確定的檢測(cè)區(qū)域后，在檢測(cè)部位的室內(nèi)外安裝好檢測(cè)儀的熱流計(jì)和溫度傳感器，并把檢測(cè)熱箱充分貼合安裝在被測(cè)表面，設(shè)置好各傳感器數(shù)據(jù)后，檢測(cè)儀將在規(guī)定的測(cè)試時(shí)間內(nèi)采集相關(guān)的數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件對(duì)被測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析從而得出傳熱系數(shù)。

圍護(hù)熱傳遞性能現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀的檢測(cè)原理是人為制造一個(gè)一維的熱傳遞條件環(huán)境，通過(guò)室內(nèi)面的熱箱可以模擬建筑物室內(nèi)環(huán)境，通過(guò)微電腦控制軟件中的算法可以實(shí)時(shí)控制熱箱內(nèi)和被測(cè)面的溫度，使之保持一致的穩(wěn)定狀態(tài)，另一側(cè)面為室外自然環(huán)境狀態(tài)，在一定的檢測(cè)周期內(nèi)取穩(wěn)定的24 小時(shí)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算得出被測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)。原理圖如圖5。

圖5

圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)法在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境上與計(jì)算法、砌筑法不同，并不能如圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)計(jì)算法一樣在試驗(yàn)室環(huán)境下（溫度25℃、濕度50%）進(jìn)行，也不能像圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)砌筑法那樣人為建立一個(gè)密封的冷、熱檢測(cè)環(huán)境。三組實(shí)驗(yàn)人員按照實(shí)際檢測(cè)的氣候情況對(duì)測(cè)試墻體樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，熱箱溫度設(shè)置為50℃，測(cè)試運(yùn)行周期為96 個(gè)小時(shí)，取穩(wěn)定后的24 小時(shí)傳熱系數(shù)數(shù)據(jù)。為保證儀器的穩(wěn)定運(yùn)行以及試驗(yàn)墻體樣品熱流的消散，每組實(shí)驗(yàn)間隔為24 小時(shí)。三組現(xiàn)場(chǎng)法熱流密度具體差別見(jiàn)圖6。

圖6 三組現(xiàn)場(chǎng)法熱流密度

三組圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)法的數(shù)據(jù)如表5。

表5 圍護(hù)墻體傳熱系數(shù)結(jié)果（現(xiàn)場(chǎng)法）

2.5 圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)三種檢測(cè)方法數(shù)據(jù)差異分析

由計(jì)算法、砌筑法、現(xiàn)場(chǎng)法三種不同的圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)檢測(cè)方法得出的數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，計(jì)算法是三種方法中差異最小的一種傳熱系數(shù)檢測(cè)方法。三組不同實(shí)驗(yàn)人員得出的墻體傳熱系數(shù)數(shù)據(jù)，計(jì)算法數(shù)據(jù)最大值0.874W/（m2·K）與最小值0.866W/（m2·K）偏差在1%內(nèi)，砌筑法數(shù)據(jù)最大值1.064W/（m2·K）與最小值1.029W/（m2·K）偏差為3.4%，現(xiàn)場(chǎng)法數(shù)據(jù)最大值1.331W/（m2·K）與最小值1.212W/（m2·K）偏差為9.8%。并且，三種方法得出的數(shù)據(jù)存在較大的差異，特別是計(jì)算法與現(xiàn)場(chǎng)法兩種方法的傳熱系數(shù)數(shù)據(jù)相對(duì)比。計(jì)算法的平均傳熱系數(shù)為0.870W/（m2·K），而現(xiàn)場(chǎng)法的平均傳熱系數(shù)為1.269W/（m2·K），兩種方法偏差高達(dá)45%。

3 應(yīng)用建議

在具備試驗(yàn)資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)人員在符合標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)的操作下，同一砌筑結(jié)構(gòu)的墻體樣品在基本相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境內(nèi)（現(xiàn)場(chǎng)法除外）得到的圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)數(shù)據(jù)差異大，必然導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)測(cè)試的判定有一定的混亂性，造成在實(shí)際的科研、工程檢測(cè)中不能明確地應(yīng)用傳熱系數(shù)檢測(cè)方法。

針對(duì)上述問(wèn)題，筆者根據(jù)三種傳熱系數(shù)檢測(cè)方法的差異，以及多年從事建材熱工檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)，提出以下建議：

第一，圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)計(jì)算法因其便利的計(jì)算方式、較少的重復(fù)性偏差以及較短的檢測(cè)周期，可以運(yùn)用在圍護(hù)結(jié)構(gòu)初期的設(shè)計(jì)階段和熱工節(jié)能的建模設(shè)定。計(jì)算法只需要對(duì)砌筑節(jié)能材料導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行導(dǎo)熱檢測(cè)，而其他輔材則可通過(guò)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》查表得到并代入圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本計(jì)算公式，計(jì)算出圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)數(shù)據(jù)。計(jì)算法是屬于在絕對(duì)理想的環(huán)境情況下進(jìn)行，屏蔽了一切影響試驗(yàn)的因數(shù)，所以計(jì)算法只應(yīng)該用在設(shè)計(jì)、熱工建模的階段。

第二，圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)砌筑法是對(duì)構(gòu)造整體不分割的檢測(cè)模式，被測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)樣品都是根據(jù)施工構(gòu)造表的流程規(guī)定砌筑而來(lái)，所以砌筑法可用在實(shí)際施工中砌筑材料的選型、選材階段。對(duì)于不同廠(chǎng)家、不同型號(hào)、不同批次的砌筑材料可以有著不同熱工差異，而不同的砌筑方式、不同砌筑施工人員的工藝水平等因素也直接影響著圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)。在這些因素的影響下，傳熱系數(shù)數(shù)據(jù)不能像計(jì)算法單靠查表與絕對(duì)理想情況下的計(jì)算公式可以得出。因此砌筑法用在砌筑材料選型、選材階段是最優(yōu)的推薦方法。

第三，圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)法對(duì)于工程施工中傳熱系數(shù)檢測(cè)有著不可替代的意義。圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)法是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、現(xiàn)場(chǎng)砌筑材料、現(xiàn)場(chǎng)砌筑工藝的數(shù)據(jù)檢測(cè)，雖然說(shuō)現(xiàn)場(chǎng)法在目前檢測(cè)中可能會(huì)因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)定點(diǎn)、氣候變化、溫濕度的差異、操作人員的水平等因素還存在著一系列檢測(cè)的限制，計(jì)算法與砌筑法在這種情況下反而能較為準(zhǔn)確地得到設(shè)計(jì)、建模等相關(guān)熱工參數(shù)，但是隨著現(xiàn)場(chǎng)傳熱系數(shù)測(cè)試設(shè)備的改造升級(jí)，以及檢測(cè)方法的不斷進(jìn)步，數(shù)據(jù)的偏差與重復(fù)性問(wèn)題將有所改善?，F(xiàn)場(chǎng)法如果能配合節(jié)能抽芯檢測(cè)，可能會(huì)提高實(shí)際施工中圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)計(jì)算法、砌筑法、現(xiàn)場(chǎng)法三種圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的檢測(cè)數(shù)據(jù)、檢測(cè)周期、操作過(guò)程等方面的分析，暫時(shí)還不能一概而論地確定哪一種方法才是傳熱系數(shù)最好的檢測(cè)手段。未來(lái)應(yīng)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的檢測(cè)方法及手段上作進(jìn)一步研究，尋求一種能結(jié)合或改進(jìn)計(jì)算法、砌筑法、現(xiàn)場(chǎng)法的檢測(cè)方法。