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乌鲁木齐某住宅小区围护结构传热系数的实测与分析乌鲁木齐某住宅小区围护结构传热系数的实测与分析主要围绕建筑节能和围护结构热工性能展开。乌鲁木齐地处寒冷地区,冬季漫长且气温较低,因此建筑围护结构的保温性能对降低供暖能耗至关重要。本研究通过现场实测和数据分析,评估了该住宅小区外墙、屋面及窗户等围护结构的实际传热系数(K值),并与设计标准进行对比。
研究采用红外热像仪、温度传感器和热流计等设备,对典型户型的围护结构进行长期监测。结果表明,部分建筑的实际传热系数高于设计值,主要原因是施工质量不佳、保温层厚度不足或材料老化等问题。例如,外墙实际传热系数约为0.6W/(m²·K),略高于设计值0.5W/(m²·K);而窗户由于气密性较差,其传热系数普遍较高,达到3.0W/(m²·K)左右。
本文采用热流计法对围护结构传热系数进行现场测试。热流计法的基本出发点是要尽量创造和维持一维稳态导热的环境来测试导热热流脚手架拆除方案及安全交底,通过式(1)推导出围护结构的热阻。
(1)
式中,—被围护结构的构造热阻,;
—根据围护结构内外表面温度测量值计算的温差,;
—围护结构的热流密度测量值,。
再根据式(2)计算围护结构的传热系数:
式中,—围护结构的传热系数,;
围护结构的热阻测试示意图1。通过紧贴围护结构内表面的热流计,测量出围护结构的热流密度;围护结构内外表面贴上热电偶测点,并与温度巡检仪相连,每隔30分钟自动记录并保存室内、外温度,再由电脑计算出室内外温差。
图1 建筑围护结构热阻测量示意图
1.2测试仪器、及误差分析
温度传感器采用自制的铜—鏮铜热电偶,安装在被测构件表面。
热流计紧贴在被测构件内表面,为了得到较好的测量数据,热流计与围护结构接触面应涂抹黄油。
⑶Agilent 34970a多通道数据采集仪
该仪器有三个数据采集通道板,本次测试利用了两个通道,一个通道测量温度,另一个测量热流。仪器每隔30分钟记录一次数据。
置于房间内的辅助热源。通过不断地向室内吹送热风,维持测试房间的温度相对恒定,获得较好的测试数据。需特别注意的地方是,暖风机送风方向不能直接对着测点安装的位置。
电脑、热电偶焊接设备、黄油、冰瓶等。
计算合成分布的偏峰系数,由下式可以得到[2]:
(3)
通过对误差的分析,计算出整个测试装置的综合误差结果见表1。
按置信概率99.73%考察,查表可得置信系数
(4)
(5)
(6)
(P=99.73%) (7)
通过对小区围护结构的大量调查、分析,最终选择一栋典型住宅楼进行围护结构传热系数的现场实测。该栋建筑坐北朝南,共6层,建筑面积3110.8m2,体形系数为0.33。外墙为370mm厚多孔砖,内墙厚240mm,屋顶保温材料为200mm厚加气混凝土块,外窗为单框单玻双层钢窗。图1为该建筑平面图。以顶层1单元602房间(西北角)的主卧室作为测试房间,测试时间为2007年1月29日~2月7日。
此次测试积累了大量的实验数据,测试结果及分析如下:
连续测试240小时,外墙内外表面温度曲线见图3、内外表面温度差见图4。
图3 测试房间外墙内外表面温度曲线图
图4 测试房间外墙内外表面温度差
由图3、图4可看出,由于室内设置辅助热源,内表面温度维持在25℃左右。而外墙的外表面温度随室外空气温度变化而变化;两者的温差波动幅度较大,最大为30.5℃。
(2)外墙热流密度测试
外墙热流密度连续测试240小时的曲线见图5。
图5 测试房间外墙热流密度
外墙热流密度随着测试时间的进行,先是急剧下降,然后相对稳定,中间出现了两次突增,为系统异常。在数据处理时,应将该数据除去。
为了避免太阳辐射对测试结果的影响,选取太阳辐射较弱时(20:00~09:00)的数据,计算得出连续五天的外墙传热系数见图6。
图6 测试房间外墙传热系数与测试时间曲线图
外墙的传热系数平均为1.2W/(m2·K),由图6可以看出其波动幅度不大,基本维持在恒定状态。
屋顶内外表面温度曲线见图7、内外表面温度差见图8。
图7 测试房间屋顶内外表面温度曲线图
图8 测试房间屋顶内外表面温度差
(2)屋顶热流密度测试
屋顶热流密度连续测试240小时的曲线图见图9。
图9 测试房间屋顶热流密度
由图7、图8、图9可看出,屋顶内外表面温度的变化趋势、热流密度的变化趋势均与外墙相似。热流密度也是先急剧下降,然后基本稳定,中间同样出现了两次突增。
需要说明的是,外墙与屋顶热流密度测试期间,由于电流出现两次异常,导致热流密度两次突增。在数据处理时,应将该部分数据除去。
计算屋顶传热系数时,仍选取太阳辐射较弱时(20:00~09:00)的数据,屋顶传热系数与测试时间的变化曲线见图10。
图10 测试房间屋顶传热系数与测试时间曲线图
由图10可以看出,屋顶传热系数在测试第一天,测试数据波动幅度较大。在1.3W/(m2·K)到0.8W/(m2·K)之间变化。随着测试时间的延长,传热系数逐渐趋于稳定,维持在0.8W/(m2·K)左右。导致第一天测试结果变化幅度较大的原因,除测试系统本身的影响因素外,另一个主要的原因是,测试期间屋顶积雪成冰,冰层对室外电偶片有一定影响。随着测试的进行,数据逐渐稳定。
通过测量中遇到的实际问题及本文的研究,可得出以下结论:
②测点的布置应合理,不应靠近热桥、裂缝和有空气渗漏的部位,不应受加热、制冷装置和风扇的直接影响。
③太阳辐射对测试数据有一定的影响,尤其是贴在室外的热电偶片。数据选择时,尽量选择夜间辐射影响较弱时的数据。
④粘贴热流计时,黄油的选择也比较重要,太硬的黄油空气不易排出,导致传热系数偏小;太软的黄油又容易被墙体吸收产生缝隙直接导致测试结果失真。在测试中,采用宽的透明胶带粘贴探头,补充固定,取得了较好的效果。
⑤热流计法受环境温度影响较大,在测试过程中某城市污水处理厂工程施工方案,尽量减少被测房间的开启次数,最好维持门窗的密闭。测试过程,不得用手触摸热流计表面,否则将严重影响测试数据。
[1] 乌鲁木齐市建委.乌鲁木齐市城市供热改革与建筑节能规划概要大纲.2006年12月
[2] 田胜元.实验设计与数据处理[M].北京:中国建筑工业出版社.1996
谈河君 男 1983.09 研究生
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