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建筑维护结构热箱热流法现场检测围护结构

2015-07-28

一、现场检测方法及其数据处理

    热箱法检测围护结构热阻,试制了平面尺寸为1.2m×1.2m和1.0m×1.0m的控温箱。使用热箱法进行检测时,在围护结构一侧放置一个控温箱,在箱内维持一定的温度,与围护结构另一侧空气温度形成一定的温差。在围护结构两侧各贴一片热流计,读取围护结构两侧的温度值和热流值,由两侧温差与热流值计算围护结构热阻。数值模拟的结果表明,由于控温箱在平面方向的尺寸有限,必然引起围护结构中的侧向的散热,使平壁中的导热偏离一维导热的理想模型,引起测试平壁热阻的误差。侧向散热引起的误差的大小受多种因素的影响,对此应有正确的估计并加以控制,并采用适当的方法加以修正,才有可能使现场测试实现基本的精度。

二、侧向导热损失修正的数据处理方法

1、侧向导热对热阻值的影响

    在建筑维护结构热箱热箱法的检测中,由于平壁中侧向热流的影响,在平壁的两个表面测得的热流将是不同的。在室内外温差不大的正常情况下,在控温箱内测得的热流偏大,因而求得的热阻偏小;在墙的另一面测得的热流偏小,因而求得的热阻偏大。对于单层平壁,随着其导热系数的增加,侧向散热引起的误差增加。对于有保温层的复合围护结构,由于整个结构的热阻变大,厚度方向的热流变小,因此侧向散热的影响可能变得更加突出。

2、修正方法

   根据建筑围护结构检测的特定情况,提出一种简便易行的实用修正方法。由于理想的一维热流值应介于两个表面测得的热流值之间,建议取测得的两个热流值的一个加权平均值作为公式中的值;并根据内保温和外保温等不同的情况,用数值模拟的方法归纳总结出不同的加权平均系数。在实际检测时可以同时检测两侧的热流值,所以设想对计算所得的两个热阻进行加权平均,即修正后的热阻如何找到加权平均的权数,是修正计算的关键,称之为这一围护结构的在相应测试状况下的理想权数。使用ANSYS模拟计算了几十种常用的围护结构在使用热箱法进行检测时的热阻,并根据其保温形式进行了分类。各围护结构的理想权数取值分布图。从数取值分布图中可以看出,不同保温形式的理想权数的取值是有一定的规律性的。算例1~4为单层平壁,理想权数的值在0.5附近;算例5~19是内保温围护结构,其理想权数在0.5以下,多数取值在0.3附近;算例20~25是中间保温围护结构,其理想权数在0.5附近;算例26~34为外保温围护结构,其理想权数的取值在0.7~0.94之间。现场检测涉及的围护结构的具体情况千差万别,对其结构尺寸和材料性能常常缺乏可靠的数据,因此难以从理论上确定每一种结构的理想权数。为了现场检测和数据处理的方便,我们把现场检测涉及到的围护结构分成3大类,对于同种保温类型的围护结构推荐一个统一的修正系数。由以上对各围护结构的理想权数取值分布的分析,选取单层平壁的修正系数为n=0.5;内保温围护结构的修正系数为n=0.3;外保温围护结构的修正系数为n=0.85。然后用数值模拟的方法确定经修正后仍残留的误差,看能不能满足实际检测的要求。

三、不同保温形式围护结构的修正系数

1、单一材料的围护结构算例1~4为不同的单一材料组成的围护结构,由数值模拟计算结果与理论热阻的值,分析取不同修正系数时误差值。由此可以看出编号1~4的单一材料组成的围护结构,在n=0.5时误差在±0.1%之间,都满足测量误差的要求。因此,从数值模拟的结果来看,现场检测单一材料组成的围护结构的修正系数n=0.5是可行的。

2、复合外墙修正系数的取值

(1)内保温

    由上述对围护结构保温形式的判断,算例5~19各围护结构均为内保温,编号5~13的围护结构是两层材料的,内侧材料的导温系数比外侧的小,编号13~19是由三层材料组成的。通过对各围护结构计算的热阻与理想值的误差与修正系数取值关系的分析,可以看出在n=0.3时,如图3所示,所有误差都在3%以内。因此,可以判断修正系数n=0.3,对常见的内保温围护结构是能够满足的。

(2)中间保温算

     算例20~25各围护结构的保温形式均为中间保温,围护结构修正系数取值与误差关系见图3,可以看出当修正系数n=0.5时,各围护结构的误差值均在5%以内。因此,可以认为对中间保温的围护结构,当修正系数n=0.5时,可满足现场检测对误差的要求。

(3)外保温

算例26~34各围护结构均为外保温,从图3修正系数与误差的关系可以得出,当修正系数n=0.85时,所有围护结构的误差在5%以内。可以认为对外保温的围护结构,修正系数n=0.85时,可以满足检测现场对误差的要求。

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