嚴(yán)寒地區(qū)大型公建圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)測(cè)試方法探討

劉佳佳

（大慶油田天宇工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

在對(duì)大型公共建筑進(jìn)行采暖改造設(shè)計(jì)時(shí)，需要建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)作為依據(jù)，以計(jì)算建筑的采暖熱負(fù)荷。由于改造建筑使用年限通常較長(zhǎng)，原始設(shè)計(jì)的傳熱系數(shù)不能作為參考依據(jù)，需對(duì)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)重新測(cè)試。圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)測(cè)試的準(zhǔn)確性對(duì)合理的采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)起著重要作用。

1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法原理

1.1 熱流計(jì)法

熱流計(jì)法為在墻體被測(cè)部位布置熱流計(jì)，在熱流計(jì)周圍的內(nèi)外表面分別布置溫度傳感器，測(cè)試出被測(cè)部位的熱流密度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)、外表面的溫度，利用式（1）～式（3）進(jìn)行計(jì)算，即可得出圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻及傳熱系數(shù)。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體部位的熱阻按下列公式計(jì)算：

式中：R為圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體部位的熱阻，m2.K/W；θEj為圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體部位外表面溫度的第j次測(cè)量值，℃；θIj為圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體部位內(nèi)表面的第j次測(cè)量值，℃；qj為熱流密度的第j次測(cè)量值，W/m2。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體部位的傳熱系數(shù)：

式中：U為圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體部位的傳熱系數(shù)，W/（m2.K）；Re為外表面換熱阻；Ri為內(nèi)表面換熱阻。

外墻的平均傳熱系數(shù)應(yīng)按下列公式計(jì)算：

式中：Km為外墻的平均傳熱系數(shù)，W/（m2.K）；KB1，KB2，KB3為外墻周邊熱橋部位的傳熱系數(shù)，W/（m2.K）；Kp為外墻主體部位的傳熱系數(shù)，W/（m2.K）；FB1，F(xiàn)B2，F(xiàn)B3為外墻周邊熱橋部位的面積，m2；Fp為外墻主體部位的面積，m2。

熱流計(jì)法在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)要求被測(cè)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)高溫側(cè)與低溫側(cè)表面溫度差值在10℃以上，且在測(cè)試的過程中，任何時(shí)刻高溫側(cè)表面溫度需大于低溫側(cè)表面溫度。這就要求只有在供熱期間才能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，但我國(guó)部分地區(qū)冬季基本不供熱，這便限制了熱流計(jì)法的使用范圍。另外該方法假定傳熱為一維穩(wěn)態(tài)，而實(shí)際上為三維非穩(wěn)態(tài)傳熱而且熱流有分量，測(cè)試結(jié)果傳熱系數(shù)偏大。

1.2 熱箱法

熱箱法是人工制造出一個(gè)一維的穩(wěn)態(tài)的傳熱環(huán)境，在被測(cè)建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)利用熱箱模擬出供熱期間建筑物室內(nèi)的熱環(huán)境，室外環(huán)境為冬季的自然條件[1]。使得高溫側(cè)的表面溫度高于低溫側(cè)表面溫度8℃以上，熱量從室內(nèi)傳遞到室外。當(dāng)通過被測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳遞的熱量與熱箱內(nèi)的加熱熱量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，被測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量即為加熱量，從而可以計(jì)算出圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)。

該法基本不受季節(jié)或地區(qū)等的條件限制，但是用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)存檢測(cè)設(shè)備大、工作量大、熱橋等部位無法測(cè)量的弊端。

1.3 控溫箱-熱流計(jì)法

控溫箱-熱流計(jì)法和熱流計(jì)法的測(cè)試原理基本相同，通過人工制造環(huán)境來控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面溫度，再用熱流計(jì)法測(cè)定其傳熱系數(shù)是控溫箱-熱流計(jì)法與熱流計(jì)法的區(qū)別?？販叵渚哂屑訜峒爸评涞墓δ?，能夠模擬建筑物采暖和空調(diào)的熱工環(huán)境，綜合了熱流計(jì)法和熱箱法的優(yōu)點(diǎn)，適用于不同地區(qū)、不同季節(jié)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

1.4 紅外熱像儀法

利用紅外熱像儀測(cè)量圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度分布，通過分析熱像圖來判定圍護(hù)結(jié)構(gòu)是否存在熱工缺陷，同時(shí)可以直接讀取溫度分布求得墻體的傳熱系數(shù)。該法具有操作簡(jiǎn)單、攜帶方便的特點(diǎn)。

2 大型公建現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法對(duì)比分析

本文選取嚴(yán)寒地區(qū)某未進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的大型公共建筑作為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行傳熱系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

使用紅外熱像儀對(duì)大型公建進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)普測(cè)，選取不存在熱工缺陷的壁面，避開容易形成熱橋的位置。溫度、熱流傳感器要布置在圍護(hù)結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)位置的中心處，并使用硅膠、凡士林等粘貼上，保證傳感器與墻面接觸良好。使熱箱與墻體緊密接觸，進(jìn)行密封處理，防止熱量從箱體向外散失。使用三種測(cè)試方法對(duì)同一建筑物進(jìn)行測(cè)試，每半個(gè)小時(shí)記錄一組數(shù)據(jù)，連續(xù)測(cè)試192小時(shí)。

將所有測(cè)試數(shù)據(jù)代入以上的計(jì)算公式，計(jì)算得到測(cè)試持續(xù)時(shí)間內(nèi)的被測(cè)建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，從測(cè)試計(jì)算結(jié)果可見，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法測(cè)得的圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)值均大于設(shè)計(jì)值0.85W/（m2?K)。由于該大型公共建筑建造年代較早，未進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)值較大。

熱箱法測(cè)試過程中由于存在向周圍環(huán)境的側(cè)向散熱，使得測(cè)得的傳熱系數(shù)值偏大，控溫箱-熱流計(jì)法測(cè)試過程中熱流傳感器受到熱輻射影響，測(cè)得的傳熱系數(shù)值比熱流計(jì)法大。由于大型公建建筑面積比較大，測(cè)點(diǎn)多，熱流計(jì)法具有較好的適應(yīng)性與操作性，工作量少。

3 結(jié)語

本文針對(duì)采暖改造設(shè)計(jì)中圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)獲取困難的問題，通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及理論分析對(duì)比不同方法的測(cè)試結(jié)果，認(rèn)為熱流計(jì)法適合嚴(yán)寒地區(qū)大型公建圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，具有適應(yīng)性與操作性強(qiáng)，工作量少等特點(diǎn)。