專利名稱：一種適用于夏熱冬暖地區(qū)的建筑墻體表觀傳熱系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑的檢測(cè)，特別是涉及一種適用于夏熱冬暖地區(qū)的建筑墻體表觀傳熱系數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
各類建筑能耗是總能源消耗的重要方面。為推進(jìn)建筑節(jié)能技術(shù)，對(duì)建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的檢測(cè)是其中的重要內(nèi)容。國(guó)家和地方都頒布了一系列建筑節(jié)能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，如《采暖居住建筑節(jié)能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ132-2001)、北京市《民用建筑節(jié)能現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》和上海市《住宅建筑節(jié)能檢測(cè)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)》等。其中，建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)檢測(cè)是一項(xiàng)重要的指標(biāo)。
本發(fā)明所述的建筑墻體表觀傳熱系數(shù)的定義是，當(dāng)建筑墻體兩側(cè)空氣溫差為IK(熱力學(xué)溫度)時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過墻體表面單位面積的傳熱量(J)。目前對(duì)建筑墻體表觀傳熱系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的方法主要是采用熱流計(jì)法和熱箱法。熱流計(jì)法的基本原理是，在檢測(cè)前將熱流計(jì)安裝在被測(cè)墻體的內(nèi)表面，在熱流計(jì)周圍布置若干熱電偶，同時(shí)在墻體外側(cè)表面對(duì)稱位置布置若干熱電偶。直接將熱電偶和熱流計(jì)的測(cè)量值采集到計(jì)算機(jī)中。通過數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，即可得到被測(cè)墻體的傳熱系數(shù)。熱流計(jì)法是完全基于待測(cè)墻體內(nèi)外測(cè)自然環(huán)境條件下所呈現(xiàn)的傳熱系數(shù)。在測(cè)量過程中墻體內(nèi)外側(cè)氣溫的變化、墻體的蓄熱和放熱過程都會(huì)干擾測(cè)量的準(zhǔn)確性。為了保證熱流計(jì)法測(cè)量值的準(zhǔn)確性，上海市《住宅建筑節(jié)能檢測(cè)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)》(DG/TJ08-801-2004)提出對(duì)熱流計(jì)法測(cè)量的限制要求。其中包括熱流計(jì)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)在冬季進(jìn)行，平均室內(nèi)外空氣溫差大于15°C，室內(nèi)加熱穩(wěn)定后持續(xù)時(shí)間不少于72小時(shí)。這些限制條件使得熱流計(jì)法更適用于北方，室內(nèi)外氣溫差距較大的地區(qū)。而且，熱流計(jì)法要求的測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)，測(cè)量精度和穩(wěn)定性容易受到環(huán)境影響。熱箱法主要應(yīng)用于室內(nèi)氣溫高于室外氣溫8°C以上的環(huán)境條件下。測(cè)試時(shí)，在待測(cè)墻體的內(nèi)側(cè)表面安裝一個(gè)熱箱，箱內(nèi)設(shè)置加熱元件并通過輔助控制裝置使得箱內(nèi)溫度與室內(nèi)氣溫保持一致。在墻體外側(cè)為室外自然環(huán)境。在熱箱內(nèi)、墻體外側(cè)表面布置若干熱電偶。通過數(shù)據(jù)采集記錄熱箱加熱量、熱箱內(nèi)溫度和室外溫度測(cè)量值。熱箱法用記錄熱箱的加熱量代替待測(cè)墻體傳熱量，減少了直接用熱流計(jì)測(cè)量傳熱量時(shí)所受到的環(huán)境溫度變化的影響。熱箱法適用于春、秋和冬季測(cè)量。由于熱箱法是基于室內(nèi)外自然環(huán)境溫差下求得建筑墻體的傳熱系數(shù)，所以也要求測(cè)試時(shí)間在72小時(shí)以上。熱箱法的另外一個(gè)缺陷是熱箱的箱體較大(常見為ImX I. 2m)，較難找到合適的測(cè)試建筑外墻的場(chǎng)地。此外還有其他現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)建筑墻體傳熱系數(shù)的方法，專利申請(qǐng)?zhí)?00610028865. 4。此專利介紹了一種建筑墻體傳熱系數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法。該方法通過加熱裝置及其控制設(shè)備對(duì)被測(cè)墻體應(yīng)用常功率平面熱源進(jìn)行恒定加熱，在被測(cè)區(qū)域內(nèi)形成一局部穩(wěn)定均勻熱流，然后使墻體在人工構(gòu)造的穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行檢測(cè)，然后巡回采集墻內(nèi)外溫度、被測(cè)區(qū)域上自墻內(nèi)向墻外通過墻體外表面的熱流密度和環(huán)境氣溫，并且與預(yù)先建立且存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的墻體傳熱系數(shù)樣本數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較分析，最后得到被測(cè)墻體的傳熱系數(shù)。此專利適用于室內(nèi)外溫差較小的南方地區(qū)。但這個(gè)方法也有較多的測(cè)量條件約束，特別是對(duì)測(cè)量過程具有較為嚴(yán)格的要求。首先，這種檢測(cè)方法是基于一種穩(wěn)態(tài)的墻體內(nèi)外側(cè)傳熱條件下進(jìn)行的檢測(cè)。在測(cè)量時(shí)要求人工構(gòu)造一種穩(wěn)定傳熱狀態(tài)。因此，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性大幅度依賴于檢測(cè)時(shí)在墻體內(nèi)部是否存在一個(gè)局部穩(wěn)定均勻的熱流。也就是說，獲得測(cè)量結(jié)果時(shí)，墻體內(nèi)的溫度場(chǎng)須處于穩(wěn)定狀態(tài)。所以，這種檢測(cè)方法所需的總檢測(cè)時(shí)間雖然較前述的“熱流計(jì)法”和“熱箱法”有所減少，但仍然需要較長(zhǎng)的熱流穩(wěn)定時(shí)間以保證墻體內(nèi)的處于穩(wěn)定傳熱狀態(tài)。特別是在夏熱冬暖地區(qū)，由于室外氣溫常年較高，尤其在夏季，即使在保持室內(nèi)外通風(fēng)條件下，室外墻體表面溫度也一般高于室內(nèi)墻體表面溫度5°C以上。在此條件下，墻體內(nèi)部不易形成穩(wěn)定的傳熱狀態(tài)，從而無法采用此類專利所提出的方法。其次，該專利提出的檢測(cè)方法對(duì)室外熱流計(jì)和熱電偶測(cè)溫元件無遮陽板要求，在白天測(cè)量時(shí)很容易受到陽光輻射的影響。再次，該專利提出的檢測(cè)方法對(duì)加熱裝置的控制采用了一種常功率的加熱控制方式。這種加熱控制方式目的在于保持某種加熱功率，而不能保持墻表面溫度按照設(shè)定溫升規(guī)律變化，也不適用于在加熱墻體表面的恒溫控制。第四，該專利提出的檢測(cè)方法中，建立樣本數(shù)據(jù)庫并非基于待測(cè)墻體的設(shè)計(jì)圖紙所繪制的墻體為標(biāo)準(zhǔn)樣本；而是以多種已知傳熱系數(shù)的樣品墻體為對(duì)象，在墻體兩側(cè)空氣溫度不大于5°C的條件下，根據(jù)其檢測(cè)方法反復(fù)測(cè)量所獲得的數(shù)據(jù)構(gòu)成樣本庫。第五，該專利提出的檢測(cè)方法中，在數(shù)據(jù)處理和計(jì)算墻體傳熱系數(shù) 值時(shí)并不涉及待測(cè)墻體的實(shí)測(cè)厚度、測(cè)量區(qū)域與周圍窗體、門、梁、柱、天花板和地板的距離尺寸。而加熱區(qū)域與周圍的窗體、門、梁、柱、天花板和地板的位置都對(duì)墻體內(nèi)部是否能形成穩(wěn)定的傳熱狀態(tài)有影響。所以，該專利在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)不宜應(yīng)用于門窗附近(如窗體下面)墻體的傳熱系數(shù)測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種快速、準(zhǔn)確測(cè)量夏熱冬暖地區(qū)的建筑墻體表觀傳熱系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法。本發(fā)明通過一種可控加熱墻體內(nèi)表面的方式在墻體內(nèi)部建立非穩(wěn)態(tài)傳熱狀態(tài)。通過對(duì)待測(cè)墻體在非穩(wěn)態(tài)傳熱過程中所反映出的溫度、熱流密度等參數(shù)的測(cè)量，達(dá)到獲得待測(cè)墻體的表觀傳熱系數(shù)的目的。本發(fā)明所提出的檢測(cè)方法具有測(cè)試時(shí)間短、測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定、準(zhǔn)確，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的墻體位置可以在門窗附近，可適用于室內(nèi)外溫差大于5°C的夏熱冬暖地區(qū)的常年(四季)檢測(cè)要求。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案一種適用于夏熱冬暖地區(qū)的建筑墻體表觀傳熱系數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法，采用熱電阻、熱流計(jì)板、墻體加熱裝置及其配套控制系統(tǒng)、測(cè)量信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)待測(cè)墻體進(jìn)行檢測(cè)。在獲得溫度、熱流密度和環(huán)境氣溫隨時(shí)間的變化值后，首先進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選和處理，然后與存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析，最后辨識(shí)出被測(cè)墻體的表觀傳熱系數(shù)。其特征在于，該方法包括以下步驟(I)布置檢測(cè)裝置首先將標(biāo)定好的兩個(gè)熱流計(jì)板分別貼在待檢測(cè)墻體內(nèi)、外側(cè)墻壁面被測(cè)區(qū)域的幾何中心位置；然后將多支熱電阻按照特定的分布形式貼在待檢測(cè)墻體內(nèi)、外側(cè)墻壁面上；再將柔性加熱裝置安置在內(nèi)側(cè)墻表面上；在室內(nèi)外各布置一只熱電阻，檢測(cè)環(huán)境氣溫的變化；上述的熱電阻、熱流計(jì)板、加熱裝置所附加的溫度控制系統(tǒng)都連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以進(jìn)行信號(hào)通訊；(2)對(duì)待測(cè)墻體進(jìn)行加熱通過加熱裝置所附加的溫度控制系統(tǒng)控制加熱源，對(duì)待測(cè)墻體內(nèi)側(cè)壁面進(jìn)行緩慢變化的均勻加熱過程；在加熱過程中，控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)加熱裝置所施加的加熱功率緩慢變化，實(shí)現(xiàn)墻體內(nèi)側(cè)表面的測(cè)量溫度按照特定的溫升速率進(jìn)行有規(guī)律的變化；(3)測(cè)量信號(hào)的數(shù)據(jù)采集加熱開始前一段時(shí)間就開啟數(shù)據(jù)采集；待數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定運(yùn)行后，開啟加熱；(4)數(shù)據(jù)篩選和處理對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選和處理；數(shù)據(jù)篩選是對(duì)異常測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，并根據(jù)特定的篩選規(guī)則，選出所需下一步處理的數(shù)據(jù)；通過數(shù)據(jù)處理對(duì)作進(jìn)一步處理后得到能表征墻體內(nèi)、外傳熱變化規(guī)律的特征值作為預(yù)備辨識(shí)的準(zhǔn)備數(shù)據(jù)；
(5)建立墻體傳熱系數(shù)樣本數(shù)據(jù)庫以待測(cè)墻體的設(shè)計(jì)圖紙所繪制的墻體為第一個(gè)“辨識(shí)對(duì)象”;通過改變組成墻體各層材料的厚度、各層材料的傳熱性質(zhì)等物理參數(shù)構(gòu)成更多的“辨識(shí)對(duì)象”；不同的測(cè)試環(huán)境溫度和墻內(nèi)側(cè)溫度、墻內(nèi)側(cè)熱流的變化規(guī)律相關(guān)參數(shù)(也就是特征值)，可構(gòu)成多種“測(cè)試條件”;每一種“辨識(shí)對(duì)象”和一種“測(cè)試條件”組合就構(gòu)成一個(gè)“待計(jì)算樣本”。對(duì)多個(gè)“待計(jì)算樣本”進(jìn)行墻體三維非穩(wěn)態(tài)傳熱計(jì)算，就可獲得該樣本對(duì)應(yīng)的墻體表觀傳熱系數(shù)值；將每個(gè)“待計(jì)算樣本”相關(guān)物理參數(shù)，及其能表征墻體內(nèi)、夕卜傳熱變化規(guī)律的特征值與其對(duì)應(yīng)的墻體表觀傳熱系數(shù)值組合起來，構(gòu)成一個(gè)樣本，放入待測(cè)墻體的墻體傳熱系數(shù)樣本數(shù)據(jù)庫；(6)辨識(shí)獲得墻體傳熱系數(shù)值將步驟(4)所獲得的預(yù)備辨識(shí)的準(zhǔn)備數(shù)據(jù)的作為輸入數(shù)據(jù)的一部分；再實(shí)際測(cè)量待測(cè)墻體厚度、加熱區(qū)域的幾何中心位置與周圍窗體、門、梁、柱及天花板和地板的距離尺寸等物理參數(shù)也作為輸入數(shù)據(jù)；基于步驟(5)建立的墻體傳熱系數(shù)樣本數(shù)據(jù)庫中的樣本數(shù)據(jù)，采用適當(dāng)?shù)谋孀R(shí)方法，獲得待測(cè)墻體表觀傳熱系數(shù)。與現(xiàn)有應(yīng)用較為廣泛的熱流計(jì)法和熱箱法相比較，本發(fā)明的墻體加熱裝置是一種功率緩慢變化的規(guī)則形狀熱源。通過控制對(duì)墻體內(nèi)側(cè)表面加熱量的方式，使墻體內(nèi)表面溫度按照設(shè)定的規(guī)律緩慢變化。熱源優(yōu)選為采用柔性加熱材料，與待測(cè)墻面間的縫隙更小，力口熱表面溫度分布的均勻性也更好。而熱流計(jì)法和熱箱法都是在自然環(huán)境條件下進(jìn)行測(cè)試，容易受到環(huán)境氣溫變化、墻體蓄熱放熱過程的影響。此外，本發(fā)明也沒有體積較大的檢測(cè)設(shè)備，裝置輕便利于現(xiàn)場(chǎng)安裝。相比利用穩(wěn)態(tài)傳熱狀態(tài)的測(cè)試方法，首先，本發(fā)明無須耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間等待墻體內(nèi)達(dá)到局部穩(wěn)定狀態(tài)，所以縮短了測(cè)試時(shí)間。其次，對(duì)室內(nèi)外溫差較大的夏熱冬暖地區(qū)，特別是在夏季測(cè)量時(shí)，墻內(nèi)外氣溫相差超過5°C，用本發(fā)明所提出的方法沒有限制。所以，本發(fā)明具有更好的環(huán)境條件適應(yīng)性。此外，本發(fā)明可適用于在門窗附近的墻體表觀傳熱系數(shù)檢測(cè)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)待測(cè)墻體的選擇提供了更寬的范圍。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖I是本發(fā)明的測(cè)試工作流程圖。圖2是本發(fā)明的測(cè)試系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明的測(cè)試系統(tǒng)在墻體上布置方式。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述參考圖1，實(shí)施本發(fā)明所述的一種適用于夏熱冬暖地區(qū)的建筑墻體表觀傳熱系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法的步驟一是布置檢測(cè)裝置。在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，先選擇一個(gè)合適的待測(cè)墻體。如圖3所示，可選擇某個(gè)建筑外立墻的窗體7下部的墻體8 (底部連接地板9)，作為對(duì)象墻體。以對(duì)象墻體內(nèi)外側(cè)表面的適當(dāng)部位(優(yōu)選為對(duì)象墻體表面的幾何中心位置)作為測(cè)量區(qū)域。然后開始布置測(cè)量所需的熱電阻、熱流計(jì)和加熱裝置。首先將熱流計(jì)板2貼在墻體8的內(nèi)側(cè)表面，然后按照特定的布置方式將多支熱電阻3貼在熱流計(jì)板2的周圍(優(yōu)選為8支熱電阻，并按照上下左右對(duì)稱布置在熱流計(jì)板2的周圍，每個(gè)方向布置2支)。然后在墻外側(cè)表面也用相同的方式貼好熱流計(jì)板5和多支熱電阻4。最后，將加熱裝置I均勻的緊貼在墻體 內(nèi)側(cè)表面上。布置完成時(shí)，熱流計(jì)板2處于加熱裝置加熱面的幾何中心位置上。加熱裝置I的功率優(yōu)選為500w，并可由控制系統(tǒng)6根據(jù)設(shè)定溫度的需要增減加熱裝置所輸出的實(shí)時(shí)功率大小。實(shí)施本發(fā)明的步驟二是對(duì)待測(cè)墻體進(jìn)行加熱。在布置好加熱裝置后，即可接通加熱裝置進(jìn)行加熱。加熱裝置的控制系統(tǒng)在通電的同時(shí)，也開始啟動(dòng)控制作用。一般先設(shè)定一個(gè)預(yù)期溫度Tset作為要加熱的墻體內(nèi)表面所需加熱到的溫度期望值。此時(shí)所設(shè)定的Tset優(yōu)選為當(dāng)前室內(nèi)溫度Tin+5°C與室外溫度Tout兩者比較的更大值，即max {Tin+5，Tout}。當(dāng)墻體內(nèi)表面溫度達(dá)到Tset時(shí),開始按照特定的加熱控制方案繼續(xù)加熱?？蛇x的特定加熱控制方案包括，使Tin按照O. 060C /min的溫升速率上升到某個(gè)溫度值(如45°C )，然后再按照O. 020C /min的溫升速率使Tin上升到某個(gè)溫度值(如49°C )等。具體的加熱控制方案需按照當(dāng)時(shí)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境氣溫，墻體尺寸，墻體材料，加熱裝置的布置位置等確定。加熱過程中如果出現(xiàn)超溫等情況，須進(jìn)行報(bào)警。如加熱溫度超過設(shè)定的報(bào)警溫度(如65°C)則控制系統(tǒng)切斷加熱裝置的電源，并通過監(jiān)視屏幕提示及其他聲光方式報(bào)警。實(shí)施本發(fā)明的步驟三是測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在加熱前就開始測(cè)試啟動(dòng)。若啟動(dòng)過程中出現(xiàn)信號(hào)不通，需要馬上進(jìn)行檢查。當(dāng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)確認(rèn)正常后，以一定的采集周期對(duì)上述所有測(cè)量信號(hào)進(jìn)行多通道同時(shí)采集，不采用巡回方式。采集周期優(yōu)選為I秒。如圖2所示，所采集的測(cè)量數(shù)據(jù)包括墻體內(nèi)側(cè)墻壁面多處熱電阻信號(hào)、外側(cè)墻壁面多處熱電阻信號(hào)、墻體內(nèi)側(cè)墻壁面熱流計(jì)板信號(hào)、墻體外側(cè)墻壁面熱流計(jì)板信號(hào)、室外環(huán)境氣溫?zé)犭娮栊盘?hào)、室內(nèi)環(huán)境氣溫?zé)犭娮栊盘?hào)；數(shù)據(jù)米集系統(tǒng)的輸入信號(hào)一方面?zhèn)魉徒o處理計(jì)算機(jī)，另一方面也將墻體內(nèi)側(cè)熱電阻的溫度信號(hào)傳送給控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)可將此信號(hào)作為控制所需的反饋信號(hào)。實(shí)施本發(fā)明的步驟四是數(shù)據(jù)篩選和處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)可以通過特定的計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選和處理。數(shù)據(jù)篩選是對(duì)異常的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，并根據(jù)特定的篩選規(guī)則，選出所需下一步處理的數(shù)據(jù)。篩選規(guī)則是對(duì)數(shù)據(jù)中超過上限或下限的數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除。如采集到的溫度數(shù)據(jù)在合理的情況下不應(yīng)該超過80°C，也不可能低于0°C。那么，當(dāng)采集到溫度數(shù)據(jù)中出現(xiàn)在這2個(gè)限制之外的數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)篩選程序必須予以刪除。數(shù)據(jù)處理是將已篩選出的數(shù)據(jù)進(jìn)行差分、數(shù)值求積等處理，得到能表征墻體內(nèi)、外傳熱變化規(guī)律的特征值作為預(yù)備辨識(shí)的準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。比如，對(duì)相近的兩個(gè)時(shí)間所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行差分處理，可得到一個(gè)采集周期時(shí)間內(nèi)的近似溫升速率。對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值求積處理，可得到該時(shí)間段內(nèi)的傳熱量。準(zhǔn)備數(shù)據(jù)可以包括直接采集到的室內(nèi)、外溫度Tin, Tout ;內(nèi)外熱流密度Qin, Qout ;在各個(gè)采集時(shí)刻的溫升速率DT1，DT2，……，DTn ;相鄰采集時(shí)刻之間的時(shí)間段內(nèi)的傳熱量2Q1，ΣQ2,……，Σζ)η。步驟5)實(shí)施本發(fā)明的步驟五是建立墻體傳熱系數(shù)樣本數(shù)據(jù)庫。建立墻體傳熱系數(shù)樣本數(shù)據(jù)庫以待測(cè)墻體的設(shè)計(jì)圖紙所繪制的墻體為第一個(gè)“辨識(shí)對(duì)象”。此外還可通過改變組成墻體各層材料的厚度、各層材料的傳熱性質(zhì)等物理參數(shù)(或者特征值)構(gòu)成更多的“辨識(shí)對(duì)象”。不同的測(cè)試環(huán)境溫度和墻內(nèi)側(cè)溫度、墻內(nèi)側(cè)熱流的變化規(guī)律，可構(gòu)成多種“測(cè)試條件”；每一種“辨識(shí)對(duì)象”和一種“測(cè)試條件”組合就構(gòu)成一個(gè)“待計(jì)算樣本”。對(duì)多個(gè)“待計(jì)算樣本”進(jìn)行墻體三維非穩(wěn)態(tài)傳熱計(jì)算，就可獲得該樣本對(duì)應(yīng)的墻體表觀傳熱系數(shù)值和墻外側(cè)溫度隨時(shí)間的變化、墻外側(cè)熱流密度隨時(shí)間的變化規(guī)律的相關(guān)參數(shù)；將“待計(jì)算樣本”的相關(guān)參數(shù)，墻外側(cè)溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律所對(duì)應(yīng)的參數(shù)、墻外側(cè)熱流密度隨時(shí)間的變化規(guī)律所對(duì)應(yīng)的參數(shù)與其所對(duì)應(yīng)的墻體表觀傳熱系數(shù)值組合起來，構(gòu)成一個(gè)樣本，放入待測(cè)墻體的墻體傳熱系數(shù)樣本數(shù)據(jù)庫；比如對(duì)某個(gè)待測(cè)墻體，從墻體的設(shè)計(jì)圖紙所繪制的情況是，由墻內(nèi)側(cè)到墻外側(cè)分別由20mm厚的抹面砂衆(zhòng),240mm厚的空心粘土磚墻,20mm厚的水泥砂衆(zhòng)，50mm厚的聚苯板保溫層和IOmm厚的混合抹面砂衆(zhòng)構(gòu)成的。根據(jù)已知的加熱方式和布置，可以通過數(shù)值計(jì)算得到測(cè)試環(huán)境條件下的待測(cè)墻體的表觀傳熱系數(shù)K，墻外側(cè)溫度Tout、墻外側(cè)熱流密度Qout的變化規(guī)律。先以上述墻體設(shè)計(jì)圖紙中的墻體物理性質(zhì)和尺寸數(shù)據(jù)等物理參數(shù)作為第一個(gè)辨識(shí)對(duì)象ObjO。然后通過改變各層材料的厚度、物性等構(gòu)成更多辨識(shí)對(duì)象，如改變聚苯板保溫層的厚度，從40_逐漸到60_，以1_為步長(zhǎng)增加，還可得到多個(gè)辨識(shí)對(duì)象Objl, 0bj2,……0bj21。對(duì)某種測(cè)試條件Condl，如在50分鐘內(nèi)，墻內(nèi)側(cè)溫度從30°C升溫至46°C，內(nèi)側(cè)熱流密度從30 w/m2增加到80w/m2。室內(nèi)環(huán)境氣溫29°C，室 外環(huán)境氣溫35°C。與上述多個(gè)辨識(shí)對(duì)象組合可得的多個(gè)“待計(jì)算樣本”:SalCl，Sa2Cl，……Sa21Cl。對(duì)其中的SalCl進(jìn)行墻體三維非穩(wěn)態(tài)傳熱計(jì)算，就可獲得墻體的表觀傳熱系數(shù)Kl，及墻體外側(cè)溫度Toutl、墻體外側(cè)熱流Qoutl的變化情況，如墻外側(cè)溫度Toutl從36°C升溫至41°C,外側(cè)熱流密度Qout2從20w/m2增加到35w/m2。Objl相關(guān)物理參數(shù)、SalCl、Toutl,Qoutl及其對(duì)應(yīng)的Kl組合起來構(gòu)成樣本SI。同樣的道理，Obj2相關(guān)物理參數(shù)、Sa2Cl及其Tout2,Qout2及其對(duì)應(yīng)的K2組合起來構(gòu)成樣本S2。當(dāng)改變其他材料層，如，水泥砂漿、空心粘土磚墻、抹面砂漿等的厚度和材料熱導(dǎo)率等，都可獲得多種不同的樣本。以類似的方式，能得到樣本數(shù)量很大的樣本數(shù)據(jù)庫。實(shí)施本發(fā)明的步驟六是辨識(shí)獲得墻體傳熱系數(shù)值。將步驟四所獲得的數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)之一。再實(shí)際測(cè)量待測(cè)墻體厚度、與周圍窗體、門、梁、柱及天花板和地板的距離尺寸等物理參數(shù)，也作為輸入數(shù)據(jù)?；诓襟E五已建立在墻體傳熱系數(shù)樣本數(shù)據(jù)庫中的樣本數(shù)據(jù)，采用適當(dāng)?shù)谋孀R(shí)方法，最終獲得待測(cè)墻體表觀傳熱系數(shù)。如，待測(cè)墻體選為某個(gè)窗體下的墻體，則至少需要測(cè)量該墻體的實(shí)際厚度，加熱區(qū)域與窗臺(tái)下沿的距離，窗體的寬度、高度，加熱區(qū)域與地板的距離，若加熱區(qū)域左右兩端2m內(nèi)有門，窗、柱及墻角時(shí)，也需測(cè)量實(shí)際尺寸。這些尺寸數(shù)據(jù)也將作為辨識(shí)待測(cè)墻體表觀傳熱系數(shù)K的有效輸入數(shù)據(jù)之一。結(jié)合該墻體檢測(cè)時(shí)所得的數(shù)據(jù)和樣本數(shù)據(jù)庫，采用某種適當(dāng)?shù)谋孀R(shí)方法，如，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法或支持向量機(jī)算法等辨識(shí)，即可獲得待測(cè)墻體表觀傳熱系數(shù)數(shù)值；一種簡(jiǎn)單的辨識(shí)方法可以是將和當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)的各個(gè)數(shù)據(jù)值(或者其中某一個(gè)數(shù)據(jù)值，或者部分?jǐn)?shù)據(jù)值)最接近或者最匹配的樣本所對(duì)應(yīng)的墻體表觀傳熱系數(shù)數(shù)值作為待測(cè)墻體表觀傳熱系數(shù)數(shù)值輸出；另一種最簡(jiǎn)單的辨識(shí)方法示例如下A)假設(shè)已知樣本集合為X — Y，其中X包括樣本各項(xiàng)參數(shù)(對(duì)應(yīng)各項(xiàng)輸入數(shù)據(jù))。Y
包括根據(jù)理論計(jì)算所得的樣本墻體表觀傳熱系數(shù)。X內(nèi)含有樣本個(gè)數(shù)(XI，χ2,......χη)，Υ包
含有對(duì)應(yīng)xl，x2.。。。的樣本墻體表觀傳熱系數(shù)(yl, y2，......yn)。B)當(dāng)確定了 X — Y映射關(guān)系后，可以嘗試建立一種映射數(shù)學(xué)關(guān)系f，使得當(dāng)輸入某
個(gè)待測(cè)試樣本X (取自{ xl，x2,......xn })時(shí),可根據(jù)映射數(shù)學(xué)關(guān)系f得到y(tǒng) (取自{ yl,
12，……yn })。其中建立映射數(shù)學(xué)關(guān)系的方法包括線性回歸，非線性回歸，灰箱法等，還有現(xiàn)在流行的智能工具，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)，支持向量機(jī)(SVM)等。C)根據(jù)新檢測(cè)得到的墻體相關(guān)數(shù)據(jù)，基于該映射數(shù)學(xué)關(guān)系得到待測(cè)墻體表觀傳熱系數(shù)數(shù)值。。
權(quán)利要求
1.一種適用于夏熱冬暖地區(qū)的建筑墻體表觀傳熱系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 (1)布置檢測(cè)裝置首先將標(biāo)定好的兩個(gè)熱流計(jì)板分別貼在待檢測(cè)墻體內(nèi)、外側(cè)墻壁面被測(cè)區(qū)域的幾何中心位置；然后將多支熱電阻按照特定的分布形式貼在待檢測(cè)墻體內(nèi)、夕卜側(cè)墻壁面上；再將柔性加熱裝置安置在內(nèi)側(cè)墻表面上；在室內(nèi)外各布置一只熱電阻，檢測(cè)環(huán)境氣溫的變化；上述的熱電阻、熱流計(jì)板、加熱裝置及其所附加的溫度控制系統(tǒng)都連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以進(jìn)行信號(hào)通訊； (2)對(duì)待測(cè)墻體進(jìn)行加熱通過加熱裝置所附加的溫度控制系統(tǒng)控制加熱源，對(duì)待測(cè)墻體內(nèi)側(cè)壁面進(jìn)行緩慢變化的均勻加熱過程；在加熱過程中，控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)加熱裝置所施加的加熱功率緩慢變化，實(shí)現(xiàn)墻體內(nèi)側(cè)表面的測(cè)量溫度按照特定的溫升速率進(jìn)行有規(guī)律的變化； (3)測(cè)量信號(hào)的數(shù)據(jù)采集加熱開始前一段時(shí)間就開啟數(shù)據(jù)采集；待數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定運(yùn)行后，開啟加熱； (4)數(shù)據(jù)篩選和處理對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選和處理；對(duì)篩選后得到的數(shù)據(jù)作進(jìn)一步處理后得到能表征墻體內(nèi)、外傳熱變化規(guī)律的特征值作為預(yù)備辨識(shí)的準(zhǔn)備數(shù)據(jù)； (5)建立墻體傳熱系數(shù)樣本數(shù)據(jù)庫以待測(cè)墻體的設(shè)計(jì)圖紙所繪制的墻體為第一個(gè)“辨識(shí)對(duì)象”;通過改變組成墻體各層材料的厚度、各層材料的傳熱性質(zhì)等物理參數(shù)構(gòu)成更多的“辨識(shí)對(duì)象”;不同的測(cè)試環(huán)境溫度和墻內(nèi)側(cè)溫度、墻內(nèi)側(cè)熱流的變化規(guī)律相關(guān)參數(shù)(也就是特征值)，可構(gòu)成多種“測(cè)試條件”;每一種“辨識(shí)對(duì)象”和一種“測(cè)試條件”組合就構(gòu)成一個(gè)“待計(jì)算樣本”;對(duì)多個(gè)“待計(jì)算樣本”進(jìn)行墻體三維非穩(wěn)態(tài)傳熱計(jì)算，就可獲得該樣本對(duì)應(yīng)的墻體表觀傳熱系數(shù)值和墻外側(cè)溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律的特征值、墻外側(cè)熱流密度隨時(shí)間的變化規(guī)律的特征值；將每個(gè)“待計(jì)算樣本”相關(guān)物理參數(shù)，及其能表征墻體內(nèi)、外傳熱變化規(guī)律的特征值與其對(duì)應(yīng)的墻體表觀傳熱系數(shù)值組合起來，構(gòu)成一個(gè)樣本，放入待測(cè)墻體的墻體傳熱系數(shù)樣本數(shù)據(jù)庫； (6)辨識(shí)獲得墻體傳熱系數(shù)值將步驟(4)所獲得的預(yù)備辨識(shí)的準(zhǔn)備數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)的一部分；再實(shí)際測(cè)量待測(cè)墻體厚度、加熱區(qū)域的幾何中心位置與周圍窗體、門、梁、柱及天花板和地板的距離尺寸等物理參數(shù)作為輸入數(shù)據(jù)的另一部分；基于步驟(5)建立的墻體傳熱系數(shù)樣本數(shù)據(jù)庫中的樣本數(shù)據(jù)，采用適當(dāng)?shù)谋孀R(shí)方法，獲得待測(cè)墻體表觀傳熱系數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的建筑墻體傳熱系數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法，其特征在于所述的步驟(I)中所述的在墻壁內(nèi)、外熱電阻也可用檢測(cè)精度不低于0.5%，測(cè)量范圍不超過60°C的熱電偶代替。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的建筑墻體傳熱系數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法，其特征在于所述的步驟(2)加熱裝置的功率是根據(jù)所設(shè)置的控制點(diǎn)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，加熱功率是緩慢變化的。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的建筑墻體傳熱系數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法，其特征在于所述的步驟(3)中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)所有連接的測(cè)量信號(hào)是同時(shí)采集的，不采用巡回方式；數(shù)據(jù)采集的頻率不低于0.2次/秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的建筑墻體傳熱系數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法，其特征在于所述的步驟(3)中所采集的測(cè)量信號(hào)數(shù)據(jù)包括墻體內(nèi)側(cè)墻壁面多處熱電阻信號(hào)、外側(cè)墻壁面多處熱電阻信號(hào)、墻體內(nèi)側(cè)墻壁面熱流計(jì)板信號(hào)、墻體外側(cè)墻壁面熱流計(jì)板信號(hào)、室外環(huán)境氣溫?zé)犭娮栊盘?hào)、室內(nèi)環(huán)境氣溫?zé)犭娮栊盘?hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的建筑墻體傳熱系數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法，其特征在于所述的步驟(4)數(shù)據(jù)篩選方法是根據(jù)測(cè)試儀表和傳感器的測(cè)量精度，人工設(shè)定判別剔除異常測(cè)量數(shù)據(jù)的判據(jù)，對(duì)不滿足判據(jù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的建筑墻體傳熱系數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法，其特征在于步驟(2)中通過加熱裝置所附加的溫度控制系統(tǒng)控制加熱源中所采用的加熱控制方案為，使Tin按照0.060C /min的溫升速率上升到第一溫度值，然后再按照0. 02°C /min的溫升速率使Tin上升到第二溫度值(如49°C)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的建筑墻體傳熱系數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法，其特征在于步驟(4)還包括根據(jù)特定的篩選規(guī)則，選出所需下一步處理的數(shù)據(jù)；
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的建筑墻體傳熱系數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法，其特征在于步驟(I)中室外熱電阻和熱流計(jì)板都需要遮陽板進(jìn)行遮擋，不直接受到陽光照射；
10.一種適用于夏熱冬暖地區(qū)的建筑墻體表觀傳熱系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括 待測(cè)墻體，以對(duì)象墻體內(nèi)外側(cè)表面的適當(dāng)部位作為測(cè)量區(qū)域，其上布置有測(cè)量所需的熱電阻、熱流計(jì)和加熱裝置，其中熱流計(jì)板2貼在墻體8的內(nèi)側(cè)表面，多支熱電阻3貼在熱流計(jì)板2的周圍，墻外側(cè)表面也用相同的方式貼有熱流計(jì)板5和多支熱電阻4，加熱裝置I均勻的緊貼在墻體內(nèi)側(cè)表面上，熱流計(jì)板2處于加熱裝置加熱面的幾何中心位置上； 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，熱電阻、熱流計(jì)板、加熱裝置及其所附加的溫度控制系統(tǒng)都連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以進(jìn)行信號(hào)通訊； 加熱控制系統(tǒng)，其和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及加熱裝置相連接，并對(duì)加熱裝置進(jìn)行加熱控制，具體的加熱控制方案需按照當(dāng)時(shí)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境氣溫，墻體尺寸，墻體材料，加熱裝置的布置位置等確定； 數(shù)據(jù)篩選和處理裝置其和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及墻體表觀傳熱系數(shù)計(jì)算裝置相連接，對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選和處理；對(duì)篩選后得到的數(shù)據(jù)作進(jìn)一步處理后得到能表征墻體內(nèi)、外傳熱變化規(guī)律的特征值作為預(yù)備辨識(shí)的準(zhǔn)備數(shù)據(jù)； 墻體表觀傳熱系數(shù)計(jì)算裝置，和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)篩選和處理裝置相連接，根據(jù)獲取的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行墻體表觀傳熱系數(shù)的計(jì)算；其將數(shù)據(jù)篩選和處理裝置所提供的預(yù)備辨識(shí)的準(zhǔn)備數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)的一部分；將實(shí)際測(cè)量待測(cè)墻體厚度、加熱區(qū)域的幾何中心位置與周圍窗體、門、梁、柱及天花板和地板的距離尺寸等物理參數(shù)作為輸入數(shù)據(jù)的另一部分，基于墻體傳熱系數(shù)樣本數(shù)據(jù)庫中的樣本數(shù)據(jù)，采用適當(dāng)?shù)谋孀R(shí)方法，獲得待測(cè)墻體表觀傳熱系數(shù)值； 墻體傳熱系數(shù)樣本數(shù)據(jù)庫，包含于墻體表觀傳熱系數(shù)計(jì)算裝置，用于存放基于待測(cè)墻體相關(guān)參數(shù)得到的樣本數(shù)據(jù)； 墻體傳熱系數(shù)樣本數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建裝置，和墻體傳熱系數(shù)樣本數(shù)據(jù)庫相連接，包含于墻體表觀傳熱系數(shù)計(jì)算裝置，其基于待測(cè)墻體相關(guān)參數(shù)得到的樣本數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)表觀傳熱系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的加熱裝置，主要包括均熱板，柔性電加熱線圈層，外隔熱材料層，內(nèi)隔熱材料層及電功率調(diào)節(jié)器等組成。其中，均熱板緊靠在待測(cè)墻體表面上，可均勻加熱墻體。在均熱板的四周放置內(nèi)隔熱材料層。內(nèi)隔熱材料層位于墻面和均熱板之間。柔性電加熱線圈層放置在均熱板背面。外隔熱材料層放置在柔性電加熱線圈層背面，可隔絕從加熱線圈產(chǎn)生的熱量從背部散失。此設(shè)備適用于在墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)表觀傳熱系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)的加熱。此加熱裝置總重量輕，電加熱功率易于調(diào)節(jié)?？筛鶕?jù)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的墻體實(shí)際尺寸添減均熱板的數(shù)量，且裝卸快捷，適合搬運(yùn)。
文檔編號(hào)G01N25/20GK102759543SQ20121021532
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月26日
發(fā)明者周海珠, 尹波, 張蕊, 惠超微, 楊彩霞, 王雯翡, 胡佳僖, 閆靜靜, 魏慧嬌 申請(qǐng)人:中國(guó)建筑科學(xué)研究院