建筑外门窗保温性能检测的热流系数标定研究

建筑外门窗保温性能检测的热流系数标定研究

贾焕斌

山东蓝天检测科技有限公司 250132

摘要：窗传热系数是保证门窗保温性能的指标。稳态传热条件下，门窗两侧空气温差为1K时单位时间内通过单位面积的传热量。试验室检测热流系数一般采用标定热箱法。按照GB/T 8484—2020《建筑外门窗保温性能检测方法》，在检测传热系数的试验装置中，有一个热流系数的概念。热流系数的定义是：在稳定传热条件下，标定热箱中箱壁或试件框两表面温差为1K时的传热量。

关键词：热流系数；环境条件；标定；非标

引言： 基于稳态传热原理，采用标定热箱法检测建筑外门窗传热系数。试件一侧为热箱，模拟供暖建筑冬季室内气温条件;另一侧为冷箱，模拟冬季室外气温和气流速度。在对试件缝隙进行密封处理，试件两侧各自保持稳定的空气温度、气流速度和热辐射条件下，测量热箱中加热装置单位时间内的发热量，减去通过热箱壁、试件框、填充板、试件和填充板边缘的热损失，除以试件面积与两侧空气温差的乘积，即可得到试件的传热系数K值。

一.检测装置

检测装置主要由热箱、冷箱、试件框、填充板和环境空间五部分组成

二.标定条件


1.标定试验应在与保温性能试验相同的冷、热箱空气温度、风速等条件下，改变环境温度，进行两种不同工况的试验。


2.两次试验热箱壁内外表面面积加权平均温度差值∆θ₁、∆θ₁'的绝对值不应小于4.5 K，且I∆θ₁-∆θ₁'I应大于 9.0 K，两次试验试件框冷热侧表面面积加权平均温度差值 ∆θ₂、∆θ₂'应相同或相近。


三.标定方法

1.标准板安装时热侧表面应与试件框热侧表面齐平，周边密封处理。标准板两表面应分别均匀布置至少 9个温度传感器。


2. 当传热过程达到稳定状态后，每隔 30 min 测量一次有关参数，共测六次，取各测量参数的平均值，按式（A.1）和式（A.2）联立求解得出热流系数M₁和M₂。


17. M₁·∆θ₁-M₂·∆θ₂,=S_b·Λ_b·∆θ₃…………………………………………(A.1) Q'-M₁·∆θ₁'-M₂·∆θ₂'=S_b·Λ_b·∆θ₃'………………………………………(A.2)


式中∶Q、Q'分别为两次标定试验的热箱加热装置加热功率，单位为瓦（W）;


∆θ_1、∆θ₁'分别为两次标定试验的热箱外壁内、外表面面积加权平均温差，单位为开尔文（K）;

∆θ_2、∆θ₂'分别为两次标定试验的试件框热、冷侧表面面积加权平均温差，单位为开尔文（K）;

∆θ_3、∆θ₃'分别为两次标定试验的标准板两表面之间平均温差，单位为开尔文（K）;


S_b标准板面积，单位为平方米（m²）;


Λ_b标准板的热导，单位为瓦每平方米开尔文W/（m²·K）

2. 标定方式的选择

假设两次标定环境温度分别为t1、t1'，两次标定热箱空气平均温度分别为t2 、t2'，两次标定热箱外壁内表面面积加权平均温度分别为t3、t3'，两次标定热箱外壁外表面面积加权平均温度分别为t4、t4'。由于热箱温度恒定，所以t2≈t2'，∆θ₁= t3-t4，∆θ₁'= t3'-t4'。又因为热箱外壁保温性能良好，所以t2≈t2'≈t3≈t3'=20℃。

方式1，两次标定试验的环境温度都低于热箱温度，即t1t1'≈t4'，又由干t3-t4≥4.5K，t3'-t4'≥4.5K，t3'-t4'- t3+t4>9K，推出t4'9K，得到t1'9K。即第一种标定试验标定试验环境温度最高约为15.5℃，第二种标定试验环境温度最高约为6.5℃。因为实际上热箱外壁内表面温度要比热箱空气温度低一点，而热箱外壁外表面温度又要比环境温度高一点，故环境温度还要再低一点，所以环境温度应不高于（5℃、14℃）。

方式2，第一次标定试验为环境温度高于热箱空气平均温度，第二次标定试验为环境温度低于热箱空气平均温度，即t1>t2，t1't4'。又由于t4-t3≥4.5K，t3'-t4'≥ 4.5K，t4-t3+t3'-t4'>9K，推出 t4≥24.5℃，t4'≤ 15.5℃，t4-T4'>9K，得到t1≥24.5℃，t1'≤15.5℃，t1-T1'>9K。即第一次标定试验环境温度最低约为24.5℃，第二次标定试验环境温度最高约为15.5℃。因为第一次标定试验实际上热箱外壁内表面温度要比热箱空气温度低一点，而热箱外壁外表面温度又要比环境温度高一点，第二次标定试验实际上热箱外壁内表面温度要比热箱空气温度高一点，而热箱外壁外表面温度又要比环境温度低一点，故第一次标定试验环境温度再低一点，第二次标定环境温度再高一点，所以环境温度选择为（14℃、26℃）。

方式3，两次标定试验环境温度高于热箱空气平均温度，即 t1>t2，且t1'>t2'。假定t4≈t1>t1'≈t4'，又由于t4-t3≥4.5K，t4'-t3'≥4.5K.t3'-t4'- t3+t4>9K，推出 24.5℃≤t4'9K，得到t24.5℃≤t1'9K。即第一次标定试验环境温度最低约为 33.5℃，第二次标定试验环境温度最低约为24.5℃。因为实际上热箱外壁内表面温度要比热箱空气温度高一点，而热箱外壁外表面温度又要比环境温度低一点，故环境温度还要再高一点，所以环境温度应不低于（24.5℃、33.5℃）。

四．标定试验

1.方法一（标准条件）

热箱温度：20℃；冷箱温度-20℃；环境温度：（14℃、26℃）

通过计算得到：热箱壁热流系数M₁（W/K）=8.168

试件框热流系数M₂（W/K）=1.056

2.方法二（非标准条件）

热箱温度：26℃；冷箱温度-20℃；环境温度：（18℃、30℃）

通过计算得到：热箱壁热流系数M₁（W/K）=8.122

试件框热流系数M₂（W/K）=1.051

3.结果分析

标准方法和非标准方法的偏差小于±1%，偏差在可接受的范围内。

五．结论

综上所述，由于试验设备都在室内，环境温度一般由空调控制，空调加热制冷温度有局限一般为（18-32℃）。由于我国地域辽阔方式1在我国偏北部冬季容易实现，方式2在我国中部以北春秋季容易实现，方式3在我国南方夏季容易实现，还需看当时天气条件，实现难度较大，还有季节限制，但非标条件环境温度：（18℃、30℃）空调能够实现且偏差在可接受范围内，一年四季都可标定，没有天气条件的限制标定热流系数时可参考使用。

参考文献：

（1）李 晗 李
飞，门窗保温性能检测设备热流系数标定温度控制的探讨。计量与检测技术，2014,41（5）：15-17

（2）武智峰，热流系数标定的研究分析。门窗，2015,11:144-147

（3）林达愿 廖文莹，外门窗保温性能检测的热流系数标定分析，广东建材，2013,5:33-34