严寒地区大型公建围护结构传热系数测试方法探讨

2021-05-29刘佳佳

全面腐蚀控制 2021年4期

刘佳佳

（大庆油田天宇工程设计有限责任公司，黑龙江大庆 163000）

0 引言

在对大型公共建筑进行采暖改造设计时，需要建筑围护结构的传热系数作为依据，以计算建筑的采暖热负荷。由于改造建筑使用年限通常较长，原始设计的传热系数不能作为参考依据，需对建筑围护结构传热系数重新测试。围护结构传热系数测试的准确性对合理的采暖系统设计起着重要作用。

1 现场测试方法原理

1.1 热流计法

热流计法为在墙体被测部位布置热流计，在热流计周围的内外表面分别布置温度传感器，测试出被测部位的热流密度、围护结构内、外表面的温度，利用式（1）～式（3）进行计算，即可得出围护结构热阻及传热系数。

围护结构主体部位的热阻按下列公式计算：

式中：R为围护结构主体部位的热阻，m2.K/W；θEj为围护结构主体部位外表面温度的第j次测量值，℃；θIj为围护结构主体部位内表面的第j次测量值，℃；qj为热流密度的第j次测量值，W/m2。

围护结构主体部位的传热系数：

式中：U为围护结构主体部位的传热系数，W/（m2.K）；Re为外表面换热阻；Ri为内表面换热阻。

外墙的平均传热系数应按下列公式计算：

式中：Km为外墙的平均传热系数，W/（m2.K）；KB1，KB2，KB3为外墙周边热桥部位的传热系数，W/（m2.K）；Kp为外墙主体部位的传热系数，W/（m2.K）；FB1，FB2，FB3为外墙周边热桥部位的面积，m2；Fp为外墙主体部位的面积，m2。

热流计法在现场测试时要求被测建筑围护结构高温侧与低温侧表面温度差值在10℃以上，且在测试的过程中，任何时刻高温侧表面温度需大于低温侧表面温度。这就要求只有在供热期间才能进行现场测试，但我国部分地区冬季基本不供热，这便限制了热流计法的使用范围。另外该方法假定传热为一维稳态，而实际上为三维非稳态传热而且热流有分量，测试结果传热系数偏大。

1.2 热箱法

热箱法是人工制造出一个一维的稳态的传热环境，在被测建筑物围护结构的内侧利用热箱模拟出供热期间建筑物室内的热环境，室外环境为冬季的自然条件[1]。使得高温侧的表面温度高于低温侧表面温度8℃以上，热量从室内传递到室外。当通过被测围护结构传递的热量与热箱内的加热热量达到动态平衡时，被测围护结构的传热量即为加热量，从而可以计算出围护结构的传热系数。

该法基本不受季节或地区等的条件限制，但是用于现场测试时存检测设备大、工作量大、热桥等部位无法测量的弊端。

1.3 控温箱-热流计法

控温箱-热流计法和热流计法的测试原理基本相同，通过人工制造环境来控制围护结构的内表面温度，再用热流计法测定其传热系数是控温箱-热流计法与热流计法的区别。控温箱具有加热及制冷的功能，能够模拟建筑物采暖和空调的热工环境，综合了热流计法和热箱法的优点，适用于不同地区、不同季节的围护结构传热系数现场测试。

1.4 红外热像仪法

利用红外热像仪测量围护结构的温度分布，通过分析热像图来判定围护结构是否存在热工缺陷，同时可以直接读取温度分布求得墙体的传热系数。该法具有操作简单、携带方便的特点。

2 大型公建现场测试方法对比分析

本文选取严寒地区某未进行建筑节能设计的大型公共建筑作为研究对象，对其进行传热系数现场测试。

使用红外热像仪对大型公建进行现场普测，选取不存在热工缺陷的壁面，避开容易形成热桥的位置。温度、热流传感器要布置在围护结构测点位置的中心处，并使用硅胶、凡士林等粘贴上，保证传感器与墙面接触良好。使热箱与墙体紧密接触，进行密封处理，防止热量从箱体向外散失。使用三种测试方法对同一建筑物进行测试，每半个小时记录一组数据，连续测试192小时。

将所有测试数据代入以上的计算公式，计算得到测试持续时间内的被测建筑物围护结构传热系数，从测试计算结果可见，现场测试方法测得的围护结构传热系数值均大于设计值0.85W/（m2⋅K)。由于该大型公共建筑建造年代较早，未进行建筑节能设计，围护结构传热系数值较大。

热箱法测试过程中由于存在向周围环境的侧向散热，使得测得的传热系数值偏大，控温箱-热流计法测试过程中热流传感器受到热辐射影响，测得的传热系数值比热流计法大。由于大型公建建筑面积比较大，测点多，热流计法具有较好的适应性与操作性，工作量少。