《建筑节能》试验指导书

《建筑节能》实验指导书编写：西南大学工程技术学院建筑系吴达科工程技术学院2013.10目录实验一外墙保温体系的测试方法..............................................................................1实验二建筑材料传热系数测试方法（热箱法）....................................................4实验三太阳能房的一般原理..................................................................................10实验四建筑环境因子检测与评价..........................................................................111实验一外墙保温体系的测试方法一、实验学时：3学时二、实验类型：综合实验三、实验目的：1、掌握建筑外窗传热系数检测的标准方法，测定外墙内保温和外保温体系的传热系数，评价各自的保温性能。2、掌握窗户保温性能的分级标准。四、实验内容及步骤：（一）实验内容检测期间室内平均温度应保持基本稳定，热流计不得受阳光直射，围护结构被测区域的外表面宜避免雨雪侵袭和阳光直射，检测持续时间不应少于96h。（一）实验步骤1测点位置的确定测量主体部位的传热系数时，测点位置不应靠近热桥，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。2热流计和温度传感器的安装①热流计应直接安装在被测围护结构的内表面上，且应与表面完全接触。②温度传感器应在被测围护结构两侧表面安装。内表面温度传感器应靠近热流计安装，外表面温度传感器宜在与热流计相对应的位置安装。温度传感器连同0.1m长引线应与被测表面紧密接触，传感器表面的辐射系数应与被测表面基本相同。3记录数据检测期间，应逐时记录热流密度和内、外表面温度。可记录多次采样数据的平均值，采样间隔宜短于传感器最小时间常数的二分之一。五、实验要求：测量过程准确，测量数据3次以上取平均值，实验结果客观可靠。六、实验所需仪器设备：建筑热工温度热流巡回检测仪，实验建筑。七、数据处理1数据分析可采用算术平均法采用算术平均法进行数据分析时，应按下式计算围护结构的热阻，并符合下列规定。2∑∑===nj1jn1jEjIjq)-(Rθθ式中：R——围护结构的热阻（m2·K/W）；θIj——围护结构内表面温度的第j次测量值；θEj——围护结构外表面温度的第j次测量值；qj——热流密度的第j次测量值；①对于轻型围护结构（单位面积比热容小于20KJ/（M2·K）），宜使用夜间采集的数据（日落后1h至日出）计算围护结构的热阻。当经过连续四个夜间测量之后，相邻两测量的计算结果相差不大于5%时，方可结束测量；②对于重型围护结构（单位面积比热容大于等于20KJ/（m2·K）），应使用全天数据（24h的整数倍）计算围护结构的热阻，且只有在下列条件得到满足时方可结束测量。a末次R计算值与24h之前的R计算值相差不大于5%。b检测期间内第一个INT（2×DT/3）天内与最后一个同样长的天数内的R计算值相差不大于5%。注：DT为检测持续天数，INT表示取整数部分。2.围护结构的传热系数计算：按下式计算：K=1/（Ri+R+Re）式中：K——围护结构的传热系数（W/M2·K）；Ri、Re——内外表面换热阻，应按国家标准《民用建筑热工设计规范》建筑物围护结构传热系数检测报告工程名称委托日期3工程地址报告日期检测部位墙面总面积墙体面积检测项目检验类别依据标准：DB13（J）24-2000《民用建筑节能设计规程》JGJ132-2001《采暖居住建筑节能检验标准》JGJ26-95《民用建筑节能设计标准》GB50411-2007《建筑节能工程施工质量验收规范》检验结论：备注：1.采用热流计法检测，检测期间共布置个点。2.检测仪器：建筑热工温度热流巡回检测仪。3.构造做法：批准：审核：检测：4实验二建筑材料传热系数测试方法（热箱法）一、实验学时：3学时二、实验类型：综合实验三、实验目的：测定三种不同材料的传热系数，评价各自的保温性能。四、实验原理与内容：4.1热箱法原理热箱法是基于一维稳态传热的原理，在试件两侧的箱体（热箱和冷箱）内，分别建立所需的温度、风速和辐射条件，达到稳定状态后，测量空气温度、试件和箱体内壁的表面温度及输入到计量箱的功率，就可以根据公式（2）计算出试件的热传递性质——传热系数。因为要检测通过被测对象的热量，因此要把传向别处的热量进行剔除，这样根据处理方式的不同又分为标定热箱法和防护热箱法。)(eiTTAQk（2）其中：K为传热系数，W/(m2.K)；Q为通过试件功率，W；A为热箱开口面积，m2；Ti热箱空气温度，K或℃；Te冷箱空气温度，K或℃。4.1.1标定热箱法原理检测原理示意图如图1所示。将标定热箱法的装置置于一个温度受到控制的空间内，该空间的温度可与计量箱内部的温度不同。采用高比热阻的箱壁使得流过箱壁的热流量Q3尽量小。输入的总功率Qp应根据箱壁热流量Q3和侧面迂回热损Q4进行修正。Q3和Q4应该用已知比热阻的试件进行标定，标定试件的厚度、比热阻范围应同被测试件的范围相同，其温度范围亦应与被测试件试验的温度范围相同。用公式（3）计算被测试件的热阻、传热阻和传热系数。5)(//)(11431nenisesipTTAQKQTTARQQQQ（3）式中Qp为输入的总功率，W；Q1为通过试件的功率，W；Q2为试件内不平衡热流，W；Q3为箱壁热流量，W；Q4为侧面迂回热损，W；A为热箱开口面积，m2；Tsi为试件热侧表面温度，KTse为试件冷侧表面温度，K；Tni为试件热侧环境温度，K；Tne为试件冷侧环境温度，K试件冷箱试件框架计量箱Q4Q1Q3QP图1实验室标定热箱法原理示意图4.1.2防护热箱法原理防护热箱法检测原理示意图如图2所示。在防护热箱法中，将计量箱置于防护箱内。控制防护箱内温度与计量箱内温度相同，使试件内不平衡热流量Q2和流过计量箱壁的热流量Q3减至最小可以忽略。按公式（4）计算被测试件的热阻、传热阻和传热系数，)(//)(11231nenisesipTTAQKQTTARQQQQ（4）6周边绝热鼻锥防护箱计量箱冷箱试件Q2Q5Q1Q3QP图2实验室防护热箱法检测原理示意图4.2热箱法特点热箱法作为实验室检测建筑构件热工性能的方法使用由来已久，是成熟的试验方法，并颁布有国际、国内的标准。热箱法用来进行现场检测建筑物热阻或传热系数是近几年的事情，它的特点是不受季节限制，据研究人员介绍只要建筑物室内外温差达到8℃就可以一年四季进行现场检测围护结构的传热系数，设备也比较简单，自动化程度较高，如图3所示。但是在现场如何消除误差是一个不容回避的问题，因为环境在变，采用标定热箱法就不适宜；如果采用防护热箱法就要把整个被测房间加热或用一个大的防护箱，这样设备大又多，不适合在现场作业。图3热箱法现场检测示意图4.3热流计法热流计是热能转移过程的量化检测仪器，是用于测量热传递过程中热迁移量7的大小、评价热传递性能的重要工具。既热流（密度）的大小表征热量转移的程度。换句话说，热流计是测量在不同物质间热量传递大小和方向的仪器。热流计在使用一段时间后（通常是一年左右），应该进行必要的重新校准，以确保其测量的准确性。校准热流计应该对其热流传感器和显示仪表分别予以单独的校准。热流传感器的校准方法有二：一是绝对法校准，依据国标GB/T10294（国际标准化组织ISO/DIS8302）；二是比较法校准，依据国标GB/T10295（国际标准化组织ISO/DIS8301），但是必须要求计量机构提供其使用的标准热流传感器的检定证书。显示仪表的校准方法：依据所使用显示仪表的不同，参照相应的国家标准即可。一般至少要进行直流电压输入通道的校准，如果热流传感器带有热电偶温度传感器还应进行热电偶输入通道的校准。热传导测试：这是热流计最常用的一种应用，主要是对各种设备的保温性能测试，包括各种工业炉窑、热力输送管道、建筑物、冷库、纺织物和服装、人员输送工具（客车、客轮、客机等）、暖棚等，地热和土壤热流的测试，制造热流法热导率测试设备等等。对于各种工业炉窑、热力输送管道、建筑物、冷库等的保温性能测试，通常被称为节能监测（节能检测或节能测试），对于此类测试我国已有相应的国家标准，如GB/T4272-2008设备及管道保温技术通则，GB/T8174-2008设备及管道保温效果的测试与评价，GB/T10295-2008绝热材料稳态热阻及有关特性的测定-热流计，GB/T17357-2008设备及管道绝热层表面热损失现场测定-热流计法和表面温度法。热辐射测试：包括辐射加热源，阳光辐射强度和太阳能设备，火灾的发生和防护，火药、炸药、推进剂的热强度和热分布，各种燃烧室的热强度和热分布，人工环境的热舒适测试和控制，高温风洞试验，等等。在此类测试中有些项目可以需要考虑同时进行热对流的测试，此类测试有些也有相应的国家标准，如：GB/T11785-2005等。热对流的测试：强制对流换热设备的测试等。8实验内容利用热箱法或导热系数测试法，检测三种材料的传热系统。五、实验要求：测量过程准确及时，室内检测点应具有代表性和统计意义，测量数据3次以上取平均值，实验结果客观。注意：（1）热流计安装：热流计应安装在室内，其表面与被测表面应充分接触；面应充分接触；（2）温度传感器安装：温度传感器应安装在围护结构两侧温度传感器安装：表面，内表面温度传感器应靠近热流计安装，外表面温度表面，内表面温度传感器应靠近热流计安装，传感器应在与热流计相对应的位置安装，传感器应在与热流计相对应的位置安装，温度传感器连同0.1m长的引线应与被测表面紧密接触，0.1m长的引线应与被测表面紧密接触，传感器表面的辐射长的引线应与被测表面紧密接触系数应与受检表面基本相同。系数应与受检表面基本相同。六、实验所需仪器设备：热箱，JTRG-III导热系数测试仪，计算机，数据采集仪，温湿度计等环境监测仪器。七、数据处理：计算公式：njnjEjIjjq11)(R其中：R材料的热阻，θIj材料内表面温度，θEj材料外表面温度，qj热流密度值。传热系数：μ=1/(Ri+R+Ro)数据记录项目材料内表面温度℃材料外表面温度℃热阻K.㎡/w热流密度J/㎡·s传热系数w/K.㎡材料1123平均材料21293平均材料3123平均注意：以上参数请测量三次，取平均值。带入计算公式计算L0和L。10实验三太阳能房的一般原理一、实验学时：2学时二、实验类型：验证实验三、实验目的：验证太阳能房得热能力，并进行评价。四、实验内容：被动式太阳能暖房最简单最基本的工作原理，是让阳光穿过建筑物的南向玻璃（集热面）进入室内，经储热体，如砖、土坯、石头等吸收太阳能而转化为热量，并将建筑物主要房间妥善布置，紧靠南向集热面和储热体，从而使其被间接加热。这里，主要利用了“温室效应”的原理，即玻璃具有透过“短波太阳辅射”而不透过“长波红外热辅射”的特殊性质。一旦太阳能能通过玻璃，并被材料所吸收，则由这些材料再次发出的热辐射，就不会再通过玻璃再返回到室外，而被限制在房间内部加以利用。因此，太阳能采暖房需三个方面就是集热、蓄热和保温。五、实验要求：测量过程准确，室内检测点应具有代表性和统计意义，测量数据3次以上取平均值，实验结果客观。六、实验所需仪器设备：太阳能房（或温室）；温度检测仪器。七、数据处理：观察太阳能房的温度变化，绘出平均温度变化曲线，评价其温升能力。气象参数：项目第一点温度℃第二点温度℃第三点温度℃平均温度℃123…10注意：以上每点温度请测量10次，每20分钟测量一次。11实验四建筑环境因子检测与评价一、实验学时：2学时二、实验类型：验证实验三、实验目的：掌握室内各种环境条件的检测手段和监测方法；学会评价各种室内环境条件的优劣。