建筑墙体保温性能检验装置的功率测试分析

随着建筑工程质量的提高，以及居民生活质量的提高，高层建筑不断出现，在人们享受阳光带来的温暖时，也会担忧建筑外墙在阳光下暴晒造成室内升温的困扰，因此，建筑墙体的保温性能作为能耗检测的重要指标，已得到广泛关注。建筑墙体的保温性能是以传热系数K值表示，以往称总传热系数，国家现行标准规范统一定名为传热系数。目前，建筑行业及建筑建材检测机构，普遍使用墙体保温性能检验装置来测试墙体传热系数K值的大小，进而得出墙体质量的优劣。其工作原理，主要有热流计法、热箱法和控温箱法。

1  三种方法的分析与比较

1.1  热流计法

由于墙体具有热阻，墙体温度随着其厚度衰减，使墙体内外表面产生温差，因此，热流计法采用热流计和温度传感器测量通过墙体的热流值和表面温度，经过计算得出墙体热阻和传热系数。该方法是基于温度只在厚度方向传递，传热过程近似一维稳态传热下成立的，不考虑向四周的扩散。其计算公式如下：

由以上公式可知，若考虑热流向四周的扩散，被测墙体试件的热阻将偏小，其传热系数将偏大，不适用于现场测试。该方法多适用于阳光充足地区或有供暖设施的地域。此外，其内部使用的热流计与热电偶的测量位置不宜阳光直射，且不能有空气渗漏等，因此，由于该方法的局限性，其测试结果的稳定性较差。

1.2  热箱法

该方法也是基于一维稳态传热的原理，在被测墙体试件的一侧用热箱模拟采暖建筑的室内环境，使热箱内和室内温度保持一致。另一侧为冷箱，相当于室外自然条件，维持热箱内温度与室外温度在8℃以上，并配合温度、风速和辐射条件。这样，保证了被测试件热流方向始终由室内流向室外。当热箱内加热量与通过被测试件的传递热量达到平衡时，通过对加热量的测试即可得到被测试件的传热量，并对空气温度、被测试件和箱体内壁表面温度，以及输入到计量箱的功率进行测量，通过公式(4)即可得到所需的传热系数。

由于该方法是基于一维稳态传热的原理，测试通过被测墙体试件的热量，并将传向试件其他方向的热量进行排除，因此，根据排除方法的不同，又可分为防护热箱法和标定热箱法。防护热箱法基本原理为，当墙体保温性能检验装置内部计量箱外环境与内环境基本平衡时，不需考虑计量箱的热损耗，此时整个测试环境可视为理想状态。因此，穿过试件的总热流量将等于输入计量箱的热量，即输入计量箱的功率。而标定热箱法基本原理为，对检验装置内部计量箱的箱壁损失和迂回损失进行标定，在输入计量箱的总功率中扣除这两部分损失，从而间接获得穿过试件的热流量。

热箱法已成为实验室检测的通用方法，不受季节限制，并有相关国内外标准。但是，基于一维稳态传热的条件，在现场实际情况下，很难实现。

1.3  控温箱法

控温箱是一套自动控温装置，由双层框构成，层间填充发泡聚氨酯或其他高热阻的绝缘材料，具有加热与制冷功能，可随季节变换进行双向切换使用，模拟出建筑物的实际状况。温度由温度传感器，如热电阻和热电偶进行测量，热流作为热电势通过热流计探头转换成热流密度，温度值和热电势可由温度热流巡检仪按所需时间间隔自动记录，通过测量被测墙体试件的热流量和内外表面温度、室内外环境温度、箱体内的温度、参照热流计法，利用公式(2)和(3)，得出所需的传热系数。

该方法结合了热流计法和热箱法的特点，用热流计法作为基本测试方法，用热箱法控制模拟出的环境状况，不仅解决了热流计受季节影响的问题，还避免了对热箱误差的校准。由于该方法中的热箱仅为一个温度控制装置，无需计算输入热箱和热箱向各个方向传递的功率。因此，不用庞大的防护箱来消除边界的热损失，也无需对热损失进行标定。该方法如今已广泛应用于建筑节能、材料导热方面。

2  功率测试方法

综合上述，从测试方法的分析与比较中可以看出，功率是主要基本参数。它不仅关系到每一步数据结果，也决定着最终结果的准确可靠，直接影响着墙体传热系数的判定结论。因此，对于墙体保温性能检验装置的功率测试便显得尤其重要。对于此类检验装置，根据其设计原理及结构的不同，可采用不同的直流功率测试方法，具体测试方法如下。

2.1  计量标准板直接测量

为方便计量检定检测部门进行测试，有些厂家为建筑墙体保温性能检验装置设计了计量标准功率模块，通过软件操作界面上显示，一般有1W、2W、5W、8W、10W共5个基准直流功率点。可利用高精度标准直流功率源进行测试，将标准源的输出端与检验装置功率输入端相连接，打开检验装置软件上的直流功率计量板，将标准源的显示值与计量板上的功率标称值进行比较。检验装置使用人员可根据标准源的显示值，对自身仪器进行对标修正，从而确保功率值的准确可靠。

此方法仅限于自带计量标准直流功率模块的检验装置，虽然方便了对直流功率的测试，但其功率基准点较少，量程无法覆盖整个检验装置的功率范围。

2.2  功率变送器直接测量

多数厂家的建筑墙体保温性能检验装置均使用两个直流功率变送器来控制整个检验装置直流功率的变化。一个是加热变送器，普遍最大电压可到500V,最大电流可到5A；另一个是制冷变送器，普遍最大电压为200V，最大电流为2A。对于此类产品，可通过高精度标准直流功率源对其变送器进行测量。

先将检验装置自身的电压、电流信号线脱出，功率变送器采样信号线不用脱离，将标准源的输出端分别接入变送器的电压、电流输入端。启动检验装置，同时设置标准源的输入值，与检验装置自带软件的功率显示值比较，进而完成对其功率的测试。

此方法适用于有功率变送器的建筑墙体保温性能检验装置，可覆盖检验装置的功率范围，也可根据使用人员需求，对某些特殊功率点进行测试。但由于标准直流功率源自身重量较大，不方便携带，且考虑到运输过程的不确定因素，容易影响标准源的精度与稳定性，增加了测试成本，因此，此方法存在一些局限性。

2.3  加热室的直接测量

个别厂家的建筑墙体保温性能检验装置，没有配置计量标准功率模块，也未使用直流功率变送器控制功率系统，此时，只有通过对加热室加热箱的直接测量来完成直流功率的测试。

加热箱内部实际由粗的加热丝组成，启动检验装置，内部加热丝发热，进而完成加热箱的加热过程。因此，可利用两台高精度的数字多用表，一台并联接入加热箱的供电电压侧，采集直流电压值，另一台串联接入加热箱内部的加热丝中，采集直流电流值。当启动检验装置后，直流电压施加于加热箱两侧，此时，其所承受直流电压通过数字多用表显示出来，当加热箱开始工作后，内部加热丝所承受电流通过数字多用表显示出来，将直流电压值、直流电流值相乘，即可得到所需的直流功率值，并与检验装置自带软件的功率显示值进行比较，进而完成直流功率的测试。

此方法可在加热过程中，对检验装置的直流功率值进行实时监测。由于此类检验装置较少，所以此方法使用频率不高。由于数字多用表，轻便易于携带，便于计量检定检测部门人员现场作业。但是，由于检验装置进行加热，需要一个时间的积累，其加热箱内部的加热丝发热需要一个过程，加热时间不够，加热丝未充分加热，其所测得的直流功率值较小，与检验装置所显示的直流功率值偏差较大，因此，对此类检验装置的测试，其测试时间是最长的。

3  结论

本文通过对墙体保温性能测试仪常见的主要的三种测试原理进行分析，得出各自的优缺点，总结出最优测试方法。并对其主要参数——直流功率的测试方法进行论述与对比，为此类仪器的功率测试提供了技术依据，对今后该类仪器的更新换代提供了较好的参考价值。

参考文献

[1]建筑墙体的节能保温施工技术研究[J].乔永强.居舍.2020(15).

[2]建筑外围护系统节能保温形式及发展趋势浅析[J].董恒瑞,刘军,秦砚瑶,张辉刚.建设科技.2020(08).

[3]关于建筑墙体的保温节能技术分析[J].刘雄.技术与市场.2020(04).

作者简介

赵斯衎(1985——)，男，工程师，本科，主要从事电磁专业计量工作。

林勇(1987——)，男，工程师，研究生，主要从事电磁专业计量工作。

林艳红(1988——)，女，助理工程师，本科，主要从事电磁专业计量工作。