CN105301050A - 大型透光围护结构传热系数检测设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大型透光围护结构传热系数的检测设备和检测方法，主要包括环境室、热箱、试件框、冷箱、吊装设备、数据采集和自动控制装置，环境室内安装有空气调节装置，热箱、试件框、冷箱、吊装设备均置于环境室内；热箱设置为可移动型，底部安装电动结构，热箱的一个侧面开有门，热箱内部设有调速风机和可调风口；试件框一侧与冷箱固定连接，另一侧与热箱紧密配合；冷箱设置有蒸发器和辅助加热设备；吊装设备位于环境室的上方。本发明用相对简单的结构和方法来检测各种尺寸的大型透光围护结构的传热系数，并能保持较高的检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种大型建筑幕墙传热系数检测设备及方法，尤其涉及一种适合精确检测各种尺寸的大型透光围护结构传热系数的设备及方法。
背景技术
建筑幕墙是公共建筑围护结构的重要组成部分。玻璃幕墙等透光建筑构件是建筑外围护结构中热工性能最薄弱的环节，通过透光建筑构件的能耗，在整个建筑物能耗中占有相当可观的比例。
统计表明，进入本世纪以来，我国历年建筑幕墙年用量为世界其他国家年用量的总和。随着经济的进一步发展，作为外围护结构的幕墙，越来越多地采用了玻璃幕墙，使建筑物的采暖空调能耗剧增。幕墙保温性能不好，既浪费能源，又可能产生结露，结露将造成室内热环境不佳；幕墙隔热性能差，不但大幅度提高空调能耗，还会影响室内热舒适。幕墙的热工性能达不到建筑热工设计的要求，势必导致CO2排放量增加，造成城市空气污染，建筑用能浪费严重，也不符合国家的节能政策。
随着我国建筑节能工作的不断开展，建筑节能设计标准不断提高，特别是对于大型建筑幕墙的传热系数要求越来越严格，而目前我国还不具备精确检测大型透光围护结构传热系数的能力，因此迫切需要研制能够精确测试大型透光围护结构传热系数的检测设备及方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种大型透光围护结构传热系数的检测设备及方法，可以用相对简单的结构和方法来检测各种尺寸的大型透光围护结构的传热系数，并能保持较高的检测精度。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种大型透光围护结构传热系数的检测设备，主要包括环境室、热箱、试件框、冷箱、吊装设备、数据采集和自动控制装置。环境室内安装有空气调节装置，热箱、试件框、冷箱、吊装设备均置于环境室内。热箱设置为可移动型，底部安装电动结构，热箱的一个侧面开有门，热箱内部设有调速风机和可调风口。试件框一侧与冷箱固定连接，另一侧与热箱紧密配合。冷箱设置有蒸发器和辅助加热设备。吊装设备位于环境室的上方。
本发明还提供了一种大型透光围护结构传热系数的测试方法，包括以下步骤：第一步，调节环境室内空气温度和流速，使之达到稳定平衡。第二步，根据被测试件的大小，完成被测试件的安装固定，如果试件尺寸小于试件框，小于的空间用已知传热系数的保温材料封堵；第三步，将热环境箱移动到试件框一侧，并检查确认配合紧密，没有明显空隙；第四步，开启设备，设定实验所需的热箱、冷箱内温度场、流场参数并同时开启数据采集及控制系统；第五步，当测试温度达到设定值后，如果逐时测量得到热箱和冷箱的空气平均温度每小时变化的绝对值不大于0.3℃，热箱内、外表面的面积加权平均温度之差及试件框热侧、冷侧表面的面积加权平均温度之差每小时变化的绝对值均不大于0.3℃，且上述温度和温差的变化不是单向变化，可以判定实验达到稳定传热，然后采集和记录稳定测试数据，并根据采集数据，计算被测试件的传热系数。
本发明用相对简单的结构和方法来检测各种尺寸的大型透光围护结构的传热系数，并能保持较高的检测精度。热箱设置为可移动型，底部安装电动结构，方便热箱前后移动，为方便安装大型及特大型建筑幕墙提供了可能，试件框设为可直接装配被测试件，也可配合设置不同尺寸的保温封堵材料，以满足不同大小尺寸透光围护结构的测试，吊装设备使得安装重量较大的试件成为可能，大大提高了工作效率。
附图说明
图1为大型透光围护结构传热系数检测设备结构原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作近一步详细的说明。
如图1所示，大型透光围护结构传热系数检测设备的硬件主要由环境室5、热箱1、试件框2、冷箱3、吊装设备8组成，其中热箱1也称为“热计量箱”，因为所有的温度测点和功率测点都放置在热箱1一侧，相对冷箱3来说，热箱1除了具有形成特定的温度场及速度场的功能外，还需要完成整个测试过程的计量作用；除此以外，软件方面，检测设备还具有自动控制程序及数据采集程序。图1中，Q1为通过被测试件的传热量，Q2为通过试件框的传热量，Q3为通过热箱箱体的传热量，QP为保持特定测试温度所需的加热量。
(1)环境室
环境室5是提供给设备运行的一个稳定的空间。大小约为长11m，宽6m，高7m，材料由厚200mm厚的膨胀聚苯板彩钢板组装而成，内部安装两台立式直流变频空调和两台挂式直流变频空调，分别在斜对角交叉安装，同时在顶部安装好调速吊扇，与热箱底部的离心风机12形成一个小的室内气流组织系统，以保证环境室内有较均匀的温度。测试时，将环境室的空气温度控制到与热箱内空气温度相同，可将通过热箱箱体的传热量Q3降为0，这样将大大提高测试结果的准确度。
(2)热箱
热箱用来模拟透光围护结构室内气候条件，热箱设置为可移动型，底部安装电动结构，在已挖好的方形坑内铺上导轨，方便热箱前后移动，为方便安装大型及特大型建筑幕墙提供了可能。热箱1的箱体由200mm厚的膨胀聚苯板彩钢板组装而成，使得箱体自身的热阻大于5m2·K/W。热箱内设有电加热器，通过自动控制系统可以保证热箱内空气温度恒温。同时，热箱内还设有由调速风机6和可调节风口7组成的气流组织系统，可以大大减小加热器在热箱内加热造成的空气温度梯度，使热箱内沿高度方向的温度场比较均匀，保证距试件框热侧表面50mm平面内平均风速在0.2±0.1m/s范围内。热箱1内沿竖向设置三层热电偶作为空气测点，每层均匀布置4个。除了与试件框接触的那面，热箱1的另外5个面的内外两侧均分别布置若干个表面温度测点。热箱的一侧面开有门，方便人的进出和小尺寸试件的搬运。
(3)试件框
试件框一侧与冷箱固定连接，另一侧与热箱紧密配合。试件框2是用来安装被测试件4的，试件框2的框体采用400mm厚膨胀聚苯夹芯板，使得框体自身的热阻大于8m2·K/W。作为一种创新，试件框设为可直接装配被测试件，也可配合设置不同尺寸的保温封堵材料，以满足不同大小尺寸透光围护结构的测试。当被测试件尺寸小于试件框时，采用与试件厚度相近、已知传热系数的保温材料封堵填塞后进行密封。同时，在保温材料两侧表面粘贴一定数量的温度测点，测量两表面的平均温差，以计算通过该保温材料的热损失。
(4)冷箱
冷箱3落地安装，箱体由200mm厚的膨胀聚苯板彩钢板组装而成，使得箱体自身的热阻大于5m2·K/W。冷箱用来模拟透光围护结构室外气候条件，通过安装在箱内的蒸发器对空气进行降温、采用控制电加热器辅助加热的方法使冷箱内的空气温度恒定，并利用挡风板9、风机10和格栅11进行强迫对流，使沿试件表面形成自上而下的均匀气流，保持平均风速达到3.0m/s。
(5)吊装设备
由于通常的大型透光围护结构重量较大，单靠人工安装难以实现。通过在测试设备顶部安装吊装设备8，使得安装重量较大的试件成为可能，大大提高了工作效率。
本检测设备采用计算机做核心，对检测过程进行全面控制。通过计算机发送指令给采集仪进行温度数据的采集及处理，然后再由计算机发送指令给功率表进行功率数据的采集及处理。温度信息由采集仪采集后，送入计算机存储，并自动按照程序进行计算。数据采集时间间隔可任意设定，试验结果可随时观察、输出。试验过程方便快捷，并可保证较高的测试精度。
测试过程
第一步，调节环境室内空气温度和流速，使之达到稳定平衡，尽可能将环境室空气温度控制到和测试时热箱空气温度相同。第二，根据被测试件4的大小，选择是否需要在试件框内填充保温材料。如果不需要，将试件4安装在试件框2中，试件4和框的接缝处用保温材料填塞严密，不得内外贯通的缝隙。第三步，将热环境箱移动到试件框一侧，并检查确认配合紧密，没有明显空隙；第四步，开启设备，设定实验所需的热箱、冷箱内温度场、流场参数并同时开启数据采集及控制系统；第五步，当测试温度达到设定值后，如果逐时测量得到热箱和冷箱的空气平均温度每小时变化的绝对值不大于0.3℃，热箱内、外表面的面积加权平均温度之差及试件框热侧、冷侧表面的面积加权平均温度之差每小时变化的绝对值均不大于0.3℃，且上述温度和温差的变化不是单向变化，可以判定实验达到稳定传热，然后采集和记录稳定测试数据，根据采集数据，可计算得到被测试件的传热系数。
可以理解，在不背离本发明的实质特征的前提下，本发明还可具有多种变形，并不仅限于上述实施方式的具体结构，而应该在权利要求限定的范围内作广义的理解。总之，本发明应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代。
Claims (7)
1.一种大型透光围护结构传热系数的检测设备，其特征在于：主要包括环境室、热箱、试件框、冷箱、吊装设备、数据采集和自动控制装置，所述环境室内安装有空气调节装置，所述热箱、所述试件框、所述冷箱、所述吊装设备均置于所述环境室内；所述热箱设置为可移动型，底部安装电动结构，所述热箱的一个侧面开有门，所述热箱内部设有调速风机和可调风口；所述试件框一侧与所述冷箱固定连接，另一侧与所述热箱紧密配合；所述冷箱设置有蒸发器和辅助加热设备；所述吊装设备位于所述环境室的上方。
2.如权利要求1所述的大型透光围护结构传热系数的检测设备，其特征在于，所述试件框的结构设为可直接装配被测试件，也可配合连接不同尺寸的保温封堵材料。
3.如权利要求2所述的大型透光围护结构传热系数的检测设备，其特征在于，所述保温封堵材料两侧表面粘贴一定数量的温度测点。
4.如权利要求1所述的大型透光围护结构传热系数的检测设备，其特征在于，所述试件框的框体采用400mm厚膨胀聚苯夹芯板，框体自身的热阻大于8m2·K/W。
5.如权利要求1所述的大型透光围护结构传热系数的检测设备，其特征在于，所述热箱和所述冷箱的箱体由200mm厚的膨胀聚苯板彩钢板组装而成，箱体自身的热阻大于5m2·K/W。
6.如权利要求1所述的大型透光围护结构传热系数的检测设备，其特征在于，所述热箱内沿竖向设置三层热电偶。
7.一种利用权利要求1所述的大型透光围护结构传热系数的检测设备进行测试的方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，调节环境室内空气温度和流速，使之达到稳定平衡。第二步，根据被测试件的大小，完成被测试件的安装固定，如果试件尺寸小于试件框，小于的空间用已知传热系数的保温材料封堵；第三步，将热环境箱移动到试件框一侧，并检查确认配合紧密，没有明显空隙；第四步，开启设备，设定实验所需的热箱、冷箱内温度场、流场参数并同时开启数据采集及控制系统；第五步，当测试温度达到设定值后，如果逐时测量得到热箱和冷箱的空气平均温度每小时变化的绝对值不大于0.3℃，热箱内、外表面的面积加权平均温度之差及试件框热侧、冷侧表面的面积加权平均温度之差每小时变化的绝对值均不大于0.3℃，且上述温度和温差的变化不是单向变化，可以判定实验达到稳定传热，然后采集和记录稳定测试数据，并根据采集数据，计算被测试件的传热系数。
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