双面热流计法测定建筑围护结构传热系数研究

摘要：我国社会经济的高速发展伴随着巨大的能源消耗与环境污染，随着绿色环保可持续观念的深入人心，节能环保已经成为当今各行各业的重心所在。在建筑行业中，也逐渐推行建筑节能的设计，甚至需要进行建筑节能改造。文章以双面热流计法作为测定围护结构传热系数方法进行研究，希望能够提高我国建筑节能改造水平，降低我国建筑能耗。

关键词：建筑工程；节能改造；围护结构传热系数；双面热流计法；建筑能耗 文献标识码：A

中图分类号：TU502 文章编号：1009-2374（2016）13-0026-02 DOI：10.13535/j.cnKi.11-4406/n.2016.13.013

现阶段，我国既有建筑房屋數量庞大，并且由于之前建筑节能设计与建设尚未普及，在这些既有建筑房屋中，很少有建筑节能功能，因此这些建筑必然会造成大量的能源消耗。与近些年的新建节能建筑相比较，尚未采取节能功能的建筑占据了大多数，要想实现建筑节能，必须要对既有建筑进行改造，才能大幅度地降低全国建筑能耗。在我国建筑行业中，建筑节能的实现不仅是进行新建建筑的节能设计与建造，还包括对既有建筑的节能改造。在建筑节能改造中，需要根据围护结构的传热系数来进行，而围护结构传热系数的测定是建筑节能改造的关键所在。

1 建筑节能改造及围护结构传热系数测定方法

1.1 建筑节能改造内容

在进行既有建筑节能改造的时候，必须要详细调查现有建筑的基本情况，不但要对建筑的建造时间以及建筑的结构形式进行详细调查，做好围护结构热工性能的调查，还要建立数据库来进行当地建筑相关数据资料的收录，如此一来在进行建筑节能改造时，便能从数据库中获取相关的数据从而提供数据方面以及技术上的支持。本文主要从围护结构传热系数进行论述，因此在调查建筑围护结构热工性能时，可以从如下三点来进行：一是进行建筑设计文件的收集，详细了解建筑的各方面情况；二是根据建筑设计图纸，将建筑物的耗热量指标以及各种热工性能指标、围护结构传热系数进行计算；三是进行围护结构热工性能的现场检测，进行建筑现场节能检测一方面可以对新建建筑节能性进行评价，另一方面还能将现有建筑传热的实际情况测定出来，从而能够将建筑节能改造方案设计得更为科学合理。从这个方面来看，围护结构的传热系统在建筑节能改造中起到了极为重要的作用。

1.2 围护结构传热系数的测定方法

目前为止，防护热箱法、常功率平面热源法、单面热流计法、双面热流计法以及热箱法标定热箱法是五种较为常用的测定围护结构传热系数的方法。这五种方法在使用过程中，都存在一定的局限性，或者操作较为复杂。热箱法是一种较为成熟的实验室检测方法，在国际以及国内都有相关的检测标准。在进行现场检测时，热箱法的测定不会受到季节的影响，但关键的是消除测试误差。而双面热流计法是一种操作简单方便，却能够不受温度热流不一致的影响的测定方法。本文以双面热流计法作为围护结构传热系数的主要测定方法进行研究，为现有建筑的节能改造提供参考。

2 建筑节能改造中的实际应用

2.1 测试对象概况

既有建筑物测试对象选择北京海淀区某建筑楼，测试的房屋选择东西朝向的5楼房屋，将测试点布置在北向一间房间的北面外墙上，此外墙的构造是内表面为水泥砂浆，中层为陶粒混凝土，外表面为水泥砂浆，最外层是防水涂料。

2.2 双面热流计法测定

从热阻计算公式R=中可以得知，墙体的热阻值R是可以计算出来的，主要是通过对外墙内外表面的温差值t进行测量，然后根据外墙的热流值q就能够计算出来。

其中，铜康铜热电偶是用来进行外墙内外表面的温差值测量的主要工具，而热流值则是使用热流计测出来的。在进行温度值以及热流值测量过程中，需要注意两个问题：一是在测量温度值以及热流值的过程中，墙体的传热不够稳定，在实际测量方面温度波会出现延迟现象，因此两者在时间上并不是相吻合的；二是墙体具有蓄热的作用，由外表面进入墙体内部的热流值，与同一时刻由墙体内部流过内表面的热流并不一致。利用双面热流计法来进行墙体热阻的测量，就能够避免出现上述两个问题。

测试过程如下：需要用到两个铜康铜热电偶，分别置于墙体内外表面上，并且将DC100数据采集仪与两个铜康铜热电偶相联系，进行墙体内外表面温度值的测量。另外需要两个热流计，同样置于墙体内外表面，与数据采集仪相连接，进行墙体内外表面热流值的测量。在这个过程中假设作用于外墙的温度波是呈周期性变化的简谐波，可大致算出温度波的延迟时间为7.2小时。因此为避免温度波时间延迟所带来的影响，测试的时间需要比延迟时间长。本次测试采集了11天内的数值求平均值，测试时间远远大于延长时间。除此之外，为了确保墙体热流值的准确性，可以利用通过墙体内、外表面的热流的平均值代替。

2.3 数据处理

i时刻墙体内、外表面的温差值为：Δti=ti1-ti2

整个测试时间内的温差平均值为：

i时刻通过墙体的热流为：qi=（qi1+qi2）

整个测试时间内通过墙体的热流平均值为：

式中：时刻墙体外表面的温度值用til表示；时刻墙体外表面的温度值用ti2表示；时刻通过墙体外表面热流值用qi1表示；时刻通过墙体内表面热流值用qi2表示；整个测试时间内的时间跨度用K表示。

K=11×24×60=15840分钟

在整个测试时间内墙体的平均热阻值为：R测=

由DC100数据采集仪记录的数据可以计算出：=0.480℃；=1.09w/m2

因此，根据热阻计算公式来进行计算，墙体构造热阻平均值为：R测===0.440m2·K/w

2.4 测量值与理论值的比较

在既有建筑节能改造中，利用双面热流计法进行围护结构传热系数测定的准确定，可以通过计算理论值的方法进行比较来确定。

被测外墙热阻计算如下：

水泥砂浆的导热系数为0.93w/m·K，陶粒混凝土的导热系数取0.50w/m·K。防水涂料层的热阻略去不计。

水泥砂浆（外表面）：m2·K/w

陶粒混凝土：==0.380m2·K/w

水泥砂浆（内表面）：==0.016m2·K/w

被测外墙的构造热阻值为：R=R1+R2+R3=0.022+0.380+0.016=0.418m2·K/w

相对误差为：

从上述对比中可以看出，双面热流计法测量值R测与理论值相近，因此在此次双面热流计法测定围护结构传热系数的应用中，双面热流计法测定值是科学可行的。

3 双面热流计法现场测定注意事项

3.1 现场测定注意事项

3.1.1 热惰性对检测的影响分析及处理措施。在进行围护结构传热系数测定时，外界温度以及热流的变化会引起围护结构的抵抗，被称为热惰性。不同的围护结构具有各不相同的热惰性。热惰性与检测时间的长短以及数据的有效性息息相关，如果所测定出的数据没有反映出热流传递的周期性变化，那么这项数据是无效的。为了避免上述情况对双面热流计法测定结果产生影响，可以采取三种方法：一是在被测定的围护结构内表面安装双面热流计，这样能够有效地避免墙体蓄热对检测结果的影响；二是如果被测定的围护结构其热惰性较大，通常情况下会让此围护结构有4个测试周期的稳定期，这样一来，墙体传热便能够出现稳定的周期变化。之后，进行3个周期的检测，并将这3个周期的数据计算出来，如此一来便能够减少由于热惰性过大而引起的测试误差；三是在选定检测日期的时候，检测时候要尽量挑选室外温差波动较小的日期，也就是说在没有大的天气变化的日期适合进行检测。

3.1.2 双面热流计热阻对检测的影响。在进行围护结构传热系数测定时，需要在墙体表面上粘贴双面热流计，这样会改变墙体原有的性质，给墙体增加一定的热阻。而当双面热流计接收到传过墙体热阻的热流时，在被检测墙体与双面热流计之间的接触面并不是绝对光滑的，导致宏观接触面大于实际接触面，接触面之间的间隙会形成接触热阻。因此，利用双面热流计测出的实际热阻是墙体、接触以及双面热流计的热阻，要大于墙体的实际热阻，从而造成检测出现误差。为了避免出现这种问题，在安装双面热流计的时候，需要做到如下三点：一是利用内嵌法进行固定，且要与围护结构的表面尽可能的齐平；二是如果双面热流计采取外粘贴的话，为了减少对边界产生的影响，需要将石膏在双面热流计的周围抹成缓坡；三是为了提高测量的精度，在粘贴双面热流计时，应当尽可能地避免双面热流计与围护结构表面出现空隙，确保二者之间的紧密接触。

3.2 双面热流计法对环境的要求

在利用双面热流计法进行围护结构传热系数测定时，对于测定环境有一定的要求。由于围护结构传热会受到环境的影响，因此在使用双面热流计法进行测定时，需要满足以下环境要求：一是为了避免受到太阳辐射的影响，在进行检测的时候需要选择背对阳光的墙体，例如北向的墙体；二是为了避免受到风速变化产生的影响，在进行检测的时候需要选择晴朗没有风的天气；三是在利用双面热流计法进行围护结构传热系数测定的时候，最好将室内外温差控制在15℃～20℃之间。

4 结语

从上述分析中可以看出，双面热流计法在建筑节能改造围护结构传热系数测定中起到了重要的作用，且测定结果较为准確。但是在检测过程中，双面热流计法容易受到周围环境的影响，因此在采用双面热流计法测定围护结构传热系数过程中要尽量选择背对阳光的墙体，并且适宜在晴朗无风的天气进行。总而言之，在现有建筑的节能改造中，双面热流计法是一种简单可靠的测定方法，值得被广泛应用。

参考文献

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社，2012.

[2]杨红，刘加平，黄振利，杨西伟.墙体传热系数现场

检测及热工缺陷红外热像检测技术研究[J].保温材料

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[3]曾宪纯，岑如军.既有建筑围护结构传热系数现场检

测方法研究[J].浙江建筑，2010，（27）.

作者简介：王南（1973-），男，江苏南京人，银川市建设工程综合检测站助理工程师，研究方向：外墙保温材料的物理性能及燃烧性能的检测。

（责任编辑：黄银芳）