一种建筑墙体动态传热过程测试装置及方法
【专利摘要】本发明公开一种建筑墙体动态传热过程测试装置及方法，包括箱体系统、计算机及仪表监控系统等。箱体系统，用于根据用户输入的测试工况，同时实现墙体的动态及稳态传热过程测试；计算机及仪表监控系统，用于测试工况的设置，并实现墙体传热过程的控制调节，实时采集传热过程中温度、热流、电加热功率等数据，按照预设的计算准则对墙体传热过程及热工性能进行智能分析，自动生成传热过程分析报表。不仅可以实现稳态传热过程中墙体传热系数的检测功能，还可以模拟测试不同城市、不同类型建筑环境下的墙体动态传热过程，智能分析墙体热工性能及其热过程，为不同室内环境调控需求提供不同的墙体构造，为相关标准的制定提供理论依据。
【专利说明】
一种建筑墙体动态传热过程测试装置及方法
技术领域
[0001] 本发明属于建筑墙体热工性能的测试技术领域，特别是传热测试系统。
【背景技术】
[0002] 目前，中国正处于加快推进工业化、城镇化和新农村建设的关键时期，建筑与工 业、交通成为能源使用的三大主力行业，也是温室气体排放的重要来源。2009年我国建筑能 耗达到7.17亿吨标准煤，占全社会总能耗的23.39%，按照发达国家常规的发展方式，我国 建筑能耗占总能耗的比例可达到35%。由于建筑围护结构节能可达25%左右，国家先后出 台公共建筑、居住建筑等多部节能设计标准，分别就围护结构的传热系数、热阻、热惰性指 标等热工性能参数做出了严格规定。因此，外墙作为建筑围护结构的主要组成部分，优化墙 体热工性能对建筑节能的重要性不容小觑。
[0003] 国内外早期对于建筑墙体热工性能的研究仅仅局限在稳定条件下，即自然工况或 连续空调、采暖运行模式下，且国家、行业发布的建筑节能设计及检测验收标准均采用传热 系数K、热阻R及热惰性指标D等参数来衡量和评价墙体的热工性能。近年来，随着空调及采 暖设备使用率迅速攀升，建筑能耗增加迅猛，间歇空调、采暖运行模式也随着建筑节能的呼 吁、房间使用功能及人员行为模式的不同而随之产生。此外，在不同的气候条件下墙体表现 出不同的热工性能，如夏热冬冷地区墙体传热特性与严寒寒冷地区保温外墙的单向热传递 特性具有显著的区别，夏热冬冷地区墙体的热工性能设计不仅要满足夏季白天良好的隔热 性和夜间良好的散热性，还要兼顾冬季良好的保温性。因此，对于间歇空调运行模式下墙体 的热工性能，不能仅仅通过传统的热工性能参数进行衡量和评价。
[0004] 国内现有的墙体热工性能检测设备的检测指标主要有传热系数K、热阻R等，检测 方法主要有热流计法、热箱法、热箱一热流计法、常功率平面热源法及红外热像仪法，这些 检测设备均是在墙体稳态传热条件下进行的。例如:现有技术公开了一种结构简单、适用性 广的围护结构传热系数现场检测装置，可提高被测部位的温度均匀性和稳定程度，但检测 条件局限于稳态传热过程，不能对墙体动态热环境下的热工性能进行检测。本发明旨在针 对不同气候条件和空调运行模式，提供一种可同时实现建筑墙体动态及稳态传热过程的测 试装置及方法，智能分析墙体热工性能及其热过程，为不同室内环境调控需求提供不同的 墙体构造，为相关国家、行业建筑节能标准的制定提供理论依据。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是解决不同气候条件和空调运行模式，提供一种建筑墙体动态传热 过程测试装置，其特征在于:包括试件框(1)、防护热箱(3)、冷箱(5)和控制系统；
[0006] 所述试件框（1)为矩形框;所述防护热箱(3)和冷箱(5)均是一面敞口的中空长方 体，二者分别扣合在所述试件框（1)的两侧，形成一个封闭空间；所述矩形框中间为待测试 的墙体试件(2);所述墙体试件(2)将所述封闭空间分割两个空间;所述防护热箱(3)内部具 有一个计量热箱(4)和防护箱制冷及加热系统（10);所述计量热箱(4)是一面敞口的中空长 方体，其敞口扣合在墙体试件(2)的表面;所述冷箱(5)内部的空间为制冷空间，所述计量热 箱(4)内部的空间为制热空间，所述计量热箱(4)与防护热箱(3)之间的空间为隔热空间；
[0007] 所述冷箱(5)带有冷箱导流屏(6)和冷箱制冷及加热系统(8);所述冷箱导流屏(6) 平行于墙体试件(2)的表面;所述冷箱导流屏(6)的一端固定于冷箱(5)的内壁;所述冷箱制 冷及加热系统(8)对冷箱(5)内的空气制冷或加热；
[0008] 所述计量热箱(4)带有热箱导流屏(7)和电热丝(9);所述热箱导流屏(7)平行于墙 体试件(2)的表面;所述热箱导流屏(7)的一端固定于计量热箱(4)的内壁;所述电热丝(9) 对计量热箱(4)内部的空气加热;所述防护箱制冷及加热系统（10)对计量热箱(4)和防护热 箱(3)之间的空气制冷或加热；
[0009] 所述控制系统通过控制冷箱制冷及加热系统(8)、电热丝(9)和防护箱制冷及加热 系统（10)，对所述制冷空间、制热空间和隔热空间的温度进行调控；
[0010] 墙体试件(2)材料层数为m层，设置m+3个温度测点层，其中，m-1个测点层分别位于 每层墙体材料之间，2个测点层分别位于墙体试件(2)的两侧表面;2个测点层分别位于计量 热箱(4)和冷箱(5)内部，这两个测点层靠近墙体试件(2)表面(即两个箱体内贴近墙体表面 的空气薄层）。
[0011] 进一步，所述冷箱制冷及加热系统（8)通过循环冷风或热风对制冷空间进行温度 调控；
[0012] 所述防护箱制冷及加热系统（10)位于防护热箱(3)外部，通过循环冷风或热风对 隔热空间进行温度调控。
[0013] 进一步，所述隔热空间内部布置若干个循环风机(11)。
[0014] 基于上述装置，本发明公开的建筑墙体稳态和动态传热过程测试方法：
[0015] -、建筑墙体稳态传热过程测试方法包括以下步骤：
[0016] 1)测试前准备:制作墙体试件(2)，将其固定在试件框(1)中，拼装好防护热箱(3)、 计量热箱(4)和冷箱(5);
[0017] 2)进行"稳态"传热测试：用户设定冷箱(5)温度恒定值T。、计量热箱(4)和防护热 箱(3)温度恒定值Th;
[0018] 3)数据监测传输：
[0019] 若进行"稳态"传热测试，传热过程达到稳定状态后，采集计量热箱⑷的电加热功 率Qp;
[0020] 4) "稳态"传热测试数据分析：
[0021] 稳态传热过程达到稳定状态后（即包括Th和T。在内的每个测点层不再变化），试件 两侧冷热箱内形成稳定温度场;根据输入计量热箱的电加热器功率Qp(即电热丝（9)的功 率)即为通过试件传递的热量Qi(计量热箱外壁热损失Q3和试件不平衡热流量Q2忽略不计）；
[0022] 稳态传热过程的墙体传热系数K计算公式如下：
[0024]式中，Qp为计量热箱的电加热功率，F为计量面积(用户手动输入），Th为计量热箱温 度恒定值，Te冷箱温度恒定值。
[0025]二、建筑墙体动态传热过程测试方法包括以下步骤：
[0026] 1)测试前准备:制作墙体试件(2)，将其固定在试件框(1)中，拼装好防护热箱(3)、 计量热箱(4)和冷箱(5);
[0027] 2) "动态"传热测试或传热过程测试：
[0028]用户设定冷箱(5)温度动态设定数据集$(隔一个Δτ设一个温度值，每两个设定 值之间逐渐升温或降温，这些温度值的集合构成7^)、计量热箱(4)和防护热箱（3)温度动 态设定数据集隔一个Α τ设一个温度值，每两个设定值之间逐渐升温或降温，这些温度 值的集合构成)，设定工况变化时间间隔为Α τ，测试时间为τ，测试过程被平均分成η = τ/ Δ τ个时间段。数据集f和G的表达式如下：
[0031] 式中，:为i △ τ时间点的冷箱空气温度平均们为i △ τ时间点的计量热箱和 防护热箱空气温度平均值；
[0032] 传热测试过程中，设置若干个温度或热流测点层，各温度或热流测点层均为9个测 点，每个测点设置一个温度传感器或热流传感器;假设墙体试件(2)材料层数为m层，设置m+ 3个温度测点层，其中m-1个测点层分别位于每层墙体材料之间，2个测点层分别位于墙体试 件(2)的两侧表面，2个测点层分别位于计量热箱(4)和冷箱(5)靠近墙体试件(2)表面(即两 个箱体内贴近墙体表面的空气薄层），所述温度传感器用于各温度测点层的实时计量;Ac代 表冷箱空气温度、心代表墙体冷侧表面温度、{Aj} (j = 2，…，m，m多2)代表墙体各材料接触层 温度、Am+1代表墙体热侧表面温度、Ah代表计量热箱空气温度；
[0033] 在墙体试件（2)的两侧表面设置热流测点层，所述热流传感器用于各热流测点层 的实时计量;高精度电能表用于计量热箱(4)电加热功率Q P的实时计量;BC、BH分别代表墙体 冷侧表面热流、墙体热侧表面热流；
[0034] 3)数据监测传输：
[0035]温度或热流测点的采集时间间隔为Δτ，即每个测点在测试时间τ内采集η = τ/Δτ 个数据，温度测点分布层&丄、、丄+1丄监测到的数据分别用温度矩阵1^、1'1、1'」、1? +1、1'11来 表示；热流测点分布层BC、BH监测到的数据分别用热流矩阵以、(^来表示，各矩阵表达式如 下：
[0043] 各式中，!'。、!'1、1'」、1'111+1、1'[1、0。、(^均是9行11列的矩阵；1:。,1^、1：1,1^、1:」,1^、1：111+1,1^、1：[1,1^、 qc,ki (墙体表面向冷箱空气传递为正）、qH, ki (计量热箱空气向墙体表面传递为正)分别代表 第k行i列的温度或热流值，即第k个测点i △ τ时间点的温度或热流值；
[0044] 4)数据分析：
[0045] ①动态传热温度及热流分布：
[0046] 温度测点分布层Ac监测到的温度矩阵TC，对其每一列上的9个测点温度值求算数平 均得到即i Α τ时间点的冷箱空气温度平均值，表达式如下：
[0048] 冷箱空气温度分布数据集^表达式如下：
[0049] - ^(71? ? tf-'i ... j ^Cn\, ~ …，11)
[0050] 类似地，墙体冷侧表面温度、墙体各材料接触层温度、墙体热侧表面温度、计量热 箱空气温度、墙体冷侧表面热流、墙体热侧表面热流的分布数据集分别为 Qh，表达式如下：
[0051] A 二{G'，G，"石（1 二 1，2,…，η:)
[0052] 7).二 ，." "，. }，Ci 二 1，2，.".* η; j
[0057]各式中，Cq、i:u、&、【出、Qq、分别为i Δ τ时间点的冷箱空 气温度平均值、墙体冷侧表面温度平均值、墙体各材料接触层温度平均值、墙体热侧表面温 度平均值、计量热箱空气温度平均值、墙体冷侧表面热流平均值、墙体热侧表面热流平均 值。
[0058]②墙体传热量分析。
[0059]墙体动态传热过程中，通过墙体冷侧表面传递的热量为Wc(墙体表面向冷箱空气 传递为正），通过墙体热侧表面传递的热量为Wh(计量热箱空气向墙体表面传递为正），表达 式如下：
[0062]式中，F为计量面积(墙体中心的正方形面积）；Δ τ为热流采集时间间隔;^为i Δ τ时间点的墙体冷侧表面热流平均值;市/了为i Α τ时间点的墙体热侧表面热流平均值。
[0063]③墙体蓄热量分析。
[0064] 整个测试过程中，墙体试件蓄热量Wx就是通过墙体两侧表面传热量的差值，表达 式如下：
[0065] ffx=ffH-ffc
[0066] ④温度波衰减倍数及延迟时间。
[0067] 温度波在墙体的传播过程中，会受到墙体材料对温度波的阻尼作用，因此随着传 热过程的进行，温度波的波峰存在衰减和延迟现象。
[0068]衰减倍数v计算公式：
[0070] 式中，为计量热箱空气温度平均值的最大时刻值，（^) 为墙体 冷侧表面温度平均值的最大时刻值。
[0071] 延迟时间ξ为计量热箱空气温度平均值的最大时刻和墙体冷侧表面温度平均值的 最大时刻的差值。
[0072] 本发明的技术效果是毋庸置疑的：
[0073] 1、结构简单、操作方便。本发明的结构简单，监控体系清晰且有效，适用性强。用户 可根据需求自主输入动态或稳态测试工况，温控智能仪表监测系统将根据测试工况信息， 对试件两侧冷热箱空气温度进行智能调控，并将监测到的测试数据传输到计算机客户端进 行智能分析计算，省去了人工分析计算带来的巨大工作量。
[0074] 2、实时监测及显示。在测试过程中，本发明的温控智能仪表监测系统可以实现温 度、热流、电加热功率等参数的实时计量监测，将监测到的数据实时显示在自带的显示屏 上，方便用户清楚直观地了解测试状况，及时发现和解决问题。
[0075] 3、实现动态传热测试。本发明可针对不同气候条件和空调运行模式，同时实现建 筑墙体动态及稳态传热过程的测试，并智能分析墙体热工性能及其热过程。
[0076] 本发明可广泛应用于建筑墙体的动态及稳态传热过程测试，智能分析墙体热过程 及热特性，为不同室内环境调控需求提供不同的墙体构造，为相关标准的制定提供理论依 据。
【附图说明】
[0077] 图1为本发明"一种建筑墙体动态传热过程测试装置及方法"的结构示意图。
[0078] 图2为本发明"一种建筑墙体动态传热过程测试装置及方法"的温度或热流测点布 置图（Z-Z剖面）。
【具体实施方式】
[0079] 下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅 限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯 用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
[0080] 实施例1:
[0081 ]本实施例公开一种建筑墙体稳态传热过程的测试方法，具体测试过程如下：
[0082] (1)测试前准备。现场制作墙体试件(2)，利用卡紧装置（12)将其固定在冷热箱之 间以进行墙体传热测试。用户在计算机客户端（15)中输入冷箱(5)温度恒定值T。、计量热箱 (4)和防护热箱(3)温度恒定值Th(且Th-T。彡20°C)，作为稳态传热测试工况。
[0083] (2)传热过程测试。用户输入测试工况后，将工况数据通过数据传输线（16)导入到 温控智能仪表监测系统（13)，由其来控制墙体试件(2)两侧冷热箱内的环境状况。稳态传热 测试过程中，高精度电能表用于计量热箱(4)电加热功率QP的实时计量。
[0084] (3)数据监测传输。当传热过程达到稳定状态后，温控智能仪表监控系统（13)将监 测到的计量热箱(4)的电加热功率Q P通过数据传输线（16)传输到计算机客户端(15)。
[0085] (4)数据分析。计算机客户端（15)根据预设的计算准则对墙体传热系数进行计算， 并自动生成稳态传热过程分析报表。稳态传热过程的墙体传热系数K计算公式如下：
[0087]式中，Qp为计量热箱的电加热功率，F为计量面积(用户手动输入），Th为计量热箱温 度恒定值，T。冷箱温度恒定值。
[0088] 实施例2:
[0089] 本实施例公开一种建筑墙体动态传热过程的测试方法，具体测试过程如下：
[0090] (1)测试前准备。现场制作墙体试件(2)，利用卡紧装置（12)将其固定在冷热箱之 间以进行墙体传热测试。用户在计算机客户端（15)中输入冷箱（5)温度动态设定数据集 f^、计量热箱(4)和防护热箱(3)温度动态设定数据集$，设定工况变化时间间隔为Δτ，测 试时间为τ，因此测试过程被平均分成η = V △ τ个时间段。数据集f和的表达式如下： [0091 ] 7〔: -. |^厂]:，￡.Ci 亡Cii.}，（i - 1:， 2.， 1.1 j Γ1)
[0092] Tη - ，?/^2， ，.（ i = 1 .，2.η).
[0093] 式中，巧为1 △ τ时间点的冷箱空气温度平均值;$为1 △ τ时间点的计量热箱和 防护热箱空气温度平均值。
[0094] (2)传热过程测试。用户输入测试工况后，将工况数据通过数据传输线（16)导入到 温控智能仪表监测系统（13)，由其来控制墙体试件(2)两侧冷热箱内的环境状况。动态传热 测试过程中，温度传感器用于各温度测点的实时计量;热流传感器用于各热流测点的实时 计量。假设墙体材料层数为m层，如图1所示，温度测点分布层编号&上乂^ +1丄（」= 2,…，m，m多2)分别代表冷箱空气温度、墙体冷侧表面温度、墙体各材料接触层温度、墙体热 侧表面温度、计量热箱空气温度;热流测点分布层编号、Bh分别代表墙体冷侧表面热流、墙 体热侧表面热流。各温度或热流分布层均为9个测点，测点布置图均如图2所示(Z-Z剖面）。
[0095] (3)数据监测传输。温度或热流测点的采集时间间隔为△ τ，因此每个测点在测试 时间τ内采集η = τ/Δτ个数据。温控智能仪表监控系统（13)将监测到的温度、热流数据实时 显示在显示屏（14)上，并通过数据传输线（16)传输到计算机客户端（15)。温度测点分布层 八^^~丄^士监测到的数据分别用温度矩阵^^^七来表示旧流测点分布层说、 Βη监测到的数据分别用热流矩阵QC、Qh来表示，各矩阵表达式如下：
[0103] 各式中，1'。、1'1、1'」、1']11+1、1'[1、0。、(^均是9行11列的矩阵；1:。,1^、1：1,1^、1:」,1^、1：111+1,1^、1：[1,1^、 qc,ki (墙体表面向冷箱空气传递为正）、qH, ki (计量热箱空气向墙体表面传递为正)分别代表 第k行i列的温度或热流值，即第k个测点i △ τ时间点的温度或热流值。
[0104] (4)数据分析。计算机客户端（15)根据预设的计算准则对动态传热温度及热流分 布、墙体传热量分析、墙体蓄热量分析、温度波衰减倍数及延迟时间进行智能分析计算，并 自动生成动态传热过程分析报表。
[0105] ①动态传热温度及热流分布：
[0106] 根据温度及热流测点监测到的数据，可得墙体动态传热过程中温度及热流的分布 情况。例如:温度测点分布层Ac监测到的温度矩阵T C，对其每一列上的9个测点温度值求算数 平均得到即i Α τ时间点的冷箱空气温度平均值，表达式如下：
[0108] 因此，冷箱空气温度分布数据集表达式如下：
[0109] T.c _ J ^C2 , ^Ci r ^ ^ _ 1'.， 2， Π J
[0110] 同理，墙体冷侧表面温度、墙体各材料接触层温度、墙体热侧表面温度、计量热箱 空气温度、墙体冷侧表面热流、墙体热侧表面热流的分布数据集分别为 $、Tjn+1、Qc、Qli，表达式如下：
[0111] Τ*ι - {亡'丄'丄.，亡12， 亡u ..·..，亡l'/t"}.，（孟 一 1， 2.…?1.)
[0112] Tj _ {ty.itjj... > ?ρ?' i - 1 ★ 2..' ... j n； j
[0113] ^i+l - {^(m+l)l, ^(m+l)2?…（（τη+1)? …，亡(m+l)nj' (i 二 1，. 2.，….，η)
[0114] 7片二{?..奶，fm，. ：《.，亡户"j·，(i ; 1.，. 2..， ，n)'
[0115] Qc I^ci，々C2，< Qci * Qcn 1 * C? - 1 ? 2? h)
[0116] (? = |^71，gW2，...?/Η? qHrJ，（ i = 1，2，:, n)
[0117] 各式中，g、t(m+i;u、冗、^分别为iAT时间点的冷箱空 气温度平均值、墙体冷侧表面温度平均值、墙体各材料接触层温度平均值、墙体热侧表面温 度平均值、计量热箱空气温度平均值、墙体冷侧表面热流平均值、墙体热侧表面热流平均 值。
[0118] ②墙体传热量分析：
[0119] 墙体动态传热过程中，通过墙体冷侧表面传递的热量为Wc(墙体表面向冷箱空气 传递为正），通过墙体热侧表面传递的热量为Wh(计量热箱空气向墙体表面传递为正），表达 式如下：
[0122]式中，F为计量面积（用户手动输入）；Δτ为热流采集时间间隔；^为?Δτ时间点 的墙体冷侧表面热流平均值;^为i △ τ时间点的墙体热侧表面热流平均值。
[0123]③墙体蓄热量分析：
[0124] 整个测试过程中，墙体试件蓄热量Wx就是通过墙体两侧表面传热量的差值，表达 式如下：
[0125] ffx=ffH-ffc
[0126] ④温度波衰减倍数及延迟时间：
[0127] 温度波在墙体的传播过程中，会受到墙体材料对温度波的阻尼作用，因此随着传 热过程的进行，温度波的波峰存在衰减和延迟现象。
[0128] 衰减倍数v计算公式：
[0130] 式中，（^) 计量热箱空气温度平均值的最大时刻值，为墙体 冷侧表面温度平均值的最大时刻值。
[0131] 延迟时间ξ为计量热箱空气温度平均值的最大时刻和墙体冷侧表面温度平均值的 最大时刻的差值。
【主权项】
1. 一种建筑墙体动态传热过程测试装置，其特征在于:包括试件框（I)、防护热箱(3)、 冷箱(5)和控制系统； 所述试件框(1)为矩形框;所述防护热箱(3)和冷箱(5)均是一面敞口的中空长方体，二 者分别扣合在所述试件框(1)的两侧，形成一个封闭空间;所述矩形框中间为待测试的墙体 试件(2);所述墙体试件(2)将所述封闭空间分割两个空间;所述防护热箱(3)内部具有一个 计量热箱(4)和防护箱制冷及加热系统（IO);所述计量热箱(4)是一面敞口的中空长方体， 其敞口扣合在墙体试件(2)的表面;所述冷箱(5)内部的空间为制冷空间，所述计量热箱(4) 内部的空间为制热空间，所述计量热箱(4)与防护热箱(3)之间的空间为隔热空间； 所述冷箱(5)带有冷箱导流屏(6)和冷箱制冷及加热系统(8);所述冷箱导流屏(6)平行 于墙体试件(2)的表面;所述冷箱导流屏(6)的一端固定于冷箱(5)的内壁;所述冷箱制冷及 加热系统(8)对冷箱(5)内的空气制冷或加热； 所述计量热箱(4)带有热箱导流屏(7)和电热丝(9);所述热箱导流屏(7)平行于墙体试 件(2)的表面;所述热箱导流屏(7)的一端固定于计量热箱(4)的内壁;所述电热丝(9)对计 量热箱(4)内部的空气加热；所述防护箱制冷及加热系统（IO)对计量热箱(4)和防护热箱 (3) 之间的空气制冷或加热； 所述控制系统通过控制冷箱制冷及加热系统(8)、电热丝(9)和防护箱制冷及加热系统 (10)，对所述制冷空间、制热空间和隔热空间的温度进行调控； 墙体试件(2)材料层数为m层，设置m+3个温度测点层，其中，m-1个测点层分别位于每层 墙体材料之间；2个测点层分别位于墙体试件(2)的两侧表面;2个测点层分别位于计量热箱 (4) 和冷箱(5)内部，这两个测点层靠近墙体(2)表面。2. 根据权利要求1所述的一种建筑墙体动态传热过程测试装置及方法，其特征在于:所 述冷箱制冷及加热系统(8)通过循环冷风或热风对制冷空间进行温度调控； 所述防护箱制冷及加热系统（10)位于防护热箱（3)外部，通过循环冷风或热风对隔热 空间进行温度调控。3. 根据权利要求1所述的一种建筑墙体动态传热过程测试装置及方法，其特征在于:所 述隔热空间内部布置若干个循环风机(11)。4. 一种基于1~3任意一项权利要求所述装置的建筑墙体稳态传热过程测试方法，其特 征在于，包括以下步骤： 1) 测试前准备：制作墙体试件(2)，将其固定在试件框(1)中，拼装好防护热箱(3)、计量 热箱(4)和冷箱(5); 2) 进行"稳态"传热测试：用户设定冷箱(5)温度恒定值T。、计量热箱(4)和防护热箱(3) 温度恒定值Th; 3) 数据监测传输： 若进行"稳态"传热测试，传热过程达到稳定状态后，采集计量热箱(4)的电加热功率Qp ; 4) "稳态"传热测试数据分析： 稳态传热过程达到稳定状态后（即包括Th和T。在内的每个测点层不再变化），试件两侧 冷热箱内形成稳定温度场;根据输入计量热箱的电加热器功率Qp，即为通过试件传递的热 量Qi; 稳态传热过程的墙体传热系数K计算公式如下：式中，Qp为计量热箱的电加热功率，F为计量面积(用户手动输入），Th为计量热箱温度十旦 定值，T。冷箱温度恒定值。5. -种基于1~3任意一项权利要求所述装置的建筑墙体动态传热过程测试方法，其特 征在于，包括以下步骤： 1) 测试前准备：制作墙体试件(2)，将其固定在试件框(1)中，拼装好防护热箱(3)、计量 热箱(4)和冷箱(5); 2) "动态"传热测试或传热过程测试： 用户设定冷箱(5)温度动态设定数据集&(隔一个Δτ设一个温度值，每两个设定值之 间逐渐升温或降温，这些温度值的集合构成7^)、计量热箱(4)和防护热箱（3)温度动态设 定数据集g (隔一个A τ设一个温度值，每两个设定值之间逐渐升温或降温，这些温度值的 集合构成$)，设定工况变化时间间隔为A τ，测试时间为τ，测试过程被平均分成η = V △ τ 个时间段。数据集和巧的表达式如下：式中，G为i A τ时间点的冷箱空气温度平均值;'为i Δ τ时间点的计量热箱和防护热 箱空气温度平均值； 传热测试过程中，设置若干个温度或热流测点层，各温度或热流测点层均为9个测点， 每个测点设置一个温度传感器或热流传感器;假设墙体试件(2)材料层数为m层，设置m+3个 温度测点层，其中m-Ι个测点层分别位于每层墙体材料之间，2个测点层分别位于墙体试件 (2)的两侧表面，2个测点层分别位于计量热箱(4)和冷箱(5)靠近墙体试件(2)表面，所述温 度传感器用于各温度测点层的实时计量;A c代表冷箱空气温度、A1代表墙体冷侧表面温度、 {Aj} (j = 2，…，m，m多2)代表墙体各材料接触层温度、Am+1代表墙体热侧表面温度、Ah代表计 量热箱空气温度； 在墙体试件(2)的两侧表面设置热流测点层，所述热流传感器用于各热流测点层的实 时计量;高精度电能表用于计量热箱(4)电加热功率Qp的实时计量;Bc、Bh分别代表墙体冷侧 表面热流、墙体热侧表面热流； 3) 数据监测传输： 温度或热流测点的采集时间间隔为A τ，即每个测点在测试时间τ内采集η = V △ τ个数 据，温度测点分布层Ac、Ai、Aj、Am+i、Ah监测到的数据分别用温度矩阵Tc、Τι、Tj、Tm+i、Th来表不； 热流测点分布层BC、BH监测到的数据分别用热流矩阵QC、QH来表示，各矩阵表达式如下：各式中，1'。、!'1、1'」、1']11+1、1'[1、0。、(^均是9行11列的矩阵；1:〇、1：1,1^、1:」,1^、1：111+1,1^、1：[1,1^、9。,1^ (墙体表面向冷箱空气传递为正）、qH,kl(计量热箱空气向墙体表面传递为正)分别代表第k 行i列的温度或热流值，即第k个测点i △ τ时间点的温度或热流值； 4)数据分析： ①动态传热温度及热流分布： 温度测点分布层Ac监测到的温度矩阵TC，对其每一列上的9个测点温度值求算数平均得 到即i A τ时间点的冷箱空气温度平均值，表达式如下：冷箱空气温度分布数据集$表达式如下：类似地，墙体冷侧表面温度、墙体各材料接触层温度、墙体热侧表面温度、 计量热箱空气温度、墙体冷侧表面热流、墙体热侧表面热流的分布数据集分别为各式分别为i A τ时间点的冷箱空气温 度平均值、墙体冷侧表面温度平均值、墙体各材料接触层温度平均值、墙体热侧表面温度平 均值、计量热箱空气温度平均值、墙体冷侧表面热流平均值、墙体热侧表面热流平均值。 ② 墙体传热量分析。 墙体动态传热过程中，通过墙体冷侧表面传递的热量为Wc(墙体表面向冷箱空气传递为 正），通过墙体热侧表面传递的热量为WH(计量热箱空气向墙体表面传递为正），表达式如 下：式中，F为计量面积；△ τ为热流采集时间间隔；^为i △ τ时间点的墙体冷侧表面热流 平均值;^为i △ τ时间点的墙体热侧表面热流平均值。 ③ 墙体蓄热量分析。 整个测试过程中，墙体试件蓄热量Wx就是通过墙体两侧表面传热量的差值，表达式如 下： Wx=Wh-Wc ④ 温度波衰减倍数及延迟时间。 温度波在墙体的传播过程中，会受到墙体材料对温度波的阻尼作用，因此随着传热过 程的进行，温度波的波峰存在衰减和延迟现象。 衰减倍数V计算公式：式中，I计量热箱空气温度平均值的最大时刻值，为墙体冷侧 表面温度平均值的最大时刻值。
【文档编号】G01N25/20GK106018470SQ201610338009
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】丁勇, 李百战, 高亚锋, 史丽莎, 续璐, 沈舒伟, 谢源源
【申请人】重庆大学