圍護結構傳熱系數現場檢測及影響因素

孫明枝

(山西建工建筑工程檢測有限公司，山西太原 030006)

在提倡節能減排、低碳生活的今天，建筑物的節能效果最終由其圍護結構來體現。而傳熱系數又是衡量圍護結構保溫效果的關鍵指標，為此，傳熱系數檢測的準確度就顯得非常重要。同時由于現場施工過程的復雜性和人為因素，其施工質量往往受主觀和客觀因素的影響，如果我們僅僅局限于實驗室室內檢測圍護結構(墻體)的傳熱系數，則不能真實、客觀、準確地反映施工現場的實際情況，為此要求我們檢測單位必須對圍護結構的傳熱系數進行準確的現場檢測。為了提高圍護結構傳熱系數檢測的準確性，本文通過介紹控溫箱—熱流計法測定過程，著重分析了某些影響因素，并提出相應的措施。

1 傳熱系數

傳熱系數:是指在穩定傳熱條件下，圍護結構兩側空氣溫差為1℃/1 K，單位時間內通過單位面積傳遞的熱量。簡而言之(墻體)傳熱系數是涵蓋了(墻體的)全部構造層次及(墻體)兩側空氣層在內的。目前現場檢測圍護結構的傳熱系數常見方法主要有:熱流計法、熱箱法和控溫箱—熱流計法三種。熱流計法雖然儀器設備少、檢測原理簡單、易于理解掌握，但在現場測試時有嚴重的局限性:因為該方法的前提條件是必須在采暖期才能進行測試;而熱箱法雖不受溫度的限制，但要把整個房間當作防護箱，需要將房間溫度和箱體內的溫度保持一致，如果房間較大，則檢測時溫度控制難度較大，有一定的局限性。控溫箱—熱流計法是將熱流計法和熱箱法相結合:不僅克服了熱流計法必須在采暖期間才可測試的問題，又不用校準熱箱的誤差(因為這時的熱箱僅僅是一個溫度控制裝置，其發熱功率不參與結果計算，因此不計算輸入熱箱和熱箱向各個方向傳遞的功率)。因此，不用將整個房間加熱至與箱體同樣的溫度，也不用龐大的防護箱在現場消除邊界熱損失，也不用標定邊界熱損失。現今廣泛應用的材料導熱系數平板測試法也是這個原理。下面就以控溫箱—熱流計法現場檢測圍護結構中的建筑外墻為例來講(以加熱方式運行為例)。

2 控溫箱—熱流計法檢測原理

與熱流計法相同，只是用人工手段對環境溫度進行控制。簡而言之，就是利用控溫箱控制溫度，模擬采暖期間建筑物的熱工狀況，用熱流計法測定被測對象的傳熱系數，在這個熱環境中測量通過被測墻體的熱流量、箱體內的溫度、墻體被測部位的內外表面溫度及室內外環境溫度。再根據式(1)～式(3)分別算出被測部位的熱阻、傳熱阻和傳熱系數。

其中，R為被測物的熱阻，m2·K/W;t1為冷端溫度，K;t2為熱端溫度，K;E為熱流計讀數，mV;C為熱流計測頭系數，W/(m2·mV)，熱流計出廠時已標定;R0為被測物的傳熱阻，m2·K/W;Ri為內表面換熱阻，m2·K/W;Re為外表面換熱阻，m2·K/W;K為傳熱系數，W/(m2·℃)。

3 控溫箱—熱流計法現場墻體傳熱系數的測定

1)溫度控制器:具有制冷和加熱功能，根據季節需要進行雙向切換使用，夏季高溫時用制冷運行方式，春秋季用加熱方式運行;同時能精確穩定地控溫。2)傳感器:主要有溫度傳感器和熱流傳感器，分別用來測量溫度和熱流。3)數據采集儀:由巡檢儀自動完成溫度值和熱流值的采集記錄，同時，可設定采集時間間隔(一般間隔時間設定為30 min)。

4 檢測步驟

先選取干燥且有代表性的墻體，粘貼溫度傳感器和熱流計，在對應面相應位置粘貼溫度傳感器，然后將溫度控制儀箱體緊靠在被測位置，使得熱流計位于控溫箱中心部位，布置在墻體溫度高的一側(因為是以加熱方式為例)。開機檢測，在線或離線監控傳熱系數動態值，選擇傳熱過程基本達到穩定后的數據進行處理、分析，以判斷能否結束試驗。如果檢測儀沒有計算功能，就需將所測數據導入EXCEL，用其計算功能輸入式(1)～式(3)，分別計算出被測墻體的熱阻、傳熱阻和傳熱系數，并加以判定。控溫箱及其內部測溫傳感器的布置如圖1所示。

圖1 控溫箱安裝及其內部測溫傳感器布置圖

5 檢測過程中的影響因素分析

1)首先，檢測時必須保證所測外墻是干燥的。因為我們所依據的判定標準是圖紙設計的墻體傳熱系數值是依據所用材料在絕對干燥狀態下的導熱系數來計算的。另外，眾所周知，墻體在砌筑過程中經常要對砌筑材料進行濕潤處理，也就是說如果我們在不能保證墻體干燥的情況下所測傳熱系數值是不能加以判定的。而且試驗證明:材料的實際導熱系數是隨著材料中的含水率的升高而明顯增大，而所用材料的導熱系數又是決定墻體傳熱系數的關鍵。采取措施:如果所測墻體處于潮濕狀態，我們可以人工調節墻體含水率，根據具體情況對所測墻體采用多個電暖器烘2d～3d，使墻體在高溫下較為迅速的將水分蒸發掉。同時應將檢測穩定時間適當延長一些(至少24h)。2)現場檢測過程，應盡量避免在外界環境劇烈變化的天氣下進行。因為當外界環境溫度發生劇烈變化時，溫度將產生較大的波動，而熱流密度發生改變卻較為滯后，則會導致傳熱系數檢測值出現不穩定現象，這樣對傳熱系數的測定影響較大。同理，檢測位置應盡量避免選擇陽光直射和狹縫處(風速大)的外墻體，如果條件允許應盡量選擇北面外墻進行測試。3)熱流計測頭必須粘貼在平整、光滑、經過大白處理的內墻面(必要時要用細砂紙進行打磨)，同時要將熱流計的測頭與被測墻體內表面完全接觸，不能有氣泡和空隙。因為如果墻體內表面不平整或是沒使熱流計的測頭緊貼在墻體內表面上，導致有氣泡和空隙，那么無形中是增加了熱流計測頭與墻體內表面間的空氣層，也就加大了熱流計測頭和被測墻體之間的熱阻，使內外墻體溫差的穩定時間大大增加，這樣勢必影響瞬態熱流的測量結果，給測量帶來較大的誤差。同理，墻體表面溫度傳感器的粘貼也一樣。4)安裝控溫箱時，務必使所有熱流計及其溫度傳感器位于箱體的中心位置。因為一面墻體一般需要安裝2個～4個熱流計，而每個熱流計又配有2個相應的溫度傳感器，每個熱流計之間間隔為150mm左右，如果不能使所有熱流計位于箱體的中心位置，那么每個熱流計測出的熱流密度及其溫度差異較大，導致通過每個熱流計算出的傳熱系數差異較大，不具有均勻性。5)控溫箱需用密封條將控溫箱四周與墻體所測部位密封，或在箱體背面用撐桿頂牢。因為一維傳熱理論是建立在控溫箱和室內空氣溫度一致，相互之間無熱量交換基礎上的，而檢測時間中，熱箱內和室內空氣溫度總有一定差別，也就是控溫箱將隨時向室內傳熱，而此時所測傳熱系數值將相對增大，為了減少這種情況的發生，需用密封條將熱箱四周與墻體所測部位密封，或在箱體背面用撐桿頂牢。

總之，為了獲取準確的現場圍護結構傳熱系數的檢測數據，我們除了抱有發現問題、分析原因、研究方案、采取措施的態度外，同時還需從多方面入手，不斷創新、完善和提高檢測技術。

［1］ JGJ132-2009，居住建筑節能檢驗標準［S］．

［2］ 田斌守．控溫箱—熱流計法現場檢測圍護結構傳熱系數研究［J］．墻材革新與建筑節能，2008(10):8-10．